基于Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

【摘要】本文主要介紹了一個(gè)基于Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)包括燈光和家電控制，各種報(bào)警和視頻監(jiān)控等功能以及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制功能。

【關(guān)鍵詞】Zigbee；CC2530；智能家居

0.引言

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，我國(guó)在制定“十二五”規(guī)劃時(shí)更是將物聯(lián)網(wǎng)納入“十二五”專題規(guī)劃。智能家居屬于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要分支，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居表現(xiàn)為利用信息傳感設(shè)備將家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，并與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行監(jiān)控、管理信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)家居智能化。本文介紹了基于802.15.4的Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本智能無(wú)線家居控制系統(tǒng)主要由網(wǎng)站、PC軟件、Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、Zigbee控制與采集節(jié)點(diǎn)四個(gè)部分組成（如圖1所示）。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)本地和網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭電器的控制，以及模擬場(chǎng)景的智能控制。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

網(wǎng)站為用戶提供一個(gè)遠(yuǎn)程控制家電的系統(tǒng)，用戶通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)家庭的嵌入式服務(wù)器來(lái)獲得當(dāng)前家庭的情況并向設(shè)備發(fā)送控制指令。

PC軟件是系統(tǒng)的靈魂，軟件編寫(xiě)的好壞直接影響系統(tǒng)的性能。PC軟件的功能是給用戶提供操作界面，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或本地的控制指令用戶的指令通過(guò)串口傳送給Zigbee協(xié)調(diào)器，并且存放Zigbee協(xié)調(diào)器傳送的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并顯示報(bào)警信息，其中數(shù)據(jù)庫(kù)是網(wǎng)絡(luò)與本地控制數(shù)據(jù)交換中心。

Zigbee協(xié)調(diào)器是信息的交換中心。Zigbee協(xié)調(diào)器的功能是接收PC傳送的指令并通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送給Zigbee控制采集節(jié)點(diǎn)和接收由Zigbee控制采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息并且向上位機(jī)（PC）發(fā)送。

Zigbee控制與采集節(jié)點(diǎn)是家居控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它可以接受無(wú)線控制指令并執(zhí)行?？刂乒?jié)點(diǎn)主要用于控制家庭的開(kāi)關(guān)電器設(shè)備，如電燈、電扇以及具有紅外控制器的設(shè)備，如電視，空調(diào)等。采集節(jié)點(diǎn)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭安全隱患，如煤氣泄漏，火災(zāi)等。Zigbee控制與采集節(jié)點(diǎn)都具有向Zigbee協(xié)調(diào)器反饋當(dāng)前狀態(tài)的功能。

系統(tǒng)通過(guò)相關(guān)Zigbee節(jié)點(diǎn)采集信息，并傳送給Zigbee協(xié)調(diào)器，然后由協(xié)調(diào)器將信息傳送給PC機(jī)，PC機(jī)將節(jié)點(diǎn)的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)之后，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和實(shí)時(shí)的狀態(tài)顯示，并通過(guò)PC操作人員的操作，將控制指令發(fā)送給Zigbee協(xié)調(diào)器，然后由Zigbee協(xié)調(diào)器將執(zhí)行指令發(fā)送給Zigbee相關(guān)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行完成對(duì)家庭中照明、安防等的控制。同時(shí)系統(tǒng)還可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備查詢和控制無(wú)線攝像設(shè)備，對(duì)家庭進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)站，用戶可以觀察到家庭的基本情況，用戶還可以使用網(wǎng)站的控制指令，向數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入控制指令，當(dāng)PC軟件檢測(cè)到數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，便向Zigbee協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令。

2.單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)

圖2 電路板結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)的硬件部分主要由計(jì)算機(jī)PC、協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)電路板、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳感器模塊等部分組成，其中協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)電路部分是本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

本系統(tǒng)才用TI公司的CC2530芯片作為協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)的控制芯片，CC2530是一款無(wú)線單片機(jī)，工作在2.4GHZ的頻段，采用802.15.4通信協(xié)議。

Zigbee協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)在硬件電路設(shè)計(jì)上基本無(wú)區(qū)別，主要通過(guò)軟件編程讓其工作在協(xié)調(diào)器或節(jié)點(diǎn)模式。

Zigbee協(xié)調(diào)器主要通過(guò)RS232串口接口于與PC機(jī)通信，MAX232芯片是用于串口通信的芯片。Zigbee節(jié)點(diǎn)主要提供控制（如燈光控制）和采集（如溫度采集）接口。

Zigbee協(xié)調(diào)器是底層通信系統(tǒng)的核心，主要是接收節(jié)點(diǎn)信息向PC機(jī)反饋以及接收PC機(jī)控制指令向節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。

3.軟件部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有網(wǎng)站、上位機(jī)（PC）程序和下位機(jī)（協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)）程序三個(gè)部分組成。網(wǎng)站主要用ASP.NET編程，用到了C#語(yǔ)言，Dreamweaver8 ，Visualstudio 2008等一些網(wǎng)絡(luò)編程工具，數(shù)據(jù)庫(kù)用Access數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

上位機(jī)程序主要是在Visualstudio2008環(huán)境下完成的，采用VB語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)包括界面、控制和通信等功能。下位機(jī)主要是在IAR Embedded Workbench環(huán)境下完成的，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)包括控制和通信等功能，下位機(jī)采用的芯片是TI公司出的CC2530芯片，并且針對(duì)這塊芯片TI公司有完整的Zigbee協(xié)議棧，本系統(tǒng)正是基于Z-Stack 2007編寫(xiě)而成的，在原有的Z-Stack的基礎(chǔ)上編寫(xiě)自己的應(yīng)用程序來(lái)完成系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)上位機(jī)主程序界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)上位機(jī)主程序界面

網(wǎng)站文件部分程序（更新溫度程序）如下：

protected void update（）

{

string a = \"0.00\"；

string b = \"0.00\"；

/*選擇溫濕度進(jìn)行更新*/

OleDbConnection conn = new OleDbConnection（constr）；

OleDbCommand cmd = new OleDbCommand（\"select 傳感器數(shù)據(jù)2 from devicedata where 設(shè)備名稱='TEMPERATRUE'\"， conn）；

conn.Open（）；

OleDbDataReader dr = cmd.ExecuteReader（）；

while （dr.Read（））

{ a = dr[\"傳感器數(shù)據(jù)2\"].ToString（）；

}

dr.Close（）；

conn.Close（）；

Labeltempds1820.Text = a + \"℃\"；

}

4.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，它具有本地和網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)等多種控制方式，同時(shí)根據(jù)不同的場(chǎng)景設(shè)置能夠達(dá)到智能控制，讓人們生活得更加舒適與放心。本系統(tǒng)所采用的CC2530芯片具有低功耗，體積小，（2.4GHz）無(wú)線發(fā)射的特點(diǎn)，并且其對(duì)應(yīng)的Z-Stack具有完善的功能，能夠保證通信系統(tǒng)的有效性、可靠性和安全性。綜上所述，本系統(tǒng)切合社會(huì)發(fā)展實(shí)際需要、技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性、經(jīng)濟(jì)性都很好，有一定的創(chuàng)新性和推廣潛力，非常有研究?jī)r(jià)值并有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

【參考文獻(xiàn)】

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