西安文理學(xué)院信息工程學(xué)院 王云龍 劉 錚

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，社會發(fā)展越來越快，人們的生活水平越來越高，人們對生活質(zhì)量的要求也不斷提高。生活器具在人們生活中扮演著至關(guān)重要的角色。將先進(jìn)的高科技技術(shù)與人們的日常生活相結(jié)合。勢必會給人們的生活帶來極大的方便。智能家居系統(tǒng)是一套集高科技為一身的先進(jìn)設(shè)備，將會極大的改變?nèi)藗兊纳钯|(zhì)量和日常體驗。

本項目以MSP430微處理器為核心，把zigbee技術(shù)應(yīng)用到智能家居上，實現(xiàn)了家居的智能控制和無線控制。基于MSP430微處理器的智能家居系統(tǒng)，將生活中的家電、空調(diào)、窗戶、室內(nèi)溫度濕度檢測、室外PM2.5檢測、室內(nèi)有毒氣體濃度檢測等有機(jī)地結(jié)合起來，既可以通過MSP430智能控制，也可通過zigbee實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理，能很好地實現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

世界上的第一套智能家居建筑是出現(xiàn)在美國的，隨著智能家居的發(fā)展，日本、歐洲等國家也提出了一些智能家居的方案，1990年以后，智能家居慢慢的在實用化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。1995年BACnet 協(xié)議產(chǎn)生，并成為了ISO的國際標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)是智能家居標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中的里程碑的成果。與國外相比，智能家居在中國的發(fā)展時間要晚很多。智能家居在中國的概念年是2000年，2000年時智能家居剛進(jìn)入中國。到2004年的時候，智能家居已經(jīng)開始在中國全面推廣。從2007年開始，智能家居在國內(nèi)逐漸被許多廠商所認(rèn)可，并且在研發(fā)方面也投入了很多。一些比較著名的企業(yè)成立了家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟——ITopHome（e家佳）。該聯(lián)盟涉及電子、網(wǎng)絡(luò)通訊、計算機(jī)方面，此聯(lián)盟的發(fā)展為以后的發(fā)展提供了產(chǎn)業(yè)環(huán)境。[1-2]

2 總體框架

本項目需要構(gòu)建兩個子系統(tǒng)，分別是家庭智能控制系統(tǒng)和無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的智能家居以住宅為平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家庭中的可連接設(shè)備集成，以構(gòu)成高效的家庭日程事物管理系統(tǒng)，提高生活品質(zhì)。本系統(tǒng)最大的特色就是利用超低功耗的msp430作為主控單元，功耗小，續(xù)航能力強(qiáng)；采用無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對家居的實時操控，提高了生活質(zhì)量。[3]

2.1 家庭智能控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能

（1）智能控制家居溫、濕度。

（2）智能檢測煙霧、可燃?xì)怏w和有毒氣體。

（3）窗戶、窗簾控制模塊。

（4）室外PM2.5檢測模塊。

2.2 無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能

通過無線通信網(wǎng)絡(luò)實時控制家居，使系統(tǒng)更為人性化，圖1為系統(tǒng)總框圖。

圖1 系統(tǒng)總框圖

3 各模塊設(shè)計

硬件電路的設(shè)計主要包括溫度采集電路、濕度采集電路、光強(qiáng)采集電路和煙霧濃度采集電路。

3.1 溫濕度采集電路設(shè)計

此設(shè)計中，溫、濕度傳感器我們選擇了數(shù)字式的傳感器DHT11，此傳感器是一種集溫度與濕度的復(fù)合式的傳感器，應(yīng)用了溫濕度的傳感技術(shù)和數(shù)字式采集技術(shù)，使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性有著極高的可靠性。該產(chǎn)品的響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性價比高。該產(chǎn)品采用了單線制的串行接口，使得此系統(tǒng)變得更加簡單快捷。較小的體積、超低的功耗，在20米以內(nèi)都可傳輸，使得此產(chǎn)品的應(yīng)用更加廣泛。

原理如圖2所示。

圖2 溫濕度采集電路圖

3.2 煙霧濃度采集電路

煙霧采集采用MQ-2傳感器，該傳感器為模擬傳感器，有兩種輸出方式，TTL高低電平輸出和模擬電壓輸出。原理如圖3所示：

圖3 煙霧采集電路圖

3.3 光照強(qiáng)度采集

光強(qiáng)采集采用光敏電阻，該采集電路采用靈敏性光敏電阻傳感器，比較器輸出，信號干凈，波形好，配可調(diào)電位器可調(diào)節(jié)檢測光線亮度，可以實時了解光照強(qiáng)度。原理如圖4所示。

圖4 光照采集電路圖

3.4 無線傳輸電路

無線傳輸采用Zi gBee技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點較多，復(fù)雜度低、功耗小、數(shù)據(jù)速率低、成本低、可靠性高、安全性高的雙向無線通信技術(shù)，其采用國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEEE 802.15.4。在國內(nèi)外，Zigbee技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、汽車、通訊、電力、智能化控制等多個領(lǐng)域?？梢酝ㄟ^Zi gBee技術(shù)實現(xiàn)點對點通信，也可組網(wǎng)通信。[4-6]

4 結(jié)語

本文提出以MSP430微處理器為核心，把zigbee技術(shù)應(yīng)用到智能家居上，實現(xiàn)了家居的智能控制和無線控制。整個系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用性強(qiáng)，遵從節(jié)能、人性化的設(shè)計理念，采用了超低功耗的主控芯片MSP430，使得本系統(tǒng)的續(xù)航能力大大提升，采用無線通信模塊，可對家居實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。此系統(tǒng)可在家中任何家電不改變的情況下，對家中各種電器、電源、家庭溫、濕度進(jìn)行方便地控制，使人們 更好地享受高科技給人們帶來的方便與快捷，進(jìn)而使得人們的生活更加的簡便而時尚。此系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中，實現(xiàn)對無人值守崗位的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

[1]中國智能家居網(wǎng).國外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀[EB/OL].2009-2-1.

[2]徐欣,樊一華.智能家居:現(xiàn)狀、研究與思考[J].電子產(chǎn)品世界,2003,2:6-10.

[3]謝楷，趙建. MSP430系列單片機(jī)系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:7.

[4]侯俊等,吳成東,袁中甲.基于 ZigBee 的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].機(jī)電工程,2009,26(1):67-70.

[5]瞿雷,劉盛德,胡咸斌.ZigBee 技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007:22-23.

[6]周游,方濱,王普.基于ZigBee 技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2005(9)：37-39.