随着居民生活水平的不断提高,智能设备的接入数量呈现爆炸式增长的趋势,使智能产品逐渐形成一个庞大的消费市场。传统的智能产品只能满足消费者在单一场景下较为单一的需求,智能单品之间的协同与场景化构建才是未来智能家居的核心需求。未来家庭中的大小智能设备不应该再只是呈孤岛状的智能单品,而是能够与其他智能家居产品互联互通,形成一个有机整体的智能家居系统。由此智能网关作为智能家居系统的核心,其设计的可靠性、功能的丰富性、设备的安全性和使用场景的灵活性等都成为巨大的难题。而智能家居中设备的多样性引起的底层数据传输协议复杂性,更成为网关数据融合的巨大挑战。首先,本文从硬件系统设计出发,结合智能家居应用实际功能需求,提出了智能网关的硬件搭建方案,并在此基础上完成软件操作系统的移植和搭建。由S5PV210开发板通过串口与ZigBee协调器进行连接,并针对该硬件平台进行新版本的BSP移植,搭建完成以uboot为引导程序、Linux内核为基础的软件系统平台。其中深入研究和详细介绍的基于S5PV210开发板的新版本uboot(u-boot-2018.05)移植方法,对同版本跨平台的uboot移植以及后续同平台新版本的移植工作具有借鉴和参考价值。其次,针对智能家居系统复杂的业务交互逻辑,本文虚拟化硬件操作接口并组成完整的网关软件开发工具包(SDK)。本文设计实现智能网关数据通信接口,概括出基本的数据交互种类,抽象出数据上报下发、设备注销的交互流程,解决在实现智能家居系统开发时,智能网关和ZigBee设备在通信底层实现中过于繁杂的问题,对搭建于软件操作系统之上的智能家居应用软件的设计实现提供便利。最后,提出主从结构的智能网关设计并最终实现完整的智能家居系统,采用典型场景联动实例进行测试,验证了系统的实用性和有效性。本文构建主从结构的智能网关,主机状态网关作为从机状态网关的代理,完成从机状态网关的数据统一上报并转发服务器向从机状态网关发送的控制指令。从软件系统架构层面,将本系统按多层次进行分层设计,以多模块进行功能划分和封装,完成对功能模块间的解耦,有利于本系统的功能扩展和后期维护。通过HTTPS和MQTTS安全协议的使用和设备激活认证流程的设计实现,满足现代智能家居系统中高安全性、高可靠性的需求。本文制定基于APP、服务器、智能网关和ZigBee设备各角色交互的通信协议;将ZigBee设备采集到的数据信息进行封装,完成ZigBee设备多种硬件协议的统一;通过打造实际应用场景下贴近用户的场景联动机制最终实现本系统的设计初衷。