基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術的智能家居監(jiān)控系統(tǒng) 

摘要：智能家居融合了無線傳感網(wǎng)絡技術、自動控制技術和計算機技術。提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。該系統(tǒng)以A8 系列處理器 CC2530為核心，采用dht11溫濕度傳感器進行溫濕度采集，煙霧傳感器進行煙霧監(jiān)控，光照傳感器進行光照強度監(jiān)測，協(xié)調(diào)器中轉(zhuǎn)傳送進行數(shù)據(jù)傳輸，在移動終端實時顯示住宅內(nèi)環(huán)境變化并進行遠程控制，實現(xiàn)住宅內(nèi)電器開關、家庭安防、火災預警、環(huán)境監(jiān)測等方面的全面智能化控制。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；無線傳感網(wǎng)絡；智能家居

DOIDOI：10.11907/rjdk.161600

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）009009702

作者簡介作者簡介：孫會民（1990-），女，山東菏澤人，山東科技大學信息科學與工程學院碩士研究生，研究方向為計算機軟件理論。

0引言

智能家居利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、綜合布線技術，融合個性需求，將與家居生活有關的各個子系統(tǒng)如安防、燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制、信息家電、場景聯(lián)動、環(huán)境監(jiān)測等有機地結合在一起，通過網(wǎng)絡綜合智能控制和管理，實現(xiàn)以人為本的全新家居生活體驗。

本方案用電腦作為客戶端，通過無線網(wǎng)絡 （WiFi、GPRS） 對家居系統(tǒng)進行控制，做到方便、快捷、觸手可及。

1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)以CC2530為控制核心，完成信息的采集與電器的控制等操作。終端節(jié)點把采集的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過A8網(wǎng)關把打包好的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器供外部調(diào)用[13]。平臺上配有液晶顯示模塊，人機交互界面能方便進行相關操作。

數(shù)據(jù)傳輸既可以通過Internet網(wǎng)絡進行，也可以利用現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡，如WiFi網(wǎng)絡[4]。在家庭內(nèi)網(wǎng)中，只需與一個具有無線接口管理功能的ZigBee模塊相連，通過人機交互界面，便可通過PC終端進行設備控制與狀態(tài)查詢。

系統(tǒng)通過上位機與A8網(wǎng)關配合，采集溫濕度傳感器、光照采集傳感器、煙霧采集傳感器、紅外反射傳感器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對繼電器的控制功能。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)流程如圖1所示。

2系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)分為上位機軟件控制和下位機ZigBee控制器兩大部分。上位機通過人機交互界面發(fā)送控制信息并接收下位機ZigBee控制器發(fā)送的檢測信號；下位機ZigBee控制器根據(jù)上位機軟件給出的指令發(fā)出控制信號，控制相應的家居場設備，同時將檢測到的信號發(fā)送到上位機圖形界面上[5]。

軟件部分主要是C#編寫的圖形界面進行人機交互。上位機通過人機交互界面，將控制信號通過網(wǎng)線或者WiFi把相應的命令或者信號傳送到A8網(wǎng)關上，然后通過A8網(wǎng)關發(fā)送信息給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器把命令傳送到各個終端節(jié)點上，以此接收數(shù)據(jù)或者對中斷節(jié)點進行控制[6]。

2.1系統(tǒng)設計思路及關鍵技術

智能家居系統(tǒng)上的軟件包括PC軟件和嵌入式軟件。PC軟件基于VS2010平臺的C#語言編寫。硬件程序在Windows下基于IAR集成開發(fā)環(huán)境的C語言編寫[78]。

（1）PC應用軟件（智能客戶端）。PC機軟件通過各個模式的設定實現(xiàn)相應功能。在PC端接受底層硬件傳來的數(shù)據(jù)并顯示[910]，同時把顯示的數(shù)據(jù)進行適當處理，使其智能化。如當天氣炎熱達到預先設定的閾值時，空調(diào)會自動打開制冷降溫；當處于離家模式時，家里的燈泡、風扇、空調(diào)等會自動關閉，以此通過客戶端來實現(xiàn)智能化。

（2） 嵌入式應用軟件。①Main：獲取傳感器的溫濕度值、煙霧值，并作相應處理，同時還監(jiān)聽和處理PC軟件發(fā)送的請求；②ZigBee：處理Main下的指令。

2.2軟件子系統(tǒng)設計

2.2.1PC端軟件功能設計

C#客戶端通過調(diào)用各模塊實現(xiàn)各種模式。在Client端有回家模式、離家模式、電視模式、工作模式、會話模式、電影模式、全開模式、省電模式、上網(wǎng)模式以及自定義模式等各種功能，見圖2。

