15G下的智能家居5G技术具有高速、低延迟和高可靠性等特点。智能家居作为智能化系统，能够将传感器、智能控制设备、多媒体设备相结合，运用现代化信息技术、通信技术和网络技术，实现家庭内部设备之间的信息共享和互联互通，完成智能化控制和管理。文章从实际应用出发，探讨智能家居无线通信系统设计的关键问题，并提出一套完整的智能家居设计方案。2智能家居关键技术介绍2.1ARM处理器ARM处理器是一种低功耗、高效能的处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系统和移动设备中，如智能手机、平板电脑、工业控制设备等[1]。ARM处理器具有以下优点：（1）低功耗高效能。智能家居系统通常需要长时间稳定运行，并要求能够同时处理多个任务，ARM处理器可以在低功耗情况下高效运行，可有效满足智能家居系统的要求。（2）支持多种通信接口。ARM处理器支持多种通信接口，如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Z-Wave等，能够为设备之间稳定传输数据提供保障。（3）大量的硬件厂商支持。由于ARM处理器在各种嵌入式系统和移动设备中得到广泛应用，大量的硬件厂商提供了丰富的开发板和周边设备，方便智能家居系统的开发和生产。（4）灵活可扩展。ARM处理器的架构非常灵活，支持不同的核心数、频率和内存大小、多种操作系统和编程语言，便于智能家居系统的扩展和升级[2-6]。2.2无线通信技术（1）Wi-Fi。Wi-Fi是基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术，通过无线传输方式实现设备之间通信，利用无线接入点实现无线设备和有线网络之间的连接和数据交换。（2）蓝牙。蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，可以实现设备之间的数据传输和控制。使用射频技术实现设备之间的通信，每个设备均装配蓝牙芯片，可以通过无线信号发送和接收数据。在智能家居中，蓝牙技术可以用于各种设备之间的连接和通信，如智能灯泡、智能音箱、智能门锁等。具有低功耗、低成本、易于连接和支持广泛等特点。（3）ZigBee。ZigBee是一种低功耗、低速率、短距离无线通信技术，适用于智能家居中的各种设备之间的通信和互联。ZigBee的原理是采用IEEE 802.15.4标准级无线信道，将数据通过射频信号在设备之间进行传输，每个设备都可以充当路由器，进而将数据传输到下一个设备。ZigBee还采用了Mesh网络拓扑结构，结构允许设备之间完成多对多连接，增加了智能家居系统的可靠性和稳定性[3]。（4）Z-Wave。Z-Wave是一种专为智能家居应用设计的无线通信技术，具有低功耗、长距离、高稳定性等特点，能够为智能家居系统中的传感器、控制器等设备提供良好的通信解决方案。Z-Wave在利用无线射频发送信号的基础上，采用了频率扩频技术，以避免干扰和抵御攻击。（5）LoRaWAN。LoRaWAN是一种低功耗、远距离、窄带宽的无线通信技术，可以实现智能家居设备之间的长距离通信和数据传输，适用于需要跨越远距离通信的场景。LoRaWAN技术可以与5G网络相结合，提供更广泛的物联网设备连接选项，以满足不同应用场景的需求。2.3传感器技术传感器技术通过物理效应（例如电阻、电容、电感、光、声、温度等）感知环境的物理量，并将物理量转化成电信号输出。传感器负责感知环境变化，并将这些变化转化为数字信号或模拟信号，为智能家居系统提供数据支持。智能家居中常用的传感器有温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、光照传感器、门窗传感器等。从智能家居、智能医疗到智能交通、智能制造等领域，都需要大量的传感器设备采集数据。传感器设备的低功耗、长寿命、高可靠性等特点也将更好地满足物联网应用需求。3智能家居无线通信系统总体设计智能家居无线通信系统的核心部件包括系统交互接口、智能家居网关、设备控制器、智能家居后台系统等。3.1系统交互接口系统交互接口的主要功能是建立用户与智能设备交互所需要的平台，包括软、硬件两部分。软件包括手机App、触摸平板控制系统等；硬件包括无线开关、红外遥控器等直接控制的接入模块。3.2智能家居网关智能家居网关作为本地系统的运行主机，可以连接ZigBee网络组成的家居设备网和以太网，实现与手机、平板电脑及互联网的连接。网关通常由USB转ZigBee转换模块、基于USB2.0技术的安卓系统转换模块驱动程序以及自定义安卓系统的打包和自动升级方案等部分组成[5]。3.3设备控制器设备控制器是将不同的设备接入智能家居设备网络中，提供系统整体控制的硬件接口基础。设备控制器为智能家居网关提供了控制设备的直接功能，用户可以通过智能家庭网关系统对设备进行控制。