摘要：智能家居融合了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)以A8 系列處理器 CC2530為核心，采用dht11溫濕度傳感器進(jìn)行溫濕度采集，煙霧傳感器進(jìn)行煙霧監(jiān)控，光照傳感器進(jìn)行光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)，協(xié)調(diào)器中轉(zhuǎn)傳送進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在移動(dòng)終端實(shí)時(shí)顯示住宅內(nèi)環(huán)境變化并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)住宅內(nèi)電器開(kāi)關(guān)、家庭安防、火災(zāi)預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的全面智能化控制。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；智能家居

DOIDOI：10.11907/rjdk.161600

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）009009702

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：孫會(huì)民（1990-），女，山東菏澤人，山東科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件理論。

0引言

智能家居利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)如安防、燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)以人為本的全新家居生活體驗(yàn)。

本方案用電腦作為客戶端，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò) （WiFi、GPRS） 對(duì)家居系統(tǒng)進(jìn)行控制，做到方便、快捷、觸手可及。

1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)以CC2530為控制核心，完成信息的采集與電器的控制等操作。終端節(jié)點(diǎn)把采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)A8網(wǎng)關(guān)把打包好的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器供外部調(diào)用[13]。平臺(tái)上配有液晶顯示模塊，人機(jī)交互界面能方便進(jìn)行相關(guān)操作。

數(shù)據(jù)傳輸既可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，也可以利用現(xiàn)有的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，如WiFi網(wǎng)絡(luò)[4]。在家庭內(nèi)網(wǎng)中，只需與一個(gè)具有無(wú)線接口管理功能的ZigBee模塊相連，通過(guò)人機(jī)交互界面，便可通過(guò)PC終端進(jìn)行設(shè)備控制與狀態(tài)查詢。

系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)與A8網(wǎng)關(guān)配合，采集溫濕度傳感器、光照采集傳感器、煙霧采集傳感器、紅外反射傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制功能。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)流程如圖1所示。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為上位機(jī)軟件控制和下位機(jī)ZigBee控制器兩大部分。上位機(jī)通過(guò)人機(jī)交互界面發(fā)送控制信息并接收下位機(jī)ZigBee控制器發(fā)送的檢測(cè)信號(hào)；下位機(jī)ZigBee控制器根據(jù)上位機(jī)軟件給出的指令發(fā)出控制信號(hào)，控制相應(yīng)的家居場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)圖形界面上[5]。

軟件部分主要是C#編寫的圖形界面進(jìn)行人機(jī)交互。上位機(jī)通過(guò)人機(jī)交互界面，將控制信號(hào)通過(guò)網(wǎng)線或者WiFi把相應(yīng)的命令或者信號(hào)傳送到A8網(wǎng)關(guān)上，然后通過(guò)A8網(wǎng)關(guān)發(fā)送信息給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器把命令傳送到各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)上，以此接收數(shù)據(jù)或者對(duì)中斷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制[6]。

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù)

智能家居系統(tǒng)上的軟件包括PC軟件和嵌入式軟件。PC軟件基于VS2010平臺(tái)的C#語(yǔ)言編寫。硬件程序在Windows下基于IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的C語(yǔ)言編寫[78]。

（1）PC應(yīng)用軟件（智能客戶端）。PC機(jī)軟件通過(guò)各個(gè)模式的設(shè)定實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。在PC端接受底層硬件傳來(lái)的數(shù)據(jù)并顯示[910]，同時(shí)把顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，使其智能化。如當(dāng)天氣炎熱達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，空調(diào)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)制冷降溫；當(dāng)處于離家模式時(shí)，家里的燈泡、風(fēng)扇、空調(diào)等會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以此通過(guò)客戶端來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化。

（2） 嵌入式應(yīng)用軟件。①M(fèi)ain：獲取傳感器的溫濕度值、煙霧值，并作相應(yīng)處理，同時(shí)還監(jiān)聽(tīng)和處理PC軟件發(fā)送的請(qǐng)求；②ZigBee：處理Main下的指令。

2.2軟件子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1PC端軟件功能設(shè)計(jì)

C#客戶端通過(guò)調(diào)用各模塊實(shí)現(xiàn)各種模式。在Client端有回家模式、離家模式、電視模式、工作模式、會(huì)話模式、電影模式、全開(kāi)模式、省電模式、上網(wǎng)模式以及自定義模式等各種功能，見(jiàn)圖2。

（1）登錄模塊。在登錄模塊中，需要通過(guò)驗(yàn)證用戶名和密碼才能登錄。

（2）注冊(cè)模塊。需要輸入用戶名和兩次密碼輸入完成注冊(cè)。

（3）主模塊。在主模塊下定義了各種模式，以此實(shí)現(xiàn)智能化。

（4）回家模式。①回家時(shí)，門禁系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)，通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)打開(kāi)大門；②進(jìn)入大門時(shí)有溫馨的智能提示，提示內(nèi)容用語(yǔ)音播報(bào)，如“您有一個(gè)未接電話”等；③家里的電器會(huì)打開(kāi)，如：空調(diào)、電燈、電視等。

