智能家庭，从智能家居控制系统开始

一、项目概述

1.1 项目摘要

随着数字技术和嵌入式技术的快速发展，各种各样的数码产品如雨后春笋般出现在人们的面前，而且与人们工作、生活密切相关的产品都已实现或正在实现数字化。人们对于这些产品的要求也逐渐从数字化向智能化转变，为了满足人们的这种需求同时也打破传统数字输入设备的局限，我们拟采用ST公司的STEVAL-MKIO62V2开发平台结合Zigbee技术制作一个智能家居控制系统，能够为人以后的智能化生活提供一种可能的实现方案。

1.2 项目背景/选题动机

从某种意义上说，现在的人们生活在两个世界之中：一个是虚拟的数字世界；另一个是现实的物理世界。传统上，人们只能通过键盘、鼠标、遥控器、开关等输入设备来连接这两个世界，而这些输入设备在使用空间和使用方式上都有很大的局限性。为了打破这些局限，我们采用ST公司的STEVAL-MKIO62V2开发平台建立了一个用户手势识别系统，它可以识别用户的手势动作同时转变为相应的设备控制信号和设备输入信息，进而对设备进行控制。同时，我们还采用Zigbee技术将每个家电产品作为一个节点共同组成一个无线网络，在这个网络中用户只用一个主控制器就可完成对网络中所有产品的实时控制。

二、需求分析

2.1 功能要求

系统总体功能要求：

1、主设备组建一个Zigbee网络，区域中的从设备可以随时加入其中，并且信息可以从主设备传输至任意从设备处。

2、使用者通过手持主设备同时做一些简单的手势，即可操控相应的从设备。

3、系统实现用户管理功能，即不同的用户权限不一样，可以使用的家电也不一样。

4、系统实现防盗功能，只有系统用户才能启动主设备。如果非系统用户强制使用主设备，系统会自动锁定。

5、系统中家电实现智能化工作，当用户所处环境满足一定条件时，可触发特定的电器执行特定的操作。

6、系统实现家电工作信息采集，每天从设备都会将自己的工作时间等信息发送至主设备处，主设备进行统一后写入SD卡中，用户可通过电脑查看SD卡中保存的家电工作信息。

系统主要模块功能要求：

1、STEVAL-MKIO62V2开发平台完成用户手部动作的物理信息的采集及处理，结合相应算法完成指令的确定，并通过软件将指令发送至主设备Zigbee模块处。

2、主设备Zigbee模块完成与STEVAL-MKIO62V2开发平台的通信、无线网络的建立以及指令的发送，从设备Zigbee模块完成主设备网络的搜寻及加入、指令接收和硬件接口电路的控制。

系统从设备数字输入控制电路功能要求：

1、日光灯控制电路根据指令完成日光灯的开启/关闭功能。

2、鼠标PS/2接口电路，按照指令解码并按照PS/2协议向PC机发送数据，进而完成鼠标的控制功能。

3、MP3/MP4控制电路，根据指令完成MP3/MP4的开启/关闭、上一曲/下一曲、增大/减小音量功能。

4、电视机控制电路，根据指令完成电视机开启/关闭、换台、增大/减小音量功能。

5、风扇控制电路，根据指令完成开启/关闭、风量调节功能。

以上数字输入控制电路的功能根据项目进展情况会进行适当增减。

2.2 性能标准

1、整个Zigbee网络组网稳定，且网络组成后可随时进行从设备的扩展，信息可快速在网络内传输，传输延时控制在0.1秒内。

2、STEVAL-MKIO62V2开发平台采集、处理数据要快，在0.1秒内要完成手势识别及指令确定，且能够准确识别使用者简单的手势信号。

3、系统用户管理系统支持两种级别的用户：一种是家长用户；另一种是儿童用户。两种用户级别有不同的用户权限。

4、系统防盗系统能识别用户登录手势，在出现3次错误登录手势时，整个系统自动锁定。

5、系统主设备完成SD卡FAT32文件系统的操作，PC可以读出SD卡中主设备存储的信息。

6、日光灯、电视机、MP3、风扇、鼠标PS/2控制电路响应要迅速，在用户手势完成0.2秒内要作出相应的响应。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

3.1.1 系统设备类型概述

在本项目设计的系统中，有主设备和从设备两种设备类型，使用者通过主设备向从设备发出指令，从设备接收指令并进行相关操作。

系统中的主设备主要完成使用者手势识别、指令发送。其中使用者手势动作的物理信息采集及处理由ST公司提供的STEVAL-MKIO62V2开发平台完成，其平台集成了5个传感器：2轴roll/pitch陀螺仪LPR430AL、单轴yaw陀螺仪LY330ALH、6轴磁力计LSM303DLH、压力传感器LPS001DL和温度传感器STLM75DS2F，并有一个PC机软件配合使用。主设备通过采集这些传感器的实时信息再配合相应的算法处理进而获得使用者的手势信息，之后系统再将这些信息与预设值进行对比以确定要发送的指令，指令确