智能家居是交融了主动化操控体系、计算机网络体系和网络通讯技能于一体的网络智能化的家居操控体系。智能家居将让用户用更便当的手法来办理家庭设备，比方经过触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或许语音辨认操控家用设备，更能够履行场景操作，使多个设备构成联动。另一方面，智能家居内的各种设备彼此间能够通讯，不需求用户指挥也能依据不同的状况互动运转，然后给用户带来最大程度的高效、便当、舒适与安全的运用环境。
红外技能是现在运用最广泛的一种通讯和遥控手法，它运用红外线作为载体，进行数据传输。在日常日子中，红外技能的运用随处可见，如经过红外遥控器对电视机、空调等家用电器进行操控和在耳机上以红外的办法进行音频传输等。在智能家居操控范畴，红外技能与射频和蓝牙技能比较有它本身的优势。一方面，从运用的视点上看，射频信号的频谱现已十分拥堵，而各个国家对射频频谱规模办理较严厉，可供给的无线电波的频率规模也十分紧缺，而电磁波谱中的光谱是不受通讯办理委员会法令约束的。另一方面，与蓝牙技能比较，红外技能在传输间隔上虽与之类似，但可节约很多本钱。近几十年来，跟着编码调制技能的开展，红外无线数据传输率也越来越高，能够说红外传输技能现已老练。别的，它稳定性高、私密性强，所以，十分合适用在短间隔无线通讯智能家居操控体系中。
1 智能家居网络结构
1.1 整体结构
在室内红外网络中，每个终端节点操控器装备用于光电信号彼此转化的红外收发模块，以发散的红外光作为载体信号，使在同一室内的各终端节点以自安排办法构成网络，构成对方针的监测区域。每个房间别离装有一个主节点操控器和若干个从节点操控器，这些操控器的尺度很小，能够装置在室内任何区域，作业规模又仅限在自己的屋内，所以不受相邻屋子体系操作的搅扰。主节点操控器之间以电力线办法衔接，完结家庭中各居室的彼此通讯。
主节点操控器一起又配有GPRS模块，能够与外部网络进行通讯。主节点操控器经过外部网络，把数据从监测区域发送到长途数据库，然后运用各种运用软件对收集到的数据进行剖析处理，经过各种显现办法供给给终端用户。用户和长途使命办理单元也能够经过外部网络，与主节点操控器进行交互，如向意图节点发布查询请求和操控指令，并接纳回来的信息。经过外部网络操控主节点操控器宣布红外光，散射到天花板、墙面或其他物体上，并在其外表发生漫反射，光信号载体就布满了整个房间。这样，从节点操控器接纳辐射光的视觉视点宽，而且接纳是合适各个方向的。因而，主从节点的发射模块和接纳模块不需求有直接的照耀光线，光的传输途径不会容易被打断。相同的传输办法也适用于上传数据。红外无线网络体系结构如图1所示。
1.2 室内结构
在充溢漫射红外光的住所内，红外遥控器和主节点操控器都具有专用的身份辨认码、电器挑选码。红外遥控器还具有功用键代码，当按下相应键时，便发射出红外光，光线中带着有本身的编码信息、操作方针及操作指令。每个家用设备都装置一个从节点操控器，这些从节点操控器在出厂时不带有本身的编码地址信息，需用户输入指定的身份地址编码，从节点操控器经过自学习进程，存储该编码。运用进程中，从节点操控器接纳到红外光信息后，对信息进行身份辨认，就可对与它衔接的设备进行相应的操作，并在完结之后宣布反应信号。室内的不同操控器别离完结了其本身功用，室内智能家居结构如图2所示。
室内智能家居向用户供给家电统一办理、照明操控、供电操控、室内无线遥控、防盗报警、家居安全保证、温度光照检测与调理及GPRS长途监控等功用，并结合其他体系为住户供给一个温馨舒适、安全节能、先进易用的家居环境，让住户充沛享受到现代科技给居家日子带来的安全、舒适、便当与精彩。
