許博 陳昶瑋 張業(yè)奎 陳大磊

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能等的飛速發(fā)展，智能家居越來(lái)得到人們的青睞。本文通過(guò)對(duì)于通信和控制技術(shù)的研究，建立一個(gè) 由家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)組成的家庭綜合服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)全面的安全防護(hù)、便利的通訊網(wǎng)絡(luò)以及舒適的居住環(huán)境的家庭住宅。將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備，家用電器和家庭保安裝置，通過(guò)無(wú)線 WIFI 的方式，連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式。

關(guān)鍵詞：智能家居;遠(yuǎn)程監(jiān)控;ZigBee;GPRS

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2017）09-014-02

ABSTRACT：With the rapid development of computer technology， control technology， network technology and artificial intelligence， smart home furnishing is more and more popular. In this paper， on the basis of study for communication and control technology， build a home security system， the network service system andhomeautomationsystemcomposedoffamilyintegratedserviceandmanagementintegrationsystem，soastorealizecomprehensivesecurityprotection，conve- nient communications network， and comfortable living environment of the family home. Will all kinds of information related communications equipment in the family，householdappliancesandhomesecuritydevices，throughthewayofwirelessWIFI，connectedtoafamilyofintelligentsystemforcentralizedorlong-dis- tancemonitoring，control，andfamilyaffairsmanagement，tohelpfamilieskeepsmoothcommunicationwithexternal，optimizepeople'slifestyle.

Key words： Smart home; Remote monitoring; ZigBee; GPRS

引言

隨著全社會(huì)網(wǎng)絡(luò)化普及，越來(lái)越多的產(chǎn)品和設(shè)備已經(jīng)完成了網(wǎng)絡(luò)化功能的開(kāi)發(fā)，這為整個(gè)智能化社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)可能。在科技對(duì)生活的推動(dòng)

[2]

2.1 門(mén)窗報(bào)警系統(tǒng)

2.1.1 感應(yīng)開(kāi)關(guān)的選擇。對(duì)于家庭住房?jī)?nèi)的窗戶(hù)，不外乎左右平推和內(nèi)

下，智能家居也必然會(huì)越來(lái)越走入平常百姓家。智能家居不僅具備傳統(tǒng)家

居的功能，而且為人們的現(xiàn)代生活創(chuàng)造了良好的空間，以住宅為平臺(tái)，兼 備建筑、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一 體，為人們打造一個(gè)高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。[1]

1 總體設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)主要著重出于房間的安保防護(hù)，主要針對(duì)煤氣泄漏，水的泄漏以及安全防盜進(jìn)行檢測(cè)和遠(yuǎn)程智能控制。將一氧化碳，水，進(jìn)出房間人物 信息通過(guò)傳感器采集，發(fā)送到控制整套裝置的單片機(jī)中，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模 塊發(fā)送到自己的手機(jī)中，并對(duì)一些不正常的狀態(tài)做出提醒和警告，并實(shí)施遠(yuǎn)程控制采取相應(yīng)的措施。利用 ZigBee 無(wú)線模塊采集數(shù)據(jù)并發(fā)送到單片機(jī)中，經(jīng)過(guò) SIM808A 模塊，將傳感器信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和短信模塊發(fā)送到手機(jī)終端，使用戶(hù)可以隨時(shí)查看自己房間的狀況。并對(duì)不正常的狀況作出對(duì) 策，避免很多安全事故。

2 信息的采集和傳遞

各個(gè)傳感器采集的信息經(jīng)過(guò)采集和處理后，會(huì)全部集中于單片機(jī)中。由于屋內(nèi)信息采集比較分散，每個(gè)模塊出于不同的位置，采用有線的傳輸方式，布線復(fù)雜，造價(jià)昂貴且用戶(hù)體驗(yàn)不好，遠(yuǎn)不如無(wú)線傳輸。而經(jīng)過(guò)比較采用Zigbee 更為合理。它是一種基于 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)協(xié)議，低復(fù)雜度，低成本，低時(shí)延，低功耗，自組織，高安全，高容量等特點(diǎn)適用于自動(dòng)控制領(lǐng)域。采用ZigBee 無(wú)線組網(wǎng)，設(shè)備投入低，節(jié)省費(fèi)用，且操作簡(jiǎn)單。

外推兩種。想要采集的信息為是否有人從窗戶(hù)進(jìn)入（或打開(kāi)過(guò)）。從這兩種

類(lèi)型的窗戶(hù)看可以得到的共同點(diǎn)就是，當(dāng)窗戶(hù)打開(kāi)時(shí)窗戶(hù)結(jié)構(gòu)中必定有兩個(gè)部分會(huì)發(fā)生位移。本文中考慮到的幾種可以實(shí)現(xiàn)該功能的傳感器：

（1）超聲波測(cè)距儀，它利用附近物體反射回來(lái)的高頻聲波，可以精確的計(jì) 算傳感器與物體之間的距離，但因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中只需檢測(cè)距離是否大于一定值，不需要返回精確距離，所以排除;（2）紅外傳感器，因?yàn)楸绕渌麄鞲衅鞲菀资艿酵鈦?lái)干擾因素的影響，所以也不適合本設(shè)計(jì);（3）磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)有外來(lái)磁場(chǎng)靠近時(shí)，開(kāi)關(guān)接通，否則斷開(kāi)。此處選用的傳感器為傳感 器為磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)為 MC -57。

電磁開(kāi)關(guān) MC -57 由磁簧開(kāi)關(guān)和作為外來(lái)磁場(chǎng)的磁鐵兩部分組成，結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

