基于Z—wave技术的智能家居离家场景实现方案

朱正坤 钟缙光 施纪超

摘要：随着网络通信技术和智能技术的快速发展以及人们对住宅的重视，智能家居行业也开始飞速发展，但目前智能家居行业仍存在系统不够智能且各个家庭场景实际操作不够完善的缺点。鉴于此，文章设计了一个智能家居离家场景方案，并利用Z—wave与Wi—Fi技术实现了智能家居的离家场景，具有一定的现实意义。

关键词：智能家居;家庭自动化;Z—wave技术中图法分类号：TN925

文献标识码：A

Realization scheme of smart home away from home scene based on

Z-wave technology

ZHU Zhengkun，ZHONGJinguang，SHIJichao

（Jiangxi Environmental Engineering Vocational College，Ganzhou，Jiangxi 341000，China）

Abstract：With the rapid development of network communication technology and intelligent and people's attention to the housing， intelligent home also began to develop rapidly， but there are still intelligent system intelligent and the actual operation of each family scene is not perfect. In view of these shortcomings， this paper designs a smart home away from home scene scheme，and uses Z-wave and Wi-Fi technology to achieve the smart home away from home scene， has a certain practical significance.

Key words： smart home， home automation，Z-wave technology

1引言

随着智能化应用的飞速发展以及人们的生活理念和消费观念的转变，人们对家庭生活质量的要求逐渐提高，而与普通家居相比，智能家居显然更符合人们对家庭生活质量的要求[1]。目前，智能家居存在功耗较高、系统不够智能，同时各个家庭场景实际操作不够完善的缺点。为克服这些缺点，本文设计了一个方案，即基于Z?wave通信协议连接各个系统，利用Wi?Fi模块作为系统设备通信方式连接手机端与系统，可以实现智能家居离家场景各系统之间的联动，满足不同用户的不同需求。

2 Z ?wave 组网技术

Z?wave是一种主要面向智能家居的无线通信技术。它的频段为865～923MHz，以美国的908.42MHz 和欧洲的868.42MHz 为主，并且其覆盖范围能达到30～100m。与此同时，每一个Z?wave都拥有独立的网络地址，其最大可容纳232个节点，并由控制节点进行分配[2]。

在现有的无线通信技术中，Z?wave在传输距离、传输频率、安全性、功耗以及价格上都有一定的优势。

3硬件

3.1系统结构设计

图1为智能家居系统的结构图，系统以 ATMEGA328为核心，以Z?wave为传输手段，实现了离家场景下各系统之间数据的联动，并通过网关以Wi?Fi模块连接手机等移动设备，实现了用户离家时对智能家居系统的远程操控。

3.2硬件设计

本文所设计的系统采用 ATMEGA328芯片作为主控制器硬件，由窗户窗帘控制系统、安防系统、电力控制系统三个模块组成，主要使用了风雨传感器、直线直流电机、步进电机、烟雾传感器、红外传感器、水浸感应器、自动报警模块、灯光控制模块以及家电控制模块[3]。

ATMEGA328芯片作为本系统的主控制器，其具有高性能、低功耗 AVR 8位微控制器以及先进的 RISC 体系结构和高耐力非易失性内存段。同时，其还有微控制器的特殊功能，拥有内部校准的振荡器以及外部和内部中断源，并且拥有六个睡眠模式，分别为空闲、ADC 降噪、电源保存、关闭、待机状态和待机扩展。

在窗户窗帘系统中，窗户采用风雨传感器与直线直流电机模块相结合，在下雨时或者开关窗户时实现自动开关。窗帘采用步进电机模块，通过步进电机模拟窗户的开启与关闭。在安防系统中，采用烟雾传感器对火灾进行防范，采用红外传感器对可疑人员进行检测，采用水浸感应器对水龙头进行检测，并结合自动报警模块，对用户进行通知，提醒用户水龙头开关与否，或家中是否发生火灾以及是否有人进入家中。在电力系统中，灯光控制模块、家电控制模块采用智能开关，实现灯光以及家电的自动开启与关闭[4]。

4软件

在软件设计方面，包括系统的运行、电力控制系统的设计、安防系统的设计和窗户窗帘控制系统的设计四个部分，由此实现智能家居的离家模式。

4.1系統运行

图2为系统运行示意图，系统在监测到用户离家后，开始根据用户的需求进行相关操作和判断，并且在相关传感器出现异常时对用户的移动设备进行提醒和警告，还可随时根据用户的远程操控进行相关操作和更改设置。

4.2电力控制系统

图3为电力控制系统的程序流程图，其可以自行监测当前的开启状况，根据用户的选择执行相对应的操作。其有着良好的适应性—在短时间的适应和调整后可以满足不同用户的个性化需求，且可以随时执行用户的操作指令，有着良好的执行能力。

4.3安防系统

图4为安防系统的程序流程图，安防系统拥有监控模块和传感器模块，是确保用户在离开家后家中安全的系统。其中，监控模块可以确保家中财产安全，即便被人为盗窃，也会留下监控录像作为证据，协助相关部门抓获罪犯;传感器模块则主要负责家中的安全，当传感器模块出现异常时系统会监测烟雾传感器是否异常，如果烟雾传感器正常，则说明家中的异常不是特别严重或者传感器损坏，此时系统向用户发出提示，用户便可以利用监控确认后进行处理，如果是烟雾报警器异常，则可能是出现火灾或烟雾传感器损坏，此时系统会立即向用户告警，在用户利用监控确认后进行处理，可以及时减少家中的损失[5]。

4.4窗户窗帘控制系统

图5为窗户窗帘控制系统的程序流程图，窗户窗帘系统主要依靠风雨传感器对天气进行判断。该系统拥有窗户模块和窗帘模块。其中，窗户模块在风雨传感器监测到环境改变后，便会发送信息给用户，提醒用户当前天气，并自行执行开窗或关窗指令;窗帘模块则可以根据用户的设置进行开或关操作，这可以满足不同用户的需求，使系统可以实现远程访问与操作，并对不同天气情况做出判断和实现相关操作。

5结束语

本文提出了一个智能家居离家场景方案，采用Z?wave技术解决了系统不够智能和离家场景实际操作不够完善的问题，为智能家居技术的应用提供了一定的参考价值，具有一定的现实意义。但是，随着科技的发展，人们对居住环境的要求也随之提高，因此智能家居技术的发展仍有很长的路要走，尤其是在智能家居的远程医养结合、智慧养老以及个人信息的安全性等方面，需要更多科研人员的共同努力。

参考文献：

[1]黄欢.基于云平台支持多通信协议的智能家居平台设计与实现[J].电脑知识与技术，2021，17（33）：74?77.

[2]王若晗，罗心烺，徐茂盛.Z?Wave无线通信技术在智能家居中的应用探究[J].通信电源技术，2020，37（6）：202?203.

[3]罗军.基于Z?Wave协议的家庭健康监测系统设计[ D].秦皇岛：燕山大学，2017.

[4]杨勇.物联网智能家居发展探究[ J].网络安全技术与应用，2022（5）：133?134.

[5]周游，方濱，王普.基于 ZigBee 技术的智能家居无线网络系统[J].电子技术应用，2005（9）：41?44.

作者简介：

朱正坤（1996—），硕士，研究方向：智能产品开发与应用。

钟缙光（2003—），大专，研究方向：智能产品开发与应用（通信作者）。

施纪超（2002—），大专，研究方向：智能产品开发与应用。