物聯(lián)網(wǎng)智能家居論述(共34頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上PINGDINGSHAN UNIVERSITY專心-專注-專業(yè) 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 物聯(lián)網(wǎng)作為朝陽的產(chǎn)業(yè)，被列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成形成智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。 物聯(lián)網(wǎng)智能家居通過家居智能管理系統(tǒng)的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)家庭安全、舒適、信息交互與通信的能力

2、。本文結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的相關(guān)技術(shù)，將傳感器、控制器等設(shè)備通過無線技術(shù)連接和采集數(shù)據(jù)信息的處理，實(shí)現(xiàn)了使用傳感器采集室內(nèi)溫度，光線等數(shù)據(jù)，在嵌入式終端中進(jìn)行信息的讀取和處理，做出相應(yīng)的操作。整個過程涉及到基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和GPRS手機(jī)通信模塊的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)分為以下幾個部分：一、首先分析課題來源與市場需求，然后對整個系統(tǒng)進(jìn)行了概述；二、對該系統(tǒng)的框架進(jìn)行介紹；三、對整個系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。本論文設(shè)計(jì)是基于物聯(lián)網(wǎng)和智能家居相結(jié)合的背景下，實(shí)現(xiàn)了對家居環(huán)境中的光線，溫度，煙霧等因素的實(shí)時監(jiān)測，并通過GPRS通信模塊和管理系統(tǒng)作出相應(yīng)的控制，以提升家居環(huán)境的安全性、舒適性

3、、便利性。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，無線傳感網(wǎng)絡(luò)，GPRSThe smart home system design based on the Internet of ThingsAbstract Things as a sunrise industry, is listed as one of the country five emerging strategic industries. The Internet of Things through radio frequency identification, infrared sensors, global positioning syst

4、ems, laser scanners and other sensing devices, according to the agreed protocol, any items connected to the Internet together, exchange of information and communication in order to achieve intelligent identification, positioning , tracking, monitoring and management of a network. Smart Home is a res

5、idential platform, integrated wiring technology and network communication technology, security technology, automatic control technology, audio and video technology will be the home life of the equipment integrated formation of the living environment of the smart home system. Internet of Things smart

6、 home smart home management system equipment home security, comfort, information exchange and communications capabilities. This article combines the Internet of Things and smart home technology, sensors, controllers and other devices through wireless technology to connect and collect data processing

7、 data using the sensor to collect the indoor temperature, light, etc., in the embedded terminal read and make the appropriate action. The whole process involves the application of ZigBee-based wireless sensor networks and GPRS mobile communication module. The design is divided into the following sec

8、tions: a first analysis of the subject source and market demand, and then provides an overview of the entire system; the framework of the system are described; described in detail, the entire system of hardware and software design .This thesis is based on the Internet of Things and the smart home is

9、 a combination of background, factors such as light, temperature, smoke in the home environment of real-time monitoring and control via GPRS communication module and a management system to make the appropriate, to enhance the home environmental safety, comfort and convenience.Keywords: Internet of T

10、hings, Smart Home, Wireless Sensor Networks , The GPRS目 錄1 緒論隨著人們生活水平的提高和科技的發(fā)展，家居智能化已成為一種必然趨勢而深入千家萬戶。家居智能化是利用計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力自動化、信息、結(jié)構(gòu)化布線、無線等技術(shù)將所有不同的設(shè)備應(yīng)用和綜合功能互連于一體的系統(tǒng)。它以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)家電、通信、家電設(shè)備自動化、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂等功能，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的安全、便利、舒適、節(jié)能、娛樂、高效、環(huán)保的居住環(huán)境。1.1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)概述這個章節(jié)主要分三個部分介紹：物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的開發(fā)背景，開發(fā)意義和應(yīng)

