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摘要：针对目前国内大部分智能家居功能的局限以及实用性上的不足；如视频的远程传输，系统的远程实时控制等问题；基于人们对智慧家居系统的实际的需求，设计了一种智慧家居系统，该系统结合了以太网通信技术、WIFI网络技术、ZIGBEE通信技术等先进的技术手段，实现了数据的远程传输与控制，同时具有较大的灵活性；可以根据实际情况进行相应的裁剪和扩充。
关键词：以太网 ZIGBEE 无线视频传输
中图分类号：TN929.5 文献标志码：A
引言：物联网是多个学科交叉的产物，随着科技的发展，物联网以及云计算技术，将不再只是一种技术，而是会成为人们一种生活方式，成为社会的一种基础的设施与组成。其中智慧家居系统作为物联网系统概念的重要组成，密切关系人们的生活起居；该技术的发展因而能够极大的便利与改变人们的生活，有可能开辟一个新的时代。这种技术已经或得了快速而稳定的发展。虽然到目前为止还没有获得大规模的普及应用，但可以预见的是，这仅仅是时间问题。而我们所关注的正是我们到底需要什么样的功能，这种系统目前还存在什么样的问题，以及我们如何更好的解决。本论文正是基于这样的原则，论述了一种智慧家居的实现方案；我们都希望家里的各种设备能够可靠长久的工作，而绝不愿意在家里进行复杂的布线，基于ZIGBEE技术的无线传感网络能够较好的满足我们的要求；采用该通信技术的设备能够实现无线的控制与较小数据量的传输，而且功耗能够控制在极低的水平； 我们可能常年在外，时常担心家里的老人的情况，或者当家里遭遇梁上君子之后，我们需要接到报警后，想确认家里到底出了什么样的情况；那我们就需要能够实时的看到家里的视频数据。采用WIFI技术的无线图像数据采集能够方便的接入互联网，我们就能够通过网络实时的看到家里的情况，甚至可以经过3G将图像传到手机上。而且家居系统应当具备实时性，对于对时间的响应有要求的信息能够实时的发送到我们随身的手机上；这一点我们通过较为简单的GSM通信来实现，实用而且简单有效。
1系统总体结构
该监控系统由上位机管理监控软件，无线传感网节点，网关系统，WI-FI视频传输终端，路由器等五大部分组成；系统要完成的功能是通过无线传感网将分布在家居各处的温度，烟雾，释红外等传感器以及电动防盗窗帘系统那个，灯光以及环境控制系统，家电控制系统等连接到网关系统上；网关系统作为整个系统的主要控制单元，一方面通过ZigBee模块保持与无线传感网的数据连接；一方面通过以太网或者GSM来完成于外界的通信；另外的一个部分是WIFI的视频数据传输，为了灵活的布置与使用的方便采用WIFI的网络摄像头，该摄像头与网关系统一样连接到路由器，并通过路由器连接到互联网；上位机监控管理软件提供系统的集成与家居控制的界面，方便用户的使用。其结构框图如下：
2系统硬件设计
2.1 网关系统设计
网关系统的主要功能是提供系统控制与传输的接口，把从传感网上所取得的数据传输到网络上；同时也用来接收用户的命令，解析后发送到传感网上采取实际的动作；主要结构包括： （1） 微处理器单元， 采用32位的ARM-Cortex_M3架构的STM32F107互联型系列产品，提供了足够丰富的接口，较高的主频和内存，强大的处理能力，能够满足要求； （2） ZIgbee模块，通过该模块可以与传感网之间进行通信； （3） 以太网通信电路，通过经济可靠并且安全的以太网通信技术，将数据传输到上位机和网络上； （4） GSM通信模块， 采用SIMCOM公司SIM9000A模块作为与手机进行通信。（5）人机界面，通过LCD触摸显示屏作为人机界面。网关系统结构如图2所示。
2.2 以太网电路设计