圖 1 磁簧開(kāi)關(guān)示意圖

當(dāng)電磁開(kāi)關(guān)的兩部分開(kāi)或者接近至一定距離（30 ±5mm）后，引起兩片簧片的距離變化從而感應(yīng)物體的分合、開(kāi)關(guān)。因此，不論住房?jī)?nèi)的窗戶(hù)是哪 種類(lèi)型，都可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)安裝傳感器，從而檢測(cè)窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

2.1.2 信息的采集、傳遞與處理。門(mén)窗報(bào)警系統(tǒng)需要采集的信息有三種：門(mén)、窗戶(hù)、人體紅外信號(hào)，即檢測(cè)門(mén)窗的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、屋內(nèi)是否有人，信息經(jīng)過(guò)采集后會(huì)全部集中在單片機(jī)上，再將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)SIM 卡的 GPRS 功能發(fā)送到手機(jī) APP 上，進(jìn)而實(shí)時(shí)顯示屋內(nèi)狀況，當(dāng)屋內(nèi)信息狀態(tài)不正常時(shí)會(huì)自動(dòng)給戶(hù)主發(fā)送短信提醒。 對(duì)于門(mén)的狀態(tài)檢測(cè)，可用兩個(gè)人體紅外傳感器來(lái)檢測(cè)，通過(guò)記錄兩個(gè)人體紅外傳感器的實(shí)時(shí)狀態(tài)來(lái)判別住房中是否有人通過(guò)，信息傳輸過(guò)程如下圖 2。

圖 2 信息傳遞與處理示意圖

利用電磁開(kāi)關(guān) MC-57 檢測(cè)窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，利用人體紅外熱釋點(diǎn)PIRPM-8 傳感器檢測(cè)人員情況，磁感應(yīng)開(kāi)關(guān) MC-57 物理連接到 zig-beeCC2530上，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)直接通過(guò)I/O口傳輸給zigbee，zigbeeCC2530模塊與 zigbeeCC2560 模塊通過(guò) ZigBee 協(xié)議無(wú)線連接，磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，將發(fā)送對(duì)應(yīng)的變化。zigbeeCC2560 模塊與單片機(jī)通過(guò)串口TX、RX 連接，接受狀態(tài)后將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。

2.2 溫度控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和溫度報(bào)警降溫， 通過(guò)溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理，通過(guò)編寫(xiě)程序自行與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，并輸出到 LED 顯示設(shè)備顯示當(dāng)前溫度以及控制報(bào)警系統(tǒng)的工作，即蜂鳴器和報(bào)警燈。當(dāng)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，蜂鳴器不響，彩燈部分亮綠燈;當(dāng)采集溫度超出設(shè)定溫度范圍，蜂鳴器報(bào)警，彩燈部分亮紅燈。圖示如圖 3 所示。[ 3]

圖 3 溫度控制系統(tǒng)示意圖

整個(gè)過(guò)程中手機(jī)和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向反饋和控制，即手機(jī)能通過(guò) GPRS

網(wǎng)絡(luò)接收到單片機(jī)處理的信息，也能在 GPRS 或 WIFI 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)出信號(hào)通過(guò)單片機(jī)控制溫度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的遠(yuǎn)程控制。

3 信息的處理與遠(yuǎn)程控制

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器狀態(tài)的實(shí)時(shí)可見(jiàn)，即做成手機(jī) APP 隨時(shí)可以查看屋內(nèi)狀態(tài)。如何將信息傳給手機(jī)，可以用到 GPRS 模塊。在 APP 中要設(shè)置一氧化碳含量檢測(cè)，地面水位高度，是否有陌生面孔通過(guò)門(mén)等信息。但是用戶(hù)不會(huì)一直觀察手機(jī)，不能及時(shí)掌握相關(guān)情況，所以，在設(shè)計(jì)中 要怎加一個(gè)效果明顯的提醒指令，即當(dāng)有不正常情況發(fā)生會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信提醒。[4]

手機(jī)可以通過(guò) 4G 等方式連入網(wǎng)絡(luò)， 訪問(wèn)存放家中相關(guān)信息的服務(wù)器，通過(guò) APP 操作，發(fā)送命令到服務(wù)器，服務(wù)器將命令轉(zhuǎn)發(fā)到家庭終端，根據(jù)你所發(fā)出的命令控制相應(yīng)設(shè)施。[ 5]為了滿足以上的功能，首先必須將相應(yīng)設(shè)施通過(guò)各種模式連入你的家庭終端，ZigBee無(wú)線協(xié)議完成，家庭終端起到一個(gè)接收與轉(zhuǎn)發(fā)的功能，它接收到服務(wù)器的指令，將指令轉(zhuǎn)化為自己系 統(tǒng)中可識(shí)別的無(wú)線制式，實(shí)現(xiàn)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在家庭住房中增添傳感與檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程安防檢測(cè)作用，使“人在外，家就在身邊; 人在家，世界就在眼前”不在是奢望， 而是可以實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代化智能家居，讓智能家居使得家電變得“智慧”起來(lái)， 為智慧城市的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)使人們的家庭生活變得更加節(jié)能、智能、便利、舒適和安全，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以人為本的全新家居生活體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬曉檳. 智能家居，智能生活[J].電視技術(shù)，2014，38（ S1） ： 54-58.

[2] 劉子京，裴文江.基于 ZigBee 協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，19（5） ： 192-193.

[3] 張松峰. 融合智能安防的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 西南交通大學(xué)，2016.

[4] 趙曉寧. 基于無(wú)線技術(shù)智能家居控制系統(tǒng)的研究與現(xiàn) [D]. 解放軍信息工程大學(xué)，2012.

[5] 李春雨. 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 [D]. 上海工程技術(shù)大學(xué)， 2016.