情景模式在智能家居系统中的实现

杨 鹃，韩雪松

(承德石油高等专科学校计算机与信息工程系，河北 承德 067000)

智能家居控制系统的使用过程中，有一些特定的情景是每天都可能需要用到的。如果每天在此情景下逐一设定各个设备，繁琐又浪费时间。Zigbee无线网络协议内容中，提供了绑定的技术，采用该绑定技术，可在设定的某个情景模式下，一键启动所需设定的终端设备，无需逐一操作，充分体现了系统的智能化，并满足了人们的生活需求。

1 情景模式的设定

根据人们在家庭内部所处的空间位置的不同，首先将情景模式分为客厅、餐厅和卧室三个区域。再根据所处的场合的不同，将情景模式分为会客、休闲、聚会、离家、用餐、深夜、睡觉、阅读等八个情景［1］。

以深夜模式为例，当人们从熟睡状态起床去洗手间时，用户按动触摸屏上的深夜模式，为了避免灯光的开启使人的大脑清醒起来，影响后续的睡眠，走廊过道的筒灯缓慢地开启50%，洗手间内部的LED灯开启30%，在此设定下，用户可看清楚路径，又不会彻底地从半梦半醒间清醒过来。离家模式是比较特殊的，它代表主人离家后启动的模式，在此模式下，自动关闭家庭的灯光电源，门窗上所安装的传感器处于启动状态，如果遭遇强制入侵，自动发送短信给主人，等待后续处理指令。

2 灯光的调整

情景模式所需控制的终端设备主要为灯光、窗帘、音响以及家庭影院。根据家庭的装修需求，家庭内部安装的灯光有多种形式，包括荧光灯、射灯、筒灯以及吊灯等。其中荧光灯不适宜添加调光装置，故设定成为非调光装置;而射灯、筒灯以及吊灯目前采用的多为led灯，可安装调光装置，设定为可调光装置。

目前采用的调光技术共有三种形式:正向电流调节、PWM调光以及可控硅电路调光［2］。

2.1 正向电流的调节

LED亮度与驱动电流之间几乎成正比关系，正向电流调节利用该原理实现灯光的调节，改变驱动电流的大小即可改变灯光的亮度。正向电流的调光是最容易实现的，出现的主要问题有光谱偏移、无法精确调光;低亮度的工作可使降压型的恒流源效率降低，导致损耗功率增加，引起系统温度升高，严重时会烧毁芯片。

2.2 脉宽调制(PWM)的调节

PWM的调光方法，其原理是通过改变脉冲恒流源的脉冲宽度，即改变恒流源脉冲信号的工作比，实现亮度的调节。PWM被认为针对于LED灯调光技术最佳的方法，通常是在电路的恒流源上，外接一个DC/DC的变换器。该方法的优点是不会出现色谱偏移，调光的精确度较高。

2.3 可控硅电路调光

可控硅调光是通过改变可变电阻的分压改变导通角，输入电压经过导通角调制后，改变了输入电压的有效值，实现了调光操作。由于白炽灯、节能灯和卤素灯都是纯电阻器件，输入电压有效值的改变就能实现灯光的调节。可控硅电路应用到LED灯调节时，可控硅的信号振荡可能会产生噪声和闪烁，目前解决办法就是采用兼容可控硅调光IC的LED灯具。

通过三种调光方式的比较，考虑实际应用的可行性，智能家居系统是由主控制器发送控制命令，命令以数字信号的形式传递给设备终端，灯光调节选用PWM技术，该技术适合于数字控制器的信息处理。

3 无线网络的通信技术

本论文的智能家居系统中室内控制采用zigbee无线网络作为网络通讯技术，控制形式采用多种形式包括触摸屏、红外遥控以及互联网远程控制等形式。整个系统由主控制器实现室内家居系统的管理操作，主控制器由嵌入式处理器和无线收发模块组成，既可接收终端设备的数据，也可处理控制命令，实现数据管理操作。智能家居系统的通信结构图如图1所示。

Zigbee无线传感网络作为系统的通信模式，具有低功耗、低成本和网络容量大的特点。绑定技术是zigbee协议中所具有的一个特定的功能，Zigbee2006协议规定，节点间数据流信息传送可采用绑定机制，绑定，相当于是在两个节点间建立一条通道［1］，一个节点可与多个节点实现绑定，绑定之后的节点间信息进行传送时，应用支持子层从节点的绑定表中确定目的地址，将信息传送给目的节点。绑定表放置在源节点处，绑定表条目存放着目的地址。绑定表通常存放在内存中，如果编译选项NV_RESTORE设置为允许，绑定表会被存放在非易失性的存储器中。本系统设计默认设定了8种情境模式，可由绑定机制实现一键式的控制，即灯光、窗帘和音响的使用。以会客模式为例如图2所示。

4 绑定的实现

Zigbee网络协议中共提供了四种绑定方法，自动绑定、辅助绑定、集中式绑定和应用API函数绑定。自动绑定调用zdp_matchdescreq()函数，终端用户不用都发送绑定请求、无需添加工具的优点，缺点是配置不够灵活。辅助绑定调用zdp_bindreq()函数，终端设备利用网络信道向另一个设备发送绑定请求，zigbee协调器将根据簇标识号决定是否实施绑定。集中式绑定使用zdapp_sendenddevicebindreq()函数，终端设备发送绑定请求给协调器，在协调器设定的阈值时间内，如果两个匹配设备都发送绑定请求给阈值时间，则协调器建立绑定条目。API函数绑定是由应用程序本身实现绑定表的管理。Zigbee协议提供了管理绑定表所需的多种API函数，通过函数的调用也可实现绑定的操作。本文的绑定操作选用自动绑定的形式，其绑定的流程如图3所示。

首先定义中断设备的结构体，指明设备地址、标识符以及簇集合列表:

设备创建绑定时，首先应将命令ID设为同一个，并且节点为互补设置，即一个输入，另一个设为输出。这就要求在端点结构体定义的内容中，设置两个节点的性质为in还是out。在结构体定义中，注意两个参变量，command_id的匹配其实质就是profile_id(框架id)和cluster ID的匹配。以图2为例，设定按键1的endpoint的值为1，在设备的结构体定义中，将其簇类型定义为输出性质，即:

则绑定设备的结构体定义说明中应做如下定义，以筒灯为例，将其将其簇类型定义为输入性质。

终端节点发送匹配请求申请绑定。具体程序定义如下所示:

终端节点接收到绑定终端的绑定响应，将绑定响应传送给serialapp任务事件处理函数，其中会调用SerialApp_ProcessZDOMsgs()函数。进行事件处理。

调用建立绑定表时，如果目标设备的MAC地址未知，则要在绑定的设备上设置策略实现一个绑定，再执行Zb_binddevice().将Zb_binddevice()目标参数地址设备为无效(0xFFFE)，实现绑定服务。

5 总结

本文通过采用zigbee技术中的自动绑定技术，实现了情景模式的控制，简化了控制模式，提高了系统的可操作性和智能化的水平，满足了人们所需要的舒适快捷的控制需求，充分利用了zigbee无线网络的优势，在联动系统的控制设计中可进行广泛的推广应用。

［1］甘华能.智能家居控制系统的应用及实现［J］.智能建筑电气技术，2012(06):54－57.

［2］詹良.基于zigbee技术的智能家居无线网络系统［D］.北京:北京邮电大学，2008.

［3］李文仲，段朝玉.zigbee无线网络技术入门与实战［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2007.