STM32f107芯片内支持了以太网MAC层的协议，因此我们只需要在外扩展一片PHY（物理层）的以太网芯片即可。以太网电路采用MII接口的DM9161A芯片；DM9161A是用于100BASE-TX和10BASE-T以太网物理层的单芯片、低功耗收发器。在媒介一侧，它提供了一个直接接口，对于100BASE-TX快速以太网使用非屏蔽5类双绞线，对于10BASE-T以太网使用5类/3类双绞线。通过标准的媒介独立接口（MII），DM9161A可以连接到不同厂商生产的媒介访问控制器（MAC）。DM9161A采用先进的CMOS工艺，兼具低功耗和高性能特性。完全符合IEEE802.3u 规定的100BASE-TX物理层协议。DM9161A还支持自协商功能。此外，DM9161A内置滤波器， 可选为全双工或半双工模式，具有可屏蔽中断输出的MII接口；要使该芯片能够顺利的工作，我们需要在单片机的硬件条件下实现对网口的驱动函数的编写，然后通过移植LWIP来实现网络通信；LWIP是瑞典科學院所开发的轻型网络协议栈，广泛应用于嵌入式系统等系统资源比较紧张的场合，其编译完一般只需几十K的内存占用即可实现，而且对于TCP＼IP协议各层之间极力避免数据的复制。因而能够较为高效的处理数据而占用尽量少的存储空间。DM9161的原理图如下所示：
2.3 无线传感网电路设计
无线传感网常用的通信技术有两种，第一种为Zigbee技术也是最为常用的技术，该技术的特点是极低的功耗，因此满足许多使用电池供电的场合，它常常能够保证数月甚至数年都不需要更换电池，在这一方面具有极大的优势，但它的缺点是不能够方便的连入互联网，必须采用网关。
另外一种技术是WIFI技术，即IEEE80.2.11标准，我们日常通过笔记本或者手机用来无线上网的技术，也成为无线局域网。该技术能够方便的连接互联网，传输速率可以达到数十Mbps，缺点是功耗相对更大，成本也会更好一些，我们在无线传感网的节点采用Zigbee主要是考虑到功耗问题，采用这种技术可以保证系统长久可靠的工作。模块采用北京云天创公司生产的Zigbee通信模块，芯片采用TI公司的CC2530。网络拓扑结构采用星型网络，支持多跳结构。功能是将接收到的命令解析，将要采集的数据上传，对执行机构采取动作。
2.4 无线网络视频传输系统设计
如果想要远程的视频信息，在目前主要有两种技术手段：第一种是网络摄像头，将视频信息传输到以太网上，访问通过网络服务器来访问。另外一种是将视频通过移动通信网的3G通信手段来实现。第一种方案成本更低，具备更大的灵活性，显然适合于有网络连接的地方；而第二种方案则受制于3G信号的覆盖，以及视频所要占据的较大的流量以及带来的高昂费用。对于家居一般都有稳定的网络连接，我们通过WIFI的无线网络摄像头连接到无线路由器，并通过无线路由器设置虚拟端口映射，那么我们即使在千里之外，也能够方便的而经济的得到我们想要的视频数据。无线网络摄像头采用ARM与DSP相结合的架构，内置网络服务器程序，可以同时接受数个访问请求。对此我们采用的是凯聪公司的SIP 1018网络摄像头，能够满足使用要求。
3软件设计
结语
本文阐述基于网络技术的智慧家居系统的整体结构，以及软硬件设计；重点论述了系统整体设计思想以及以太网通信模块等模块的设计。网关系统采用ARM Cortex-M3系列的处理器，具备强大功能的同时，和普通单片机一样易于使用，便于开发；某些程度上取代了以前必须要使用嵌入式系统化来完成的任务。整个系统具有结构简单、扩展性好、开发周期短、可靠性高、使用方便、通用性强等特点，运行平稳，控制效果好。
参考文献
[1] Andrew S.Tanenbaum，David J.Wetherall.计算机网络（第五版）[M].北京：清华大学出版社，2012.
[2] Nader F.Mir. 计算机通信与网络[M].北京：中国电力出版社，2010.
[3]杨水清 ，张剑，施云飞. ARM嵌入式Linux系统开发技术详解[M].北京：电子工业出版社，2008.