控制技术包括：基于ARM芯片的核心控制板，提供了设备控制的核心框架；基于自主开发的控制板核心框架软件代码，用于实现设备的控制逻辑；不同设备的控制底板，为控制器提供不同设备的控制接口；不同设备对应的应用软件，用于实现设备的具体控制操作。3.4智能家居后台系统智能家居的软件核心是后台系统，负责控制系统功能。后台系统发出指令实现各种控制功能，并处理所有信息。后台系统分为本地系统和远程系统。本地系统主要处理本地控制和信息，远程后台则负责集中管理和本地系统的升级服务。后台系统研发主要包括：开发后台控制软件；开发API接口；将以太网控制指令转换为设备网络指令的转换协议；开发智能家居后台安全系统。4硬件系统设计智能家居无线通信系统采用ARM芯片为核心控制芯片，其他芯片为辅助，可研发一套面向物联网应用的体系框架。底层硬件包括ZigBee模块、CAN通信模块、MCU模块以及其他模块，智能家居无线通信系统硬件总体架构如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.004.F001图1智能家居无线通信系统硬件总体架构智能家居无线通信系统硬件总体架构主要实现定义接口及外设、功能底板/扩建模块和核心控制模块。部件配置适当的外壳，可形成完整的硬件实体，可按照不同的功能进行修改。（1）智能灯。智能灯可以实现远程控制、定时开关、调光等功能。核心模块通常采用ZigBee无线信息核心模块以及LED调光扩展板。主要采用ARM或者MIPS架构的处理器[5]。（2）智能门锁。智能门锁是一种可以通过智能家居系统实现远程控制、密码解锁、指纹解锁等功能的门锁，主要采用的芯片为XFS5152CE语音合成芯片、MCP2515局域网协议控制器以及RC522读卡芯片等。（3）智能插座。智能插座可以通过智能家居系统远程控制，能够实现定时开关、电量统计等功能。主要采用ZigBee等通信协议，芯片为ESP8266，以纯电阻方式计算可控制设备的功率。（4）智能监控。监控设备可采用Ambarella、HiSilicon等图像处理芯片实时处理图像信号；采用Wi-Fi模块实现远程控制和数据传输。智能摄像头还支持多种通信协议，包括RTSP、HTTP、ONVIF等，支持不同平台的接入。5软件系统设计通过文章对关键技术和硬件系统的分析，可以得出软件系统的总体架构设计，分为网关模块、设备管理模块、数据库模块及控制终端系统。智能家居无线通信系统软件总体架构如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.004.F002图2智能家居无线通信系统软件总体架构5.1网关模块智能家居网关模块主要负责服务器启动、网关启动、网关与设备数据互传等功能。网关通过初始化设备中的内存表启动设备，通过接入由ZigBee网络组成的家居设备网和以太网完成与手机、平板电脑和互联网的连接。用户可以使用计算机网络设备与家庭设备网络进行通信。5.2设备管理模块设备管理模块包括设备控制、设备上线、设备更新、设备删除等功能。（1）设备控制。应用端将操作转化为控制指令，发送给服务器，服务器发送至网关，网关转发数据至设备模块。（2）设备上线。网关将接收的待上线设备ID和密码进行验证，验证合法则更新内存中的设备在线状态。（3）设备更新。服务器为新增设备的MAC地址分配网关，自动分配协调器ID，将ID和设备MAC地址提供至网关。网关收到信息后，将判断协调器ID是否属于本网关，如果属于，则将返回设备ID和短地址提供给服务器，服务器将查询数据库补全内存设备列表。（4）设备删除。服务器发送删除指令给网关，参数为设备ID；网关收到指令后转发删除指令至设备；设备收到删除指令后进行处理并返回确认；服务器将读取网关的删除记录，删除数据库中的设备信息。5.3数据库模块数据库储存了服务器的Web应用信息、网关信息和设备信息。涉及的主要内容包括分组表、日志信息表、设备表、网关信息表以及用户表等内容[7]。5.4控制终端系统用户可在控制终端系统上进行操作，对智能家居进行控制。该设计可根据场景的不同，划分出不同的设备端，如手机端、平板电脑端、嵌入式控制端等。各端与后台数据直接对接，采用BS/CS客户端架构。对于手机端和平板电脑端，则分别适配主流手机操作系统Android和iOS端；对于嵌入式控制端，可基于ARM架构的设备或Windows Embedded系统进行开发。6结语随着5G技术、人工智能技术、物联网技术、智能家电技术和虚拟现实技术的不断发展，智能家居将进一步体现智能化、便捷化和舒适化特点。未来，智能家居将会成为居民生活必不可少的一部分。文章对智能家居无线通信系统的设计进行了全面阐述，详细介绍了智能家居无线通信的关键技术，描述了系统的硬件设计和软件设计，提供了一套智能家居无线通信系统可靠的解决方案。未来可进一步优化系统的性能，强化系统可扩展性，探索人工智能和物联网等新兴技术的整合，以满足不同用户需求。