（1）登錄模塊。在登錄模塊中，需要通過驗證用戶名和密碼才能登錄。

（2）注冊模塊。需要輸入用戶名和兩次密碼輸入完成注冊。

（3）主模塊。在主模塊下定義了各種模式，以此實現(xiàn)智能化。

（4）回家模式。①回家時，門禁系統(tǒng)會打開，通過繼電器開關打開大門；②進入大門時有溫馨的智能提示，提示內(nèi)容用語音播報，如“您有一個未接電話”等；③家里的電器會打開，如：空調(diào)、電燈、電視等。

（5）離家模式。①離家模式下，家里的電器會關閉。首先查看電器開關狀態(tài)，比如燈泡處于打開狀態(tài)，則通過繼電器模擬關閉；②安防系統(tǒng)會打開，比如紅外感應打開用來防范小偷、煙霧感應系統(tǒng)和溫度感應系統(tǒng)打開以預防火災；③有緊急情況時，安防系統(tǒng)會自動發(fā)送信息到手機，并根據(jù)緊急情況等級設定手機接收信息的鈴聲或響鈴時間長短。

（6）電視模式。通過繼電器開關電視。

（7）工作模式。在工作模式下，窗簾會關閉，所有背景音樂也會關閉，還會啟動部分安防系統(tǒng)。比如有人來了會有提示，此功能通過繼電器模擬實現(xiàn)。

（8）會客模式。①在會客模式下會響起背景音樂，調(diào)節(jié)氣氛；②電話或短信會根據(jù)內(nèi)容的緊急情況，以及相同聯(lián)系人發(fā)送短信的數(shù)量來確定短信的重要程度，以此選擇是否通知；③選擇操作繼電器模擬實現(xiàn)。

（9）電影模式。①在電影模式下，可以打開想看的電影，還可以選擇重復播放，可從列表框中刪除影片；②在此模式下通過繼電器模擬實現(xiàn)燈泡的關閉，實現(xiàn)智能控制。

（10）全開模式。①在全開模式下，打開所有必要的電器和系統(tǒng)；②此處通過繼電器來模擬實現(xiàn)。

（11）省電模式。①在省電模式下，關閉不必要的電器開關；②關閉背景音樂。

（12）上網(wǎng)模式。在上網(wǎng)模式下關閉不必要的流量。

（13）自定義模式1。①在此模式下可以查看用戶設定城市3天的天氣預報，還可以查詢其它城市的天氣；②通過天氣的溫度值給用戶提供一些指導信息；③通過繼電器的打開與關閉進行模擬。

（14）自定義模式2。此模塊為視頻監(jiān)控模塊，通過視頻監(jiān)控可以記錄下一些視頻，比如不在家時的訪客，通過調(diào)用視頻可以知道誰來過[11]。

2.2.2下位機軟件功能設計

（1）任務與事件添加。在任務初始化函數(shù)中添加任務（OSAL_SampleApp.c中），方式如下：

void osalInitTasks（ void ）

{

……………

ZDApp_Init（ taskID++ ）；

SampleApp_Init（ taskID++ ）；

GenericApp_Init（ taskID++ ）；//添加任務初始化函數(shù)

}

任務的處理函數(shù)地址：

const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] = {

……………..

ZDApp_event_loop，

SampleApp_ProcessEvent，

GenericApp_ProcessEvent //添加任務處理函數(shù)

}；

注：這兩個函數(shù)的順序是對應的，還要在SampleApp.c中定義這兩個函數(shù)。

（2）ZigBee節(jié)點程序流程。協(xié)調(diào)器主要負責建立網(wǎng)絡、維護網(wǎng)絡。上電初始化完成后，協(xié)調(diào)器建立一個網(wǎng)絡。一旦建立網(wǎng)絡成功，協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡地址、簇ID、網(wǎng)絡編號以及傳輸通道等信息就確定了，這時它會進入空閑狀態(tài)，等待其它節(jié)點加入。若接收到節(jié)點入網(wǎng)申請，則允許其加入網(wǎng)絡并分配網(wǎng)絡地址等信息。當加入網(wǎng)絡成功后，終端節(jié)點將進入應用層處理函數(shù)[12]。

3結語

本文將無線傳感器網(wǎng)絡和嵌入式系統(tǒng)A8相結合，構成一個無線智能家居控制系統(tǒng)。對智能家居內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡、智能家居的上位機進行了分析研究。由于設備節(jié)點有限，只采集了溫濕度、光照、煙霧等節(jié)點數(shù)據(jù)。

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責任編輯（責任編輯：杜能鋼）