基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳 新

（福州工商學(xué)院工學(xué)院 福建 福州 330108）

1 概述

隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)智能家居的需求逐步增加，完全有取代傳統(tǒng)家居的趨勢(shì)和可能。智能家居，就是通過(guò)智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使人可以方便、快捷地了解環(huán)境狀態(tài)，并隨心所欲地完成主動(dòng)調(diào)節(jié)與控制[1]。本文采用無(wú)線(xiàn)通信和ZigBee 技術(shù)，嘗試設(shè)計(jì)一款智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)模塊可以實(shí)時(shí)采集傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器模塊，協(xié)調(diào)器模塊再把收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)往智能終端設(shè)備（PC機(jī)或手機(jī)等），終端設(shè)備根據(jù)搜集的數(shù)據(jù)，控制家居設(shè)備如空調(diào)和加濕器等，從而實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境的實(shí)時(shí)管理和控制。

無(wú)線(xiàn)通信具有通信距離短、發(fā)射功率低、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)通信覆蓋距離一般在10 ～200m，發(fā)射功率一般小于100mW，可自由連接各種個(gè)人便攜式電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備和各種家用電器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息共享和多業(yè)務(wù)的無(wú)線(xiàn)傳輸。

ZigBee具有高可靠、高安全、低功耗、自組網(wǎng)、自修復(fù)、抗干擾等特點(diǎn)，利用 ZigBee 頻段免執(zhí)照、低復(fù)雜度等優(yōu)勢(shì)，很容易就能實(shí)現(xiàn)家電聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)化管理與控制，通過(guò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，分布在居室內(nèi)的各家電設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備的信息交互和協(xié)同工作。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

如果有多個(gè)房間，在每個(gè)房間內(nèi)安裝一個(gè)ZigBee 終端模塊，選擇一間房間作為控制中心，在控制中心安裝好ZigBee 協(xié)調(diào)器模塊，ZigBee 終端模塊通過(guò)ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)與ZigBee 協(xié)調(diào)器模塊通信，每個(gè)ZigBee 終端模塊上面的傳感器將實(shí)時(shí)采集其所在室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)往協(xié)調(diào)器模塊，協(xié)調(diào)器模塊可以通過(guò)串口或者GPRS 網(wǎng)絡(luò)把接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)往物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和客戶(hù)機(jī)，管理員可以根據(jù)搜集的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)出控制空調(diào)和加濕器等設(shè)備的指令，控制指令被發(fā)送到協(xié)調(diào)器模塊，再轉(zhuǎn)發(fā)到各個(gè)終端模塊，終端模塊的微控制器通過(guò)電源模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)和加濕器等設(shè)備的實(shí)時(shí)管理和控制。當(dāng)然，ZigBee 終端模塊對(duì)環(huán)境變量設(shè)置閾值，如果環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)此閾值，那么終端模塊把環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器模塊的同時(shí)，對(duì)空調(diào)和加濕器等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。

3 系統(tǒng)測(cè)試

將兩個(gè)Zigbee 開(kāi)發(fā)板成功組網(wǎng)后，安裝了sht10傳感器的Zigbee 板作為終端節(jié)點(diǎn)模塊，該模塊負(fù)責(zé)從sht10 傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)，并通過(guò)Zigbee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)送給協(xié)調(diào)器模塊；另一個(gè)Zigbee 板作為協(xié)調(diào)器模塊，該模塊負(fù)責(zé)接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的環(huán)境數(shù)據(jù)并通過(guò)串口發(fā)往PC 機(jī)，并最終顯示到PC 機(jī)的串口調(diào)試助手中。

具體步驟如下：

（1）終端節(jié)點(diǎn)模塊每隔2 秒向協(xié)調(diào)器模塊發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器模塊將收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)往PC 機(jī)，最終顯示在PC 機(jī)的串口調(diào)試助手中，顯示的數(shù)據(jù)格式如下：“我是模塊X，當(dāng)前溫度是xx.x，當(dāng)前濕度是xx.x?！比绻總€(gè)房間都安裝了終端節(jié)點(diǎn)模塊，則需要給它們編號(hào)，顯示“我是模塊X”的目的就是為了避免不同終端節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)發(fā)生混淆。

（2）終端節(jié)點(diǎn)模塊上的sht10 傳感器可以實(shí)時(shí)收集環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，發(fā)往協(xié)調(diào)器模塊，并最終通過(guò)串口發(fā)往PC 機(jī)，通過(guò)編程，可以設(shè)置一個(gè)合理范圍，如果終端節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)過(guò)來(lái)的溫濕度數(shù)據(jù)超過(guò)了這個(gè)合理范圍，就彈出警告框提示管理員，管理員可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)調(diào)控室內(nèi)空調(diào)和加濕器等設(shè)備，從而監(jiān)控家居環(huán)境。也可通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)將調(diào)控指令發(fā)往終端節(jié)點(diǎn)模塊，終端節(jié)點(diǎn)模塊直接給室內(nèi)空調(diào)和加濕器等設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)控指令，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度，無(wú)需人為干預(yù)。

（3）如果房間較多，每個(gè)房間都安裝一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊，并編號(hào)，設(shè)置不同的CHANNEL，這些不同編號(hào)的終端節(jié)點(diǎn)模塊將收集到的各個(gè)房間環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)送到協(xié)調(diào)器模塊，協(xié)調(diào)器模塊將搜集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)往數(shù)據(jù)中心的PC 機(jī)或者手機(jī)等設(shè)備，設(shè)備上的應(yīng)用程序就可以根據(jù)這些環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出異常數(shù)據(jù)，發(fā)出警報(bào)，并向協(xié)調(diào)器模塊發(fā)出調(diào)控命令，協(xié)調(diào)器模塊再向發(fā)出異常數(shù)據(jù)的終端節(jié)點(diǎn)模塊轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)控命令，該終端節(jié)點(diǎn)模塊調(diào)控房間空調(diào)和加濕器等設(shè)備，從而改善環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)。實(shí)踐證明：PC 機(jī)確實(shí)可以收到來(lái)自多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊采集的實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)房間的環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制[3-4]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了該智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)控制房間空調(diào)和加濕器等設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)足夠智能且價(jià)格不貴，可以滿(mǎn)足智能家居的需求，具有推廣的前景。