基于ZigBee技術和Android系統的智能家居系統的設計

彭玲 黃松發

摘要：從人們對智能家居的需要出發，在對智能家居控制系統進行深入研究后，該論文提出了基于 Android 和 ZigBee 的智能家居控制系統，硬件部分以ARM和ZigBee為主體構建網絡，采用Android來開發客戶端APP，用戶可以通過手機客戶端APP來對家居進行控制。

關鍵詞：ARM ?Android ?ZigBee ?智能家居

1 概述

隨著科學技術的迅速發展，生活水平的不斷提升，人們越來越注重家居生活的安全與便利，從而推動了智能家居走入了人們的生活。智能家居是以住宅為平臺，利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、自動控制技術等技術，融合家庭需求，將家中的各種設備（如照明系統、窗簾控制、家電控制等）全部接入到網絡當中，對家居狀態進行遠程的監控和管理，優化人們的生活方式[1]。

2 總體設計

本文結合用戶需求，從功耗、經濟、操作等方面入手[2]，提出了基于Android和ZigBee的智能家居控制系統，系統總體設計，如圖1所示。本系統由ARM家庭網關模塊、ZigBee 模塊和Android客戶端組成。其中ARM家庭網關模塊為中心控制單元，通過ZigBee 模塊收集各個傳感器采集的各項數據，將數據通過網絡實時反饋到Android 客戶端，同時用戶可經過Android 客戶端遠程控制家電設備。

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圖1 ?系統總體結構圖

3 系統硬件設計

該系統硬件主要分為ARM家庭網關模塊、ZigBee 模塊。

3.1 ARM家庭網關模塊

ARM家庭網關模塊作為系統的核心，用來連接ZigBee網絡和外部Internet網絡。采用Cortex-A8處理器，加上SDRAM、Flash和串口等基本模塊，外加Internet模塊及ZigBee模塊，使網絡通信性能更為強大，家庭網關結構如圖2所示。一方面負責連接ZigBee網絡，并利用ZigBee網絡獲取各種傳感器采集到的數據信息;另一方面將傳感器采集到的數據信息，打包成網絡數據流，通過外部Internet網絡發送至手機端，同時對遇到的緊急情況如煤氣泄漏、漏水等，將進行聲音報警并發送短信給手機客戶端，并執行相應地操作[3]。

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圖2 ?ARM家庭網關模塊結構圖

3.2 ZigBee模塊

ZigBee模塊采用采用TI公司推出的新一代SOC芯片CC2530芯片，該芯片包括了極好性能的一流的RF收發器，工業標準增強型8051MCU，系統中可編程的閃存，8KBRAM等功能[4]。ZigBee 網絡由一個協調模塊以及多個路由模塊和多個終端設備節點模塊組成。

ZigBee協調模塊是ZigBee網絡模塊的核心，負責啟動整個網絡，包括無線傳感器網絡的建立、連接、退出以及網絡地址的分配。協調模塊主要涉及網絡的啟動和配置，一旦這些都完成后，它又成為路由模塊，允許其他設備加入網絡，擴大信號傳輸范圍的作用。ZigBee設備節點模塊主要負責對傳感器節點的數據進行采集和處理，并控制各種家電設備。

4 系統軟件設計

本系統軟件是采用Android開發的APP，包括家居控制、家居檢測、音樂系統、生活模式設置等模塊。家居控制模塊可以對家電設備，如空調、電視等進行控制，還可以進行對燈光、插座、窗簾、遙控等進行控制，界面如圖3所示;家居檢測模塊可以通過各傳感器獲取到室內與室外的溫濕度，光照度，煙霧等數據，界面如圖4所示;音樂系統是為家居系統提供背景音樂，無論在哪個房間，哪個位置都能聽到優美的音樂;系統支持4種常見生活模式設置，普通模式、會客模式、外出模式、睡眠模式等，通過不同生活模式的簡單設置，使系統智能實施場景布置、報警聯動等功能。

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圖3 ?家居控制界面

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圖4 ?家居監測界面

5 總結

本文將ZigBee無線技術與Android智能操作系統緊密結合，運用到智能家居中，有很高市場應用價值。但是本系統只是依據一個住宅模型進行設計，還沒有應用到實際的家庭中，研發技術還有待于進一步的提高，在物聯網技術與4G網絡技術不斷發展的今天，如何將這些技術應用到智能家居控制系統上來，提高系統的高應用性和高可用性，使之能更好地為人們的家居生活提供便利，是需要我們繼續深入研究的[5]。

參考文獻：

[1]王芳.Android平臺和ZigBee 技術在智能家居系統中的應用[J].電子世界，2014.11.

[2]屈偉明.基于物聯網的智能家居遠程控制系統設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2014.4.

[3]朱祥賢.基于Android和ZigBee的智能家居系統設計[J].數字技術與應用，2014.9.

[4]陶在紅，楊宇，常建華.基于ZigBee的智能家居控制系統設計[J].現代電子技術，2014.12.

[5]姜宇航.基于物聯網的智能家居控制系統設計[D].吉林大學，2014.5.