上海電機學院機械學院 王順利 何 力 王景夏 李 釗 辛紹杰

1.引言

智能化家居控制系統(tǒng)使人們可以通過手機或座機在任何時間、任意地點對家中的諸如空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機等電器進行遠程控制；也可以在下班途中，預先將家中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯等等。而這一切的實現(xiàn)僅僅是打一個電話或發(fā)一條短信。此外，該系統(tǒng)還具有多途徑報警、遠程監(jiān)控等功能。若出現(xiàn)某種險情，可以在第一時間獲得通知使你提早采取措施。舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志，智能家居控制系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下，對家里的電器、燈光、家庭環(huán)境等進行方便地控制，使人們盡享高科技所帶來的簡便、時尚的現(xiàn)代生活。

2.控制系統(tǒng)整體設計

智能家居控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，本系統(tǒng)包括PC端的智能家居上位機控制系統(tǒng)，ZigBee主控制系統(tǒng)和各個功能終端模塊，GSM報警模塊。上位機程序使用LABVIEW編寫，ZigBee控制器采用ZigBee CC2530無線開發(fā)模塊實現(xiàn)，GSM采用SIM900gsm模塊。程序設計包括基于LABVIEW的上位機程序和下位機程序設計。用戶通過上位機中的虛擬按鍵控制家里的電燈開關、窗簾電機等。老人安全如廁檢測終端若檢測到老人與廁時間超過設定值會通過GSM模塊向其子女的手機發(fā)送警報信號。

圖1 智能家居整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 上位機程序設計流程圖

3.上位機程序設計

上位機軟件編寫采用LABVIEW編寫，程序有燈控制模塊、窗簾電機控制模塊、老人如廁紅外源安全檢測模塊。

3.1 上位機設計流程

程序的編寫流程如圖2所示。先對程序變量進行初始化，配置串口，設置波特率、數(shù)據(jù)位等參數(shù)。在主循環(huán)里面進行串口數(shù)據(jù)的接收，對接收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理函數(shù)。在另外一個循環(huán)里面檢測按鍵事件，然后把按下按鍵的鍵值發(fā)送給ZigBee主控制器。

3.2 上位機程序設計

智能家居系統(tǒng)包含串口程序、按鍵處理程序模塊和如廁信息處理模塊。串口程序包含最基礎的串口配置、串口讀寫與串口關閉程序。配置串口波特率為9600，數(shù)據(jù)位為8。如圖3所示。

圖3 串口讀寫程序

在按鍵處理程序中，設置按鍵數(shù)值改變?yōu)槭录|發(fā)函數(shù)的時間，在每個相應的按鍵觸發(fā)時間中，通過串口發(fā)送命令數(shù)據(jù)。如圖4所示。

圖4 按鍵事件處理程序

圖5 老人如廁數(shù)據(jù)處理程序

在老人如廁數(shù)據(jù)處理程序中，下位機檢測到老人進入廁所后，把老人進入廁所數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，上位機開始計時，如果在設定的時間內(nèi)，還沒接收到老人離開廁所信號，上位機則發(fā)出警報，同時把數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機中的主控制器。主控制器通過連接的GSM模塊通知老人兒女。上位機程序如圖5和圖6所示。在本程序中，上位機接收到老人進入廁所數(shù)據(jù)，在人機界面中顯示老人已經(jīng)進入廁所，并且把老人如廁標志位設置為TURE，在主循環(huán)里面開始計時，如果這時接收到老人離開標志位，將老人標志位設置為FLASE，清除計時。

圖6 老人如廁計時程序

3.3 上位機人機界面設計

程序設計界面如圖7所示。界面左面是電燈控制虛擬按鍵，中間為電動窗簾控制按鍵，右面為老人如廁計時，一旦時間超過設置最大限定值，系統(tǒng)就會發(fā)出警報短信。

圖7 上位機截圖

4.控制主機和控制終端設計

控制主機和終端采用Zigbee CC2530無線開發(fā)模塊，該模塊通訊距離可以從標準的75米到幾百米、幾公里，可擴展性強，完全可以滿足系統(tǒng)的要求。編譯環(huán)境為IAR。C編譯器IAR Embedded Workbench是其最著名的產(chǎn)品，支持眾多知名半導體公司的微處理器。

下位機程序主要包括Zigbee無線信號發(fā)送與接收程序，串口通訊函數(shù)。在Zigbee通信函數(shù)采用：basicRfSendPacket(RECEIVE3_ADDR,pTxData,APP_PAYLOAD_LENGTH)；子程序，第一個參數(shù)是網(wǎng)內(nèi)地址，第二個是發(fā)送的數(shù)據(jù)，第三個是數(shù)據(jù)的長度。在Zigbee接收端，自動匹配當前接收的地址是否向本模塊發(fā)送，如果不是就不接收本數(shù)據(jù)，如果接收地址是當前模塊的地址，使用：basicRfReceive(pRxData,APP_PAYLOAD_LENGTH,NULL)，函數(shù)接收，數(shù)據(jù)放在pRxData數(shù)組里面。模塊之間的相互通信通過這兩個函數(shù)進行。然后各模塊根據(jù)自己的任務，發(fā)送和接收相關的數(shù)據(jù)。

主機與上位機通訊是采用串口通信，通訊波特率為9600，數(shù)據(jù)位8BIT，無奇偶校驗位。主機程序接收到上位機發(fā)過來的命令經(jīng)過分析后，分別把指令發(fā)送到每個模塊里面去。

5.小結(jié)

按照設計方案完成了樣機制作，樣機實驗證明：該控制系統(tǒng)利用上位機的人機交互界面，由控制主機分別控制每個zigbee終端，很好地實現(xiàn)了電燈的開關、窗簾的升降、在家老人安全如廁的檢測等功能。該產(chǎn)品具有成本低廉、性價比高、體積小，功能強，功耗低等特點。同時，它的可擴展性好，最高可以擴展256個終端。另外，主控制器與GSM模塊連接方便，較好地實現(xiàn)手機控制家用電器的功能。