2 体系硬件规划
2.1 节点结构
主节点选用STM32L151芯片作为体系MCU。该芯片是意法半导体公司供给的超低功耗、高数据安全性、高效能的ARMCortex-M3系列芯片。因为本体系选用漫射红外原理，独自的红外光不足以构成室内红外光网，故主节点选用红外收发模块点阵增大光强和光照规模，增强室内红外数据传输的牢靠性。主节点配有GPRS模块与外部网络进行通讯。别的，从安全的视点考虑，无论是主节点仍是从节点都有必要配有备用电池，避免如家中忽然停电，室内信息无法奉告用户等状况给用户形成的丢掉。红外网络体系的主节点硬件结构如图3所示。
考虑到未来家居红外网络的扩展性、节能性和价格，从节点选用超低功耗、高性能单片机C8051F964作为体系MCU。具有64 kB的片内Flash和8 448字节片内RAM、10位300 ksps或12位75 ksps单端ADC、SMBUS/I2C总线、增强型硬件UART、4个通用16位守时器等特性。配有红外收发模块HSDL-3020的从节点与家用电器、灯具、三表等家居设备相连，完结指令操控或数据传输。红外网络体系的从节点硬件结构如图4所示。
2.2 红外收发模块
HSDL-3020是安华高科技公司推出的红外收发模块。该模块体积小、传输速度快，经过该模块，能够将串口中的逻辑信号转换成红外信号并发送到空气中。HSDL-3020为3红外收发头封装，它的遥控指令(红外光波长940 nm)和数据传输(红外光波长874 nm)功用得到了充沛的发挥。它彻底兼容IrDA1.4物理层的低功耗标准，具有调制解调功用，传输速率9.6 kbps～4.0 Mbps，并具有广角和高辐射强度，不对人眼形成任何损伤，数据传输间隔最高可达14 m。HSDL-3020能够处于睡觉形式以到达最低的功率耗费。在睡觉形式下，Pin二极管将会被搁置，只发生很少的光电流，这些光电流乃至比周围一般光还要低，所以低功耗作用十分抱负。
2.3 红外收发模块的规划
MCU和红外收发模块HSDL-3020可经过UART接口直接衔接。HSDL-3020的数据输入端TxD_RC兼容CMOS电平，而且它供给的红外通讯端口(ICP)支撑双通道SIR数据，其传输速率为115.2 kbps，也支撑FIR数据，传输速率高达4 Mbps。图5为HSDL-3020与MCU的硬件接口衔接图。
其间，MCU与HSDL-3020的“红外数据”只可经过UART接口进行发送，而“遥控指令”既能够经过UART接口，也可经过通用I/O口进行发送。对SD和TxD_IR两引脚输入不同的时序逻辑，能够改动HSDL-3020的通讯办法，完结SIR、MIR及FIR三种办法的切换。通讯进程中应留意的是，虽然在硬件上数据传输和遥控指令能够一起进行，但在软件上需求处理空中传输数据混杂和丢掉的问题。
3 智能家居红外网络的树立
3.1 IrDA通讯协议简介
红外数据协会(Infrared Data Association，IrDA)是1993年6月树立的一个独立安排，它为短间隔红外无线数据通讯拟定了一系列敞开的标准。IrDA标准包含3个有必要的协议层：物理层协议(IrPHY)、链路树立协议(IrLAP)、链路办理协议(IrLMP)。除此之外，还有一些适用于特别的运用形式的可选层。IrDA的方针是拟定能以合理且较小的价值完结标准和协议，以推动红外通讯的开展。IrDA协议栈结构图如图6所示。
当今IrDA红外通讯办法的通讯速度因IrDA物理层的标准办法而异，共分为5大类SIR、MIR、FIR、VFIR和UFIR。SIR通讯速度为115 kbps，用于文字信息的传输。MIR和FIR办法的通讯速度别离为1 Mbps和4 Mbps，可使文字信息传输速度更快，也可传输音频信息，如MP3、WMA等格局的文件。VFIR和UFIR办法的通讯速度别离为16 Mbps和100 Mbps，首要用于图画数据信息传输。在智能家居范畴中，图画传输比较少，故选用前3种通讯办法。