[4]陈家佳，姚俊.基于Android的MJPEG网络摄像机设计[J]. 北京：单片机与嵌入式系统应用，2012（3）.49-52.
关键词：以太网 ZIGBEE 无线视频传输
中图分类号：TN929.5 文献标志码：A
引言：物联网是多个学科交叉的产物，随着科技的发展，物联网以及云计算技术，将不再只是一种技术，而是会成为人们一种生活方式，成为社会的一种基础的设施与组成。其中智慧家居系统作为物联网系统概念的重要组成，密切关系人们的生活起居；该技术的发展因而能够极大的便利与改变人们的生活，有可能开辟一个新的时代。这种技术已经或得了快速而稳定的发展。虽然到目前为止还没有获得大规模的普及应用，但可以预见的是，这仅仅是时间问题。而我们所关注的正是我们到底需要什么样的功能，这种系统目前还存在什么样的问题，以及我们如何更好的解决。本论文正是基于这样的原则，论述了一种智慧家居的实现方案；我们都希望家里的各种设备能够可靠长久的工作，而绝不愿意在家里进行复杂的布线，基于ZIGBEE技术的无线传感网络能够较好的满足我们的要求；采用该通信技术的设备能够实现无线的控制与较小数据量的传输，而且功耗能够控制在极低的水平； 我们可能常年在外，时常担心家里的老人的情况，或者当家里遭遇梁上君子之后，我们需要接到报警后，想确认家里到底出了什么样的情况；那我们就需要能够实时的看到家里的视频数据。采用WIFI技术的无线图像数据采集能够方便的接入互联网，我们就能够通过网络实时的看到家里的情况，甚至可以经过3G将图像传到手机上。而且家居系统应当具备实时性，对于对时间的响应有要求的信息能够实时的发送到我们随身的手机上；这一点我们通过较为简单的GSM通信来实现，实用而且简单有效。
1系统总体结构
该监控系统由上位机管理监控软件，无线传感网节点，网关系统，WI-FI视频传输终端，路由器等五大部分组成；系统要完成的功能是通过无线传感网将分布在家居各处的温度，烟雾，释红外等传感器以及电动防盗窗帘系统那个，灯光以及环境控制系统，家电控制系统等连接到网关系统上；网关系统作为整个系统的主要控制单元，一方面通过ZigBee模块保持与无线传感网的数据连接；一方面通过以太网或者GSM来完成于外界的通信；另外的一个部分是WIFI的视频数据传输，为了灵活的布置与使用的方便采用WIFI的网络摄像头，该摄像头与网关系统一样连接到路由器，并通过路由器连接到互联网；上位机监控管理软件提供系统的集成与家居控制的界面，方便用户的使用。其结构框图如下：
2系统硬件设计
2.1 网关系统设计
网关系统的主要功能是提供系统控制与传输的接口，把从传感网上所取得的数据传输到网络上；同时也用来接收用户的命令，解析后发送到传感网上采取实际的动作；主要结构包括： （1） 微处理器单元， 采用32位的ARM-Cortex_M3架构的STM32F107互联型系列产品，提供了足够丰富的接口，较高的主频和内存，强大的处理能力，能够满足要求； （2） ZIgbee模块，通过该模块可以与传感网之间进行通信； （3） 以太网通信电路，通过经济可靠并且安全的以太网通信技术，将数据传输到上位机和网络上； （4） GSM通信模块， 采用SIMCOM公司SIM9000A模块作为与手机进行通信。（5）人机界面，通过LCD触摸显示屏作为人机界面。网关系统结构如图2所示。
2.2 以太网电路设计
