基于ARM 和ZIGBEE 的智能家居系統設計

文/于川皓

1 引言

出門忘記帶鑰匙，不確定到底有沒有鎖門？不想半夜起床抹黑開燈？突遇降雨忘記關家里窗戶？相信不少人都有過類似的困擾，而智能家居正是為了解決所有不便而生。

智能家居主要凸顯了其智能化程度，充分發揮了現代電子計算機、網絡通信、自動控制等前沿科技的作用，結合家庭生活應用場景，把所有家用設備都接入到一個統一的平臺進行管理，以提高家庭生活的舒適性、安全性和環保性。智能家居除了為人們提供傳統的居住功能之外，更是在舒適安全、高效節能等方面給予了用戶更廣泛的享受空間；家居設備經過智能化改造后將成為會“思考”的工具，根據預設的參數自動作出相應的調整，使用戶無論身在何處，都能隨時監視和控制家庭的智能設備，大大提升了人們的生活質量，節約了時間，降低了風險，節省了能源。

室內生活環境中濕度過大，會造成家具受潮、墻壁發霉，滋生細菌，對人體的健康造成危害，如濕疹、風濕性關節炎等。在長江中下游地區的梅雨季節，這種現象尤為嚴重。而室內環境過于干燥，會造成地板、墻壁開裂，人體皮膚干燥、咽痛等。實驗測定，最宜人的室內溫濕度是冬天溫度為18 至25℃，濕度為30%至80%；夏天溫度為23 至28℃，濕度為30%至60%。智能家居系統可以根據預設好的人體最舒適的溫濕度，智能判斷是否需要自動開啟中央空調、加濕器等設備。舒適、健康的居住環境有利于家人身體健康，同時提升生活品質。智能家居系統構建高效的住宅設施，提升家居生活的舒適性，倡導極簡生活，除了安全、便捷和健康以外，將全方位實現“以人為本”的全新家居體驗。

2 家居內智能化實現途徑

關于串口通信編程部分，本文采用了簡單高效的數據傳輸技術，通過對若干個關鍵參數進行識別對比即可完成串口通信。當串口開啟之后，應用程序會自動開啟一個專用線程用于數據的接收和發送。為了保證數據的完整性，在每次接收到數據包之后都會對其進行有效性校驗，防止數據丟失。具體方法是通過bytesAvailable()函數處理接收到的數據，滿足條件后再返回。家居內智能化實現途徑主要有以下三個方面：

（1）智能家居環境氣候系統；

（2）智能化照明系統；

（3）無線火災報警系統。

3 ZigBee無線傳輸模塊

根據系統的特點，綜合考慮成本和性能等因素，本文選用了DHT11 數字溫濕度傳感器。該傳感器具備自校準功能，可以同時輸出溫度和溫度；DATA 的主要功能是與微處理器進行通訊和同步，通過單總線形式在4ms 內完成數據傳輸。數據傳輸格式分兩部分組成，分別為小數部分和整數部分。考慮到小數部分目前尚用不到，因此可以作為后期的數據擴展。整個數據處理流程為：以高位在前、低位在后的方式完成一次數據傳輸，數據量為固定40bit，其中溫度、濕度的整數位和小數位均各自占用8bit 長度，最后再加上8bit 校驗位，采用各檢驗方式對數據正確性進行校驗。

主要參數：

（1）工作電壓范圍：3.3V-5.5V

（2）工作電流：平均0.5mA

（3）輸出：單總線數字信號

（4）測量范圍：濕度20～90%RH，溫度0～50℃

（5）精度：濕度±5%，溫度±2℃

（6）分辨率：濕度1%，溫度1℃

DHT11 通信方式也是屬于單總線，和DS18B20 類似。

4 結論

本文通過設計分為硬件部分和軟件部分基于ARM 和ZIGBEE 的智能家居系統，采用了目前最先進的人工智能技術，借助計算機系統或嵌入式系統、網絡通信技術完成了基于ARM 和ZIGBEE 的智能家居系統設計。系統以STM32 單片機為核心，實現了對多個傳感器模塊的控制和數據采集，然后由統一匯總至ZigBee 通信終端上，最后由ZigBee 通信終高速傳輸給協調器。通過將ARM 開發板和協調器相互連接，使得ARM 開發板可以快速接收并處理來自于協調器的原始數據，經進一步分析后由終端顯示器展現出來。在編程語言的選擇上，ARM 開發板采用Qt 環境進行C++編程，將交叉編譯成功后的代碼直接移植到ARM 上。