3.2 红外编码格局
IrDA协议的物理层拟定了标准的编码格局。IrDA物理层1.0版别运用于SIR和MIR通讯办法。它依据异步串行通讯接口，将从UART接纳到的数据进行了编码，将数据“0”变换成3/16位速率或1.6μs的窄脉冲，而数据“1”变换成不发送脉冲。IrDA物理层1.0版的帧结构如图7所示。
其间，两个STA为开始位，每个STA由01111110组成;后边的内容是上层IrLAP协议加载来的数据，包含8位地址位、8位操控位和n×8位数据位(nMAX=256);FCS为16位的CRC校验位;STO为中止位，由01111110组成。
IrDA物理层1.1版别运用于FIR通讯办法。它选用4PPM调制办法，以500 ns为固守时隙并将其4等分，依据脉冲在时隙的方位来确认数字形式。4PPM调制办法具有4 Mbps的传输速率，在此速率下，封装包是以同步办法传送的。IrDA物理层1.1版的帧结构如图8所示。
其间，16PA为16位的引导码1000 0000 1010 1000;一个STA开始位由0000 1100 0000 1100 0110 0000 01100000组成;后边的内容相同是上层IrLAP协议加载来的数据，包含8位地址位、8位操控位和n×8位数据位(nMAX=256);FCS为32位的CRC校验位;STO为中止位，由0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110组成。
3.3 红外网络的树立进程
红外网络节点由IrDA通讯协议的IrLAP完结链路衔接，IrLAP在红外信道上供给了一种牢靠的数据传输机制。在网络中，各收发模块以红外办法通讯时完结寻址、地址抵触处理、康复机制、作业站的发现/辨认、衔接树立、主站竞赛、媒体接入操控等功用。在面向衔接的事务中，IrLAP为所支撑的数据链路供给了事务的服务质量，可选的数据块巨细为64～2 048位，可选波特率为9 600～4 000 000 bps，等待时刻阈值为3 s，最大打听时刻为50～500 ms。
IrLAP界说了3种帧：
①无编号帧。用于树立和开释数据链路，陈述进程过错，传送数据。
②监督帧。用于链路办理，如应对接纳帧、传输站点状况陈述帧序列过错。
③信息帧。用于传输信息。
IrLAP的作业进程包含地址抵触处理、树立衔接、唤醒、信息交流、重置衔接、停止衔接。IrLAP作业进程如图9所示。
一旦经过IrLAP树立了链路衔接，链路的运用和运用参数的设定将由IrLMP协议来办理。IrLMP的作业进程包含LSAP(链路事务接入点)衔接操控、站点操控、IrLAP衔接操控等。红外站点间的通讯呈现磕碰时，用超时重传办法来处理。
IrLAN是依据上述协议的高层协议，支撑IrDA与其他已有局域网的互连。依据IrLAN协议的移动站的作业办法有3种形式：接入点、对等式、主机式。IrLAN运用TinyTP协议来切割和拼装分组并进行流量操控。
结语
本文选用漫射红外的办法，完结了家中局域网的树立，完结了红外通讯功用。无论是操控指令的响应速度，仍是红外数据的传输速度，都到达了抱负的作用。这样，遥控器或操控终端能够对家中的一切电器设备进行操控。例如，可对智能家居体系编制情形功用如“夜间形式”，即可主动封闭窗布，敞开客厅灯火，翻开电视机、空调、音响，并将家庭报警设备设置为主人在家的形式，避免误报——无需繁琐地逐一操作各种电器及设备。