11、用現(xiàn)狀。 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)開發(fā)背景2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念；2009年8月，溫家寶在中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心考察時，提出了“感知中國”。物聯(lián)網(wǎng)被預(yù)言為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，一時間很多人預(yù)見到了一場新的技術(shù)革命?，F(xiàn)代社會努力創(chuàng)造著舒適的環(huán)境，空調(diào)的出現(xiàn)讓人們得到了舒暢的體驗(yàn)。在使用空調(diào)時，人們出現(xiàn)了兩種心態(tài)，有的人怕浪費(fèi)電，在家里沒人的時候把空調(diào)關(guān)掉，可是回到家時卻不得不面對冷冰冰或熱烘烘的情況；也有的人為了舒適一直開著空調(diào)，長時間地讓空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)既費(fèi)電又影響使用壽命。進(jìn)入新世紀(jì)，我國人民的物質(zhì)文化生活水平不

12、斷提高，移動通信的飛速發(fā)展給人們的生活注入新鮮血液，豐富了人們的生活。眾所周知，越來越多的人擁有自己的手機(jī)，而我國移動網(wǎng)絡(luò)的鋪建將使我們更好地在移動網(wǎng)絡(luò)的世界里遨游，如果能夠通過手機(jī)來遠(yuǎn)程控制家里的空調(diào)，讓人們在到家之前把家里的空調(diào)打開，當(dāng)我們邁進(jìn)家門時，舒適的溫度會使我們的心情更加愉悅1。在互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及的今天，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)聯(lián)系起了每一個人，隨著各種消費(fèi)電子的智能化，還有無線傳感器的迅速發(fā)展，人們想到了是否可以用網(wǎng)絡(luò)將每一個物體都聯(lián)系起來，以實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。這樣就形成了一種新的網(wǎng)絡(luò)，被稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物

13、體的信息實(shí)時準(zhǔn)確地傳遞出去。而從20世紀(jì)80年代開始，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面世，直到現(xiàn)在，經(jīng)過了30年的發(fā)展，家用電器已經(jīng)普及，而且具有了很高的智能化。這時人們便開始追尋一種更加智能的家庭管理方式，希望實(shí)現(xiàn)安保，防災(zāi)，家電一體化控制，這就是智能家居的原型。對于物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加快了智能家居的發(fā)展。在國家大力推動工業(yè)化與信息化兩化融合的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是家居行業(yè)乃至更多行業(yè)信息化過程中一個比較現(xiàn)實(shí)的突破口。一旦物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及，無數(shù)的物品需要加裝更加小巧智能的傳感器，用于家居設(shè)備的傳感器與電子標(biāo)簽及配套的接口裝置數(shù)量將大大超過目前的手機(jī)數(shù)量，物聯(lián)網(wǎng)是下一個超過萬億的行業(yè)。1.1.2

14、 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)意義社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息化程度的不斷提高，人們生活節(jié)秦的不斷加快，使人們對居家環(huán)境智能化的程度也提出了更高的要求。當(dāng)人們離開自已的居住環(huán)境時，如何獲取家中的環(huán)境信息，已成為一種現(xiàn)實(shí)需求，基于Internet 與GSM 網(wǎng)成為可選擇的發(fā)展方向。利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息具有信息量大、直觀等優(yōu)勢，但目前實(shí)現(xiàn)成本相對較高，阻礙其進(jìn)入普通家庭。近年來，短消息業(yè)務(wù)（SMS）作為GSM 的一種增值服務(wù)，隨著GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，得到了迅速發(fā)展，它具有傳輸速度快，費(fèi)用低，不占用語音通信通道等優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)重在研究基于SMS 短信業(yè)務(wù)，一種操作方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可擴(kuò)展性好的智能家居控制系統(tǒng)2

15、。物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品融合自動化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，將各種家庭設(shè)備(如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等)通過智能家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動化，通過寬帶和無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。與普通家居相比，智能家居不僅提供舒適宜人且高品位的家庭生活空間，實(shí)現(xiàn)更智能的家庭安防系統(tǒng);還將家居環(huán)境由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔换スδ?。物?lián)網(wǎng)中的無線傳感器應(yīng)用對家庭的智能防災(zāi)，燈光控制，以及家電聯(lián)網(wǎng)都提供了一種很好的解決辦法。而且使用GPRS通信模塊，可以將家庭中的突發(fā)事件信息告知戶主，并且進(jìn)行智能報警。

