基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計

（西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西西安,710077）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計

王萍利

（西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西西安,710077）

采用 CC2430 芯片做中央控制器的主控芯片、相應(yīng)的傳感器，ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)、GPRS通信技術(shù)作為工作平臺，分析了系統(tǒng)的硬件平臺搭建和系統(tǒng)軟件設(shè)計，重點分析了系統(tǒng)的功能。實現(xiàn)了智能家居的監(jiān)測和控制的功能。經(jīng)過系統(tǒng)的測試驗證，該系統(tǒng)具有良好的通用性和可擴展性。

GPRS通信技術(shù)；監(jiān)測；ZigBee技術(shù)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展及人們生活水平的提高，智能家居逐漸走進了人們的生活。智能家居就是利用計算機技術(shù)、數(shù)字技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng),有機地結(jié)合在一起。我們不管是否出門在外，都可以通過手機來連到家中的終端，對家中的家電、天然氣、水及外來人員進入等的監(jiān)控和控制。這樣以來，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1硬件方案設(shè)計

1.1.1 中央處理器

中央處理器是信息的接受和發(fā)送的主要部分，中央處理器除了CPU采用AMR處理器、顯示屏、電源等外圍電路，主要采用CC2430 芯片作為中央處理器的主控芯片。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的2.4GHz ISM 波段應(yīng)用，及對低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個高性能 2.4GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一塊工業(yè)級小巧高效的 8051 控制器。此外該處理器為其應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性能的難題。所以本系統(tǒng)的開發(fā)采用CC2430 芯片做為中央處理器的主控芯片。

1.1.2 ZigBee 技術(shù)

ZigBee 技術(shù)分為有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩種形式。有線網(wǎng)絡(luò)有三種形狀，分別為星型、網(wǎng)型、樹簇型。

本系統(tǒng)采用雙向無線通訊技術(shù)。ZigBee 技術(shù)是一種雙向無線通訊技術(shù)，具有低成本、低速率、低功耗、低復(fù)雜度、近距離的特點， ZigBee 協(xié)議是 ZigBee 聯(lián)盟是一種無線局域網(wǎng)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準，它是一種對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和 API 進行標(biāo)準化，基于媒體訪問控制層協(xié)議和IEEE 802.15.4 技術(shù)標(biāo)準物理層來完成的技術(shù)標(biāo)準。本系統(tǒng)采用ZigBee 無線組網(wǎng)技術(shù)，不用單獨布線。該技術(shù)主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域。

ZigBee 設(shè)備對象負責(zé)初始化或響應(yīng)綁定請求及建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間安全關(guān)系，并負責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)現(xiàn)，決定提供何種應(yīng)用服務(wù)，還負責(zé)定義設(shè)備節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的角色，其協(xié)議簡單緊湊，結(jié)構(gòu)清晰。

1.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用JAVA語言編寫的，在編寫前進行系統(tǒng)的初始化的設(shè)置、端口的配置等系統(tǒng)設(shè)置操作。系統(tǒng)需要配置的中央控制器的核心CC2430 芯片及顯示屏、CPU處理器、電源插口及外圍設(shè)備的配置，還有ZigBee技術(shù)和GPRS模塊的安裝。系統(tǒng)將中央控制器從傳感器獲得的信息傳給ZigBee 無線通信模塊，然后ZigBee 無線通信模塊通過GPRS 遠程控制模塊傳給終端用戶，終端用戶可以及時獲取家中的安全等情況。終端用戶可以及時處理家中的安全等情況。同樣用戶在回家前，可以通過GPRS模塊發(fā)送信息給主機，主機將該信息反饋給ZigBee 模塊，再傳給中央控制器，給出服務(wù)端相應(yīng)的處理信息。例如：在回家前，打開空調(diào)等。具體操作的流程圖如下圖1所示：

圖1 系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)采用ZigBee 無線組網(wǎng)技術(shù)及GPRS通訊技術(shù)等技術(shù)進行設(shè)計，主要包括以下的功能模塊，分別是家居安全模塊和家居管理模塊。下面我們就這兩模塊的基本功能及設(shè)計進行描述。系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

2.1家居安全模塊

家居安全模塊主要包括：天然氣泄漏監(jiān)測模塊、煙霧監(jiān)測模塊、溢水監(jiān)測模塊、壞人闖入模塊。在傳感器、中央處理器、ZigBee 技術(shù)、GPRS通訊技術(shù)的的共同作用下完成。各類傳感器接受到各種相應(yīng)的信息，如天燃氣是否泄漏、煙霧、水位、壞人等信息的話。并將相應(yīng)的信息傳給中央處理器，ZigBee無線通訊模塊從中央處理器處獲取信息，再發(fā)送給GPRS通訊模塊，終端用戶收到信息，如果有時間的發(fā)生的話，趕快報警。為家居的安全提供了有力的保證。

2.2家居管理模塊

家居安全模塊部分主要做了空調(diào)的控制部分。不管終端用戶是否在家中，終端用戶都可以通過手機短信的方式，通過GPRS通訊技術(shù)傳給ZigBee 無線通訊網(wǎng)絡(luò)，再由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給中央處理器，將控制空調(diào)的打開與關(guān)閉。

3 結(jié)束語

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)的詳細設(shè)計方案，包括硬件軟件系統(tǒng)的設(shè)計，安全可靠，性能穩(wěn)定，且具備較好的擴展性。利用ZigBee 無線通訊技術(shù)實現(xiàn)了終端用戶與中央控制器進行無線組網(wǎng)技術(shù)，同時，實現(xiàn)了中央控制器與家居設(shè)備端之間的控制。該系統(tǒng)在模擬系統(tǒng)中正常運行，可實現(xiàn)家居安全報警及基本功能，為用戶提供智能、舒適、安全的家居生活。

[1] 熊春宇。基于 ZigBee 的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]．價值工程.

[2] 江虹，劉驪．ZigBee 技術(shù)在智能家居控制器中的應(yīng)用研究[J]．云南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009,31(S1)

[3] 翟雷，劉盛德，胡咸斌．ZigBee 技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

王萍利.講師.1972年11月.渭南人.碩士.研究方向；計算機科學(xué)與技術(shù)

The design of intelligent Home Furnishing control system based on the Internet of things

Wang Pingli
（Xi’an Vocational & Technical College，Xi’an,710077，China）

Using CC2430 chips do central controller master control chip,the corresponding sensors,ZigBee wireless network technology,GPRS communication technology as a work platform,analyses the system hardware platform structures,and the system software design,the function of the system are emphatically analyzed. Realized the function of smart home monitoring and control.After test validation system,the system has good versatility and expansibility.

GPRS communication technology;Monitoring;ZigBee technology

TP277