基于ZigBee技術的智能家居安防系統設計

西安建筑科技大學信息與控制工程學院 張軍霖 于軍棋 蘇曉峰

基于ZigBee技術的智能家居安防系統設計

西安建筑科技大學信息與控制工程學院 張軍霖 于軍棋 蘇曉峰

隨著人們家居生活條件的不斷改善，人們的家庭安全防護意識也越來越強，安防系統不再只局限于防盜、防火和防燃氣泄漏等方面，而且還要考慮到家里有老人或病人等實際情況，需要為他們配備緊急呼救按鈕。傳統的智能家居技術多采用有線方式，由于布線麻煩、可擴展性差且線路易老化等原因而逐漸被市場所淘汰。近年來，ZigBee技術作為一種逐漸興起的無線通信技術，由于其近距離、低功耗、低成本、組網方式靈活等優點，在智能家居安防系統中已得到廣泛應用。

一、系統總體框圖及工作原理

1. 系統總體框圖。系統的總體框圖如圖1所示，主要有2個部分：前端為ZigBee節點（數據采集部分），后端為主機（主服務器）。ZigBee節點主要由門窗磁、人體紅外、煙感傳感器、數據處理模塊及無線收發模塊組成，主機主要由無線收發模塊、中央處理器以及一些外圍電路組成。這2部分通過ZigBee網絡進行無線連接。

圖1 系統總體結構

2. 工作原理。主機上有2個功能按鍵，分別為設防鍵和撤防鍵。當主人出門時按下設防鍵，然后通過手機短信方式由GPRS通知主機進入工作狀態。當主人回家時按下撤防鍵再通過手機短信方式通知主機進入待機狀態。待主人進入家中時則按下撤防鍵，主機便停止工作。

二、系統硬件設計

1. ZigBee節點設計。ZigBee節點的主要功能是采集需要的數據，并將數據處理后發送給主機。ZigBee節點主要由傳感器、MCU模塊、ZigBee收發模塊、存儲模塊和電源管理模塊這5部分組成，包括電源模塊指示燈/開關、傳感器模塊接口。如圖2所示。

圖2 節點設計

其中，CC2430是Chipcon公司生產的首款符合ZigBee技術的2.4GHz射頻芯片。CC2430適用于各種ZigBee或類似ZigBee的無線網絡節點，包括協調器、路由器和終端設備等。它結合了Chipcon公司全球先進的ZigBee協議棧、工具包和參考設計，展示了領先的ZigBee解決方案，滿足了以ZigBee為基礎的2.4GHz ISM波段應用對低成本、低功耗的要求。CC2430包括一個增強的8051單片機、RF發射接收機、可編程的閃存 RAM、模/數轉換器（ADC）、定時器（Timer）、AES-128安全協處理器、看門狗定時器（Watch Timer）等。CC2430在應用于監視、控制網絡時，具有低成本、低耗電的特點，而且只需連接少量的外圍器件即可使用。

2. 主機設計。主機部分由ARM模塊和ZigBee無線收發模塊組成。考慮到智能家居系統以后的可擴展性，本設計選用了三星公司的ARM9內核處理器S3C2440A。S3C2440A采用ARM920T內核，具有功耗低、處理速度快、高性能等特點。它包含有3個UART串口、1個AC’97解碼接口、1個IIS（Inter-IC Sound Bus）音頻編譯解碼接口、8通道的A/D轉換器、2個SPI接口、1個IIC接口（支持多主結構）、4個DMA通道、130個通用I/O口和24個通道外部中斷源，1個帶日歷功能的RTC。S3C2440A的主頻為400MHz，最高達553MHz，該頻率可以輕松運行μc/osⅡ操作系統。

三、系統軟件設計

本設計在軟件選擇時采用了源代碼公開的μc/osⅡ實時操作系統。該系統具有編程簡單、易移植、穩定性好、裁剪方便等優點，并且支持多任務調度。系統軟件流程圖如圖3所示。

圖3 系統運行流程

四、結論

本文，筆者基于ZigBee無線通信技術，結合μc/osⅡ實時操作系統設計了一套智能家居安防系統。該系統在運行時，能夠對現場數據進行實時地采集和分析，當發現緊急情況時，能迅速報警且抓拍現場圖像，并通過GPRS向主人手機發送短信，實現了家居安防系統的智能化。在不久的將來，這種智能化的安防系統必將得到更加廣泛的應用。