16、這樣就極大降低了家庭意外災(zāi)難的損失3。1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀智能家居是利用微處理電子技術(shù)，來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)。家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)（可擴(kuò)展至鄰居、小區(qū)）將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電是一種價格低廉、操作簡便、實(shí)用性強(qiáng)、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)在處于起步階段，由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時間內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以一般都是一個廠家單獨(dú)做系統(tǒng)研發(fā)的。智能家居產(chǎn)品大規(guī)模批量化生產(chǎn)還需要時間加之協(xié)議不統(tǒng)一，隨之帶來的

17、就是產(chǎn)品成本相對較高。國內(nèi)從事智能家居行業(yè)的生產(chǎn)廠家魚龍混雜，良莠不齊，有獨(dú)立從事智能家居系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)，有家電行業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)，有安防企業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)的，還有運(yùn)營商也參與到智能家居行業(yè)的，各自的出發(fā)點(diǎn)不同，所以生產(chǎn)出的產(chǎn)品也就各不相同產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，影響了消費(fèi)者對智能家居產(chǎn)品的信任；再者智能家居行業(yè)的售后服務(wù)水平較低，智能家居系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性較大，出問題的幾率相對較高，這時候如果售后服務(wù)不能到位的話則會嚴(yán)重影響客戶對智能家居產(chǎn)品的滿意度。這些問題嚴(yán)重制約了智能家居行業(yè)的發(fā)展。所以目前在中國只有少部分用于試點(diǎn)研究安裝，真正用于生活的還不多見。1.2 論文的結(jié)構(gòu)論文的

18、結(jié)構(gòu)主要分四個部分：1. 緒論。主要介紹物聯(lián)網(wǎng)智能家居的背景、意義、現(xiàn)狀。2. 系統(tǒng)開發(fā)工具。主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的技術(shù)工具。3. 需求分析。主要介紹系統(tǒng)功能需求性。4. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要介紹系統(tǒng)各個部分設(shè)計(jì)。2 系統(tǒng)開發(fā)工具該部分主要介紹系統(tǒng)所采用的技術(shù)及開發(fā)工具，涉及,采用的架構(gòu)ZigBee技術(shù)的模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、GPRS通信模塊等。2.1 ZigBee技術(shù)無線傳感器技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域內(nèi)研究的一個熱點(diǎn)技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌

19、入式系統(tǒng)對信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。所謂傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在一定區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間距離很短，一般采用多跳(multi-hop)的無線通信方式通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在獨(dú)立的環(huán)境下運(yùn)行，也可以通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，使用戶遠(yuǎn)程訪問4。ZigBee技術(shù)譯為紫蜂技術(shù)，是一個有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)，被稱作IEEE802.15.4 (ZigBee) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)化方面，IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)

20、制定物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。其結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低速率、低成本和可靠性高的雙向無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，主要適合于自動控制領(lǐng)域， 可以嵌入各種設(shè)備中， 同時支持地理定位功能。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應(yīng)用層、 應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。其協(xié)議如圖2-1所示： 應(yīng)用層匯聚層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層LLCMAC物理層圖2-1 IEEE802.15.4協(xié)議架構(gòu)物理層分別是2.4GHz物理層和868915MHz物理層，它們都基于DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum

21、，直接序列擴(kuò)頻)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長度和傳輸速率。其中2.4GHz波段為全球統(tǒng)一的無需申請的ISM頻段， 有助于ZigBee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低，該頻段的物理層使用了16個信道、250kb/s的傳輸速率。 數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪問控制子層(MAC)。LLC子層功能包括傳輸可靠性保障、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸；MAC層通過SSCS ( Service Specific Convergence Sub layer，業(yè)務(wù)相關(guān)的會聚子層) 協(xié)議能支持多種LLC標(biāo)準(zhǔn)，其功能包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和拆除

