基于ARM 和ZIGBEE 的智能家居系統(tǒng)設(shè)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(guān)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(fā)揮了現(xiàn)代電子計算機、網(wǎng)絡通信、自動控制等前沿科技的作用，結(jié)合家庭生活應用場景，把所有家用設(shè)備都接入到一個統(tǒng)一的平臺進行管理，以提高家庭生活的舒適性、安全性和環(huán)保性。智能家居除了為人們提供傳統(tǒng)的居住功能之外，更是在舒適安全、高效節(jié)能等方面給予了用戶更廣泛的享受空間；家居設(shè)備經(jīng)過智能化改造后將成為會“思考”的工具，根據(jù)預設(shè)的參數(shù)自動作出相應的調(diào)整，使用戶無論身在何處，都能隨時監(jiān)視和控制家庭的智能設(shè)備，大大提升了人們的生活質(zhì)量，節(jié)約了時間，降低了風險，節(jié)省了能源。

室內(nèi)生活環(huán)境中濕度過大，會造成家具受潮、墻壁發(fā)霉，滋生細菌，對人體的健康造成危害，如濕疹、風濕性關(guān)節(jié)炎等。在長江中下游地區(qū)的梅雨季節(jié)，這種現(xiàn)象尤為嚴重。而室內(nèi)環(huán)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(nèi)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(tǒng)可以根據(jù)預設(shè)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(diào)、加濕器等設(shè)備。舒適、健康的居住環(huán)境有利于家人身體健康，同時提升生活品質(zhì)。智能家居系統(tǒng)構(gòu)建高效的住宅設(shè)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(xiàn)“以人為本”的全新家居體驗。

2 家居內(nèi)智能化實現(xiàn)途徑

關(guān)于串口通信編程部分，本文采用了簡單高效的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，通過對若干個關(guān)鍵參數(shù)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(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，在每次接收到數(shù)據(jù)包之后都會對其進行有效性校驗，防止數(shù)據(jù)丟失。具體方法是通過bytesAvailable()函數(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)，滿足條件后再返回。家居內(nèi)智能化實現(xiàn)途徑主要有以下三個方面：

（1）智能家居環(huán)境氣候系統(tǒng)；

（2）智能化照明系統(tǒng)；

（3）無線火災報警系統(tǒng)。

3 ZigBee無線傳輸模塊

根據(jù)系統(tǒng)的特點，綜合考慮成本和性能等因素，本文選用了DHT11 數(shù)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(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸格式分兩部分組成，分別為小數(shù)部分和整數(shù)部分?？紤]到小數(shù)部分目前尚用不到，因此可以作為后期的數(shù)據(jù)擴展。整個數(shù)據(jù)處理流程為：以高位在前、低位在后的方式完成一次數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)量為固定40bit，其中溫度、濕度的整數(shù)位和小數(shù)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(shù)據(jù)正確性進行校驗。

主要參數(shù)：

（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(shù)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(jié)論

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