STM32f107芯片内支持了以太网MAC层的协议，因此我们只需要在外扩展一片PHY（物理层）的以太网芯片即可。以太网电路采用MII接口的DM9161A芯片；DM9161A是用于100BASE-TX和10BASE-T以太网物理层的单芯片、低功耗收发器。在媒介一侧，它提供了一个直接接口，对于100BASE-TX快速以太网使用非屏蔽5类双绞线，对于10BASE-T以太网使用5类/3类双绞线。通过标准的媒介独立接口（MII），DM9161A可以连接到不同厂商生产的媒介访问控制器（MAC）。DM9161A采用先进的CMOS工艺，兼具低功耗和高性能特性。完全符合IEEE802.3u 规定的100BASE-TX物理层协议。DM9161A还支持自协商功能。此外，DM9161A内置滤波器， 可选为全双工或半双工模式，具有可屏蔽中断输出的MII接口；要使该芯片能够顺利的工作，我们需要在单片机的硬件条件下实现对网口的驱动函数的编写，然后通过移植LWIP来实现网络通信；LWIP是瑞典科學院所开发的轻型网络协议栈，广泛应用于嵌入式系统等系统资源比较紧张的场合，其编译完一般只需几十K的内存占用即可实现，而且对于TCP＼IP协议各层之间极力避免数据的复制。因而能够较为高效的处理数据而占用尽量少的存储空间。DM9161的原理图如下所示：
2.3 无线传感网电路设计
无线传感网常用的通信技术有两种，第一种为Zigbee技术也是最为常用的技术，该技术的特点是极低的功耗，因此满足许多使用电池供电的场合，它常常能够保证数月甚至数年都不需要更换电池，在这一方面具有极大的优势，但它的缺点是不能够方便的连入互联网，必须采用网关。
另外一种技术是WIFI技术，即IEEE80.2.11标准，我们日常通过笔记本或者手机用来无线上网的技术，也成为无线局域网。该技术能够方便的连接互联网，传输速率可以达到数十Mbps，缺点是功耗相对更大，成本也会更好一些，我们在无线传感网的节点采用Zigbee主要是考虑到功耗问题，采用这种技术可以保证系统长久可靠的工作。模块采用北京云天创公司生产的Zigbee通信模块，芯片采用TI公司的CC2530。网络拓扑结构采用星型网络，支持多跳结构。功能是将接收到的命令解析，将要采集的数据上传，对执行机构采取动作。
2.4 无线网络视频传输系统设计
如果想要远程的视频信息，在目前主要有两种技术手段：第一种是网络摄像头，将视频信息传输到以太网上，访问通过网络服务器来访问。另外一种是将视频通过移动通信网的3G通信手段来实现。第一种方案成本更低，具备更大的灵活性，显然适合于有网络连接的地方；而第二种方案则受制于3G信号的覆盖，以及视频所要占据的较大的流量以及带来的高昂费用。对于家居一般都有稳定的网络连接，我们通过WIFI的无线网络摄像头连接到无线路由器，并通过无线路由器设置虚拟端口映射，那么我们即使在千里之外，也能够方便的而经济的得到我们想要的视频数据。无线网络摄像头采用ARM与DSP相结合的架构，内置网络服务器程序，可以同时接受数个访问请求。对此我们采用的是凯聪公司的SIP 1018网络摄像头，能够满足使用要求。
3软件设计
结语
本文阐述基于网络技术的智慧家居系统的整体结构，以及软硬件设计；重点论述了系统整体设计思想以及以太网通信模块等模块的设计。网关系统采用ARM Cortex-M3系列的处理器，具备强大功能的同时，和普通单片机一样易于使用，便于开发；某些程度上取代了以前必须要使用嵌入式系统化来完成的任务。整个系统具有结构简单、扩展性好、开发周期短、可靠性高、使用方便、通用性强等特点，运行平稳，控制效果好。
参考文献
[1] Andrew S.Tanenbaum，David J.Wetherall.计算机网络（第五版）[M].北京：清华大学出版社，2012.
[2] Nader F.Mir. 计算机通信与网络[M].北京：中国电力出版社，2010.
[3]杨水清 ，张剑，施云飞. ARM嵌入式Linux系统开发技术详解[M].北京：电子工业出版社，2008.
[4]陈家佳，姚俊.基于Android的MJPEG网络摄像机设计[J]. 北京：单片机与嵌入式系统应用，2012（3）.49-52.