一、方案描述
智能家居（smart home, home automation）是以住宅為平台，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防範技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，並實現環保節能的居住環境。智能家居是在網際網路影響之下物聯化的體現。智能家居通過物聯網技術將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、影音服務器、影櫃系統、網絡家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，兼備建築、網絡通信、信息家電、設備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節約資金。

（資料來源：阮星, 蔡闖華. 一個基於 ZigBee 協議的智能照明應用實例的實現[J]. 赤峰學院學報：自然科學版, 2011(8).李天祥．Android 物聯網開發細緻入門與最佳實踐：中國鐵道出版社，2016 年：14-15）

智能家居控制系統主要應用於家具、櫥櫃、娛樂系統等住宅場景，通過為家居終端產品配套智能升降控制系統，家居終端產品的高度、延伸性可以調節滿足不同家庭成員的需求。從全球的角度來看，根據 Statista 數據，2017 年世界智能家居市場規模約 334 億美元，到 2022 年有望迅速增至 782 億美元。從國內市場來看，根據前瞻產業研究院的統計，2017 年中國智能家居市場規模約為 65.32 億，美元，2012-2017 年年均複合增長率為 38.87%，呈現極為迅速的發展態勢。根據《2018 中國智能家居產業發展白皮書》，市場滲透率為 4.9%，而同期美國智能家居滲透率達 32.0%，國內滲透率的提升將為智能家居市場規模增長提供強勁動能。智能家居領域機遇與挑戰並存，品牌化、專業化和規模化的企業將更有市場前景。

（資料來源：前瞻產業研究院《2018 年中國智能家居產業發展白皮書》）

根據前瞻產業研究院《2018 年中國智能家居產業發展白皮書》預計到 2020 年，智能家居市場規模將達到782 億美元，市場增速將逐步緩慢下來到 27%。由以上可以看出，由於市場規模的增加，每年增速看上去在下降，實際上每年都會穩定的增加 100 ~ 200 億美元，市場狀況十分健康。

 

大聯大世平集團，針對目前智能家居市場，推出基於 NXP i.MX RT1020 和 JN51xx 的 ZigBee 3.0 網關方案，該方案具有遠程控制設備、遠程獲取設備狀態、本地場景、自由操控其他產品、指示燈反饋的功能，具有符合 ZigBee 3.0 規範、和其他廠商產品互聯互通、傳輸距離遠、自組網自愈、底層穩定、開發周期短的特性，在市場上具有免費提供評估板，免費提供 App 和雲服務，支持力度大的優勢。

NXP RT1020 擁有豐富的外設接口：4 路 I2C 接口，4 路 SPI 接口，以太網接口，8 路 Uart，3 路 I2S/SAI，為設計者提供了擴展外設的硬體基礎。

ZigBee 部分使用模組的形式，主推 JN5189。NXP JN5189 外圍電路簡單，僅需晶振和少量電容即可搭建最小系統，內部 BALUN 單射頻輸出口的設計和高達 10 dB 發射功率節省了射頻電路設計和外部 PA 的成本。

1.1 方案硬體設計架構

1.1.1 主平台的選擇

本 ZigBee 3.0 網關應用方案的主平台採用的是 NXP RT1020，具有高性能，低成本，易於開發特點，採用此平台的原因是

• Cortex M7 內核，500MHz 主頻，性能強，速度快
• 帶 PHY 的高速 USB
• 安全性（即時 FlexSPI 解密）
• 豐富的音頻功能
• SDK 包含 FreeRTOS
• 提供多種 IDE 的 SDK 包，包括 MCUXpresso / Keil / IAR
• 低成本且易於開發

1.1.2 供電 & 下載電路

① USB 5V 供電，DCDC & LDO 降壓後給外設供電。

② 支持通過 SWD 對 RT1020 下載程序，並進行仿真調試，支持通過 ISP 對 ZigBee Module 進行燒錄。

1.1.3 外設電路

由 QSPI Flash，Ethernet，ZigBee，Button，Speaker組成。

1.1.4 方案原理圖設計

RT1020 最小系統：

1.1.5 方案 Layout 設計

1.2 方案軟體設計架構

方案的軟體系統是採用 FreeRTOS ，NXP 提供了完整的基於 FreeRTOS 的 TCP/IP 示例軟體，用戶只需將 SDK 中的代碼移植到 TCP/IP 中來，即可實現相應的功能。

1.2.1 軟體框架

1.2.2 開發環境

NXP RT1020 的開發環境有三種，Keil 和 IAR 網上許多資料供大家參考，再次就不再贅述，主要來說說使用 NXP 提供的免費 IDE MCUXpresso 作為基礎開發環境，MCUXpresso 是一款基於開源開發平台 Eclipse 進行定製優化的方便易用的IDE，受到眾多 NXP 晶片開發者的好評。

MCUXpresso 可以從 NXP 官網下載：

https://www.nxp.com/design/software/development-software/mcuxpresso-software-and-tools/mcuxpresso-integrated-development-environment-ide:MCUXpresso-IDE

1.2.3連接雲平台

ZigBee 3.0 網關方案連接的雲平台是部署在阿里雲的私有雲平台

網關通過 MQTT 網絡通訊協議連接到雲服務器

 

本方案連接的阿里雲平台是全球卓越的雲計算技術和服務提供商。提供安全穩定的雲服務器。數據智能是阿里雲研發的超級智能，用突破性的技術，解決社會和商業中的棘手問題。目前已具備智能語音交互、圖像/視頻識別、機器學習、情感分析等技能， 數據智能的核心能力在於多維感知、全局洞察、實時決策、持續進化在複雜局面下快速做出最優決定。

1.2.4 APP 界面

ZigBee 智能開關面板能使用大聯大世平 ATU 智能家居 APP 進行控制，能夠自定義按鍵動作指向的控制功能。

比如，我可以在 APP 上指定單擊這個動作能夠控制房間的燈泡亮滅，也可以指定雙擊這個動作能夠控制窗簾的拉開、關上等。