（5）離家模式。①離家模式下，家里的電器會(huì)關(guān)閉。首先查看電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，比如燈泡處于打開(kāi)狀態(tài)，則通過(guò)繼電器模擬關(guān)閉；②安防系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)，比如紅外感應(yīng)打開(kāi)用來(lái)防范小偷、煙霧感應(yīng)系統(tǒng)和溫度感應(yīng)系統(tǒng)打開(kāi)以預(yù)防火災(zāi)；③有緊急情況時(shí)，安防系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送信息到手機(jī)，并根據(jù)緊急情況等級(jí)設(shè)定手機(jī)接收信息的鈴聲或響鈴時(shí)間長(zhǎng)短。

（6）電視模式。通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)電視。

（7）工作模式。在工作模式下，窗簾會(huì)關(guān)閉，所有背景音樂(lè)也會(huì)關(guān)閉，還會(huì)啟動(dòng)部分安防系統(tǒng)。比如有人來(lái)了會(huì)有提示，此功能通過(guò)繼電器模擬實(shí)現(xiàn)。

（8）會(huì)客模式。①在會(huì)客模式下會(huì)響起背景音樂(lè)，調(diào)節(jié)氣氛；②電話或短信會(huì)根據(jù)內(nèi)容的緊急情況，以及相同聯(lián)系人發(fā)送短信的數(shù)量來(lái)確定短信的重要程度，以此選擇是否通知；③選擇操作繼電器模擬實(shí)現(xiàn)。

（9）電影模式。①在電影模式下，可以打開(kāi)想看的電影，還可以選擇重復(fù)播放，可從列表框中刪除影片；②在此模式下通過(guò)繼電器模擬實(shí)現(xiàn)燈泡的關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)智能控制。

（10）全開(kāi)模式。①在全開(kāi)模式下，打開(kāi)所有必要的電器和系統(tǒng)；②此處通過(guò)繼電器來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。

（11）省電模式。①在省電模式下，關(guān)閉不必要的電器開(kāi)關(guān)；②關(guān)閉背景音樂(lè)。

（12）上網(wǎng)模式。在上網(wǎng)模式下關(guān)閉不必要的流量。

（13）自定義模式1。①在此模式下可以查看用戶設(shè)定城市3天的天氣預(yù)報(bào)，還可以查詢其它城市的天氣；②通過(guò)天氣的溫度值給用戶提供一些指導(dǎo)信息；③通過(guò)繼電器的打開(kāi)與關(guān)閉進(jìn)行模擬。

（14）自定義模式2。此模塊為視頻監(jiān)控模塊，通過(guò)視頻監(jiān)控可以記錄下一些視頻，比如不在家時(shí)的訪客，通過(guò)調(diào)用視頻可以知道誰(shuí)來(lái)過(guò)[11]。

2.2.2下位機(jī)軟件功能設(shè)計(jì)

（1）任務(wù)與事件添加。在任務(wù)初始化函數(shù)中添加任務(wù)（OSAL_SampleApp.c中），方式如下：

void osalInitTasks（ void ）

{

……………

ZDApp_Init（ taskID++ ）；

SampleApp_Init（ taskID++ ）；

GenericApp_Init（ taskID++ ）；//添加任務(wù)初始化函數(shù)

}

任務(wù)的處理函數(shù)地址：

const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] = {

……………..

ZDApp_event_loop，

SampleApp_ProcessEvent，

GenericApp_ProcessEvent //添加任務(wù)處理函數(shù)

}；

注：這兩個(gè)函數(shù)的順序是對(duì)應(yīng)的，還要在SampleApp.c中定義這兩個(gè)函數(shù)。

（2）ZigBee節(jié)點(diǎn)程序流程。協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。上電初始化完成后，協(xié)調(diào)器建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。一旦建立網(wǎng)絡(luò)成功，協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址、簇ID、網(wǎng)絡(luò)編號(hào)以及傳輸通道等信息就確定了，這時(shí)它會(huì)進(jìn)入空閑狀態(tài)，等待其它節(jié)點(diǎn)加入。若接收到節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)申請(qǐng)，則允許其加入網(wǎng)絡(luò)并分配網(wǎng)絡(luò)地址等信息。當(dāng)加入網(wǎng)絡(luò)成功后，終端節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入應(yīng)用層處理函數(shù)[12]。

3結(jié)語(yǔ)

本文將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)A8相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)。對(duì)智能家居內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡(luò)、智能家居的上位機(jī)進(jìn)行了分析研究。由于設(shè)備節(jié)點(diǎn)有限，只采集了溫濕度、光照、煙霧等節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：杜能鋼）