北京信息科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 楊曉芬

基于ZigBee的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

北京信息科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 楊曉芬

本文將無線傳感器技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)相結(jié)合，研究了基于ZigBee的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：傳感器節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)端的終端設(shè)備。通過各種傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，利用ZigBee實現(xiàn)無線通信，再通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實時地把采集到的數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)程終端。

物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)境監(jiān)測；ZigBee；智能家居

1. 引言

智能家居是計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動控制技術(shù)相融合后在傳統(tǒng)的家電行業(yè)結(jié)出的一枚新的果實。智能家居對于我國還是一個新興的產(chǎn)業(yè)，正處于導(dǎo)入期與成長期的臨界時期，但智能家居市場的消費潛力是十分巨大的，產(chǎn)業(yè)前景一片大好。

近年來家居的智能化備受人們關(guān)注，智能家居正處于一個高速發(fā)展的階段。本文基于無線傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)設(shè)計構(gòu)建了智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：傳感器節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)端的終端設(shè)備。由傳感器節(jié)點和ZigBee協(xié)調(diào)器組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)家居環(huán)境的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)的實時傳輸。ZigBee協(xié)調(diào)器對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，再通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳送到遠(yuǎn)程的終端設(shè)備。

2. 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)無線傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)的特點，本文設(shè)計的基于ZigBee的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要由以下幾部分組成：傳感器節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程終端設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，各個傳感器節(jié)點負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)再傳輸給協(xié)調(diào)器，再通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程終端。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3. 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)監(jiān)控單元主要由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、ZigBee協(xié)調(diào)器和傳感器模塊組成。系統(tǒng)的拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

本系統(tǒng)功能主要包括：實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，顯示傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并且超過閾值時會及時報警。

4. 系統(tǒng)具體實現(xiàn)

系統(tǒng)的功能需要軟硬件協(xié)調(diào)工作才能實現(xiàn)。

（1）硬件構(gòu)成

系統(tǒng)中主要硬件包括：

●物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接收和處理ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送來的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程終端，也接收來自終端的命令。

●傳感器

本系統(tǒng)主要用傳感器采集環(huán)境溫濕度、一氧化碳、煙霧、亮度。關(guān)于傳感器各參數(shù)做以下說明，一氧化碳傳感器實時監(jiān)測空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度，一旦超過閾值就立即發(fā)出報警信號。溫濕度傳感器就是用來采集溫度和濕度信息，然后發(fā)送給中央控制器，以便實時顯示室內(nèi)溫度和濕度，以便完成室內(nèi)溫度和濕度的自動調(diào)節(jié)。煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲗⒉杉降臒熿F和火焰信號發(fā)送到中央控制器，若超過閾值則立即報警。光敏傳感器監(jiān)測室內(nèi)的光照信號，自動調(diào)節(jié)照明亮度和窗簾的開關(guān)。

●ZigBee協(xié)調(diào)器

協(xié)調(diào)器是控制中心和傳感器節(jié)點的信使，負(fù)責(zé)傳感器節(jié)點和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是遠(yuǎn)程終端軟件的設(shè)計。遠(yuǎn)程終端軟件的作用是在界面上顯示各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息及報警情況，為用戶提供更加直觀的效果。本系統(tǒng)將用戶界面分為三個部分：數(shù)據(jù)信息顯示界面、傳感器節(jié)點分布信息界面、用戶操作界面。具體的操作界面如圖3所示。

圖3 操作界面圖

5. 總結(jié)

系統(tǒng)以傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)為支撐，進(jìn)行基于ZigBee的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)。本系統(tǒng)主要通過各個傳感器采集室內(nèi)的溫濕度、光強(qiáng)、一氧化碳、火災(zāi)等信息，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)和串口技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器及遠(yuǎn)程終端，實現(xiàn)了家居環(huán)境信息的監(jiān)測和異常情況的報警，保證了用戶的家居生活安全、方便和舒適。

［1］陳淡寧.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究［D］.吉林大學(xué)，2014.

［2］閆林生.物聯(lián)網(wǎng)家居環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究［D］.湖南工業(yè)大學(xué)，2014.

［3］吳藝娟，秦彩云，萬米洋.基于ZigBee技術(shù)的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2013，01：46-50.

①由市教委“PXM2015_014224_000050 本科生培養(yǎng)-大學(xué)生科研訓(xùn)練（市級）”經(jīng)費支持；②北京信息科技大學(xué)研究生教育質(zhì)量工程項目水中機(jī)器人實訓(xùn)課程建設(shè)（YJT201519）；③北京信息科技大學(xué)教改項目基于人才需求驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)多層次人才培養(yǎng)模式研究（2015JGYB14）；④高動態(tài)導(dǎo)航技術(shù)北京市重點實驗室開放課題（HDN2015005）。