22、、確認(rèn)模式的幀傳送與接收、信道接入控制、幀校驗(yàn)、預(yù)留時隙管理和廣播信息管理。 網(wǎng)絡(luò)層采用基于ad hoc技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， 功能包括拓?fù)涔芾怼?MAC管理、 路由管理和安全管理根據(jù)節(jié)點(diǎn)的不同角色，可分為全功能設(shè)備 (Full Function Device；FFD)與精簡功能設(shè)備(Reduced Function Device；RFD)。前者具備控制器(Controller)的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換；后者電路較為簡單且存儲體容量較小，只能傳送數(shù)據(jù)給FFD或從FFD接收數(shù)據(jù)。應(yīng)用匯聚層負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)層上，包括安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。 應(yīng)用層定義

23、了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)是協(xié)議棧的最上層用戶。 2.1.1 ZgBee特點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)由大量的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自組織網(wǎng)絡(luò)的方式構(gòu)成，一般節(jié)點(diǎn)通過各種方式大量部署在被感知對象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點(diǎn)通過無線自組織傳輸網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的信息，可以實(shí)現(xiàn)對任意地點(diǎn)的信息在任意時間的采集、處理和分析5。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示(虛線表示無線鏈路，實(shí)線表示有線鏈路)。圖2-2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1. 無中心。WSN 沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。2. 自組織。

24、網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為,節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、 自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。3. 動態(tài)拓?fù)?。WSN 是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動；一個節(jié)點(diǎn)可能會因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其它故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。ZigBee會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。4. 節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布范圍廣。這樣的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備一定的軟、硬件健壯性和容錯性。2.1.2 ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢1. 低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點(diǎn)工作6-24個月

25、，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。2. 低成本。通過大幅簡化協(xié)議（不到藍(lán)牙的1/10），降低了對通信控制器的要求，按預(yù)測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。3. 低速率。ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。4. 近距離。傳輸范圍一般介于10100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。5. 短時延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般

26、從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3-10s、WiFi需要3s。6. 高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn)；同時主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。7. 高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。8. 免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療2.4GHz(全球) (ISM)頻段。ZigBee的這些特點(diǎn)

27、使之最適合作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, 簡稱WSN）就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。 隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System,簡稱MEMS)、片上系統(tǒng)（SOC， System on Chip）、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展,孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Se

28、nsor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)6。 很多人都認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)的重要性可與因特網(wǎng)相媲美：正如因特網(wǎng)使得計(jì)算機(jī)能夠訪問各種數(shù)字信息而可以不管其保存在什么地方，傳感器網(wǎng)絡(luò)將能擴(kuò)展人們與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行遠(yuǎn)程交互的能力。它甚至被人稱為一種全新類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這就是因?yàn)樗鼌^(qū)別于過去硬件的可到處散布的特點(diǎn)以及集體分析能力。然而從很多方面來說，現(xiàn)在的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就如同遠(yuǎn)在 1970 年的因特網(wǎng)，那時因特網(wǎng)僅僅連接了不到 200所大

29、學(xué)和軍事實(shí)驗(yàn)室，并且研究者還在試驗(yàn)各種通訊協(xié)議和尋址方案。而現(xiàn)在，大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)只連接了不到 100個節(jié)點(diǎn)，更多的節(jié)點(diǎn)以及通訊線路會使其變得十分復(fù)雜難纏而無法正常工作。另外一個原因是單個傳感器節(jié)點(diǎn)的價格目前還并不低廉，而且電池壽命在最好的情況下也只能維持幾個月。不過這些問題并不是不可逾越的，一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品已經(jīng)上市，并且具備引人入勝的功能的新產(chǎn)品也會在幾年之內(nèi)出現(xiàn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象?；贛EMS的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣

30、闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。2.3 GPRS通信模塊GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可以說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3

31、G）移動通訊技術(shù)之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。如此，使用者既可聯(lián)機(jī)上網(wǎng)，參加視訊會議等互動傳播，而且在同一個視訊網(wǎng)絡(luò)上（VRN）的使用者，甚至可以無需通過撥號上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡(luò)連接。GPRS分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個包的前面有一個分組頭（其中的地

32、址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接。而是在每一個數(shù)據(jù)包到達(dá)時，根據(jù)數(shù)據(jù)報頭中的信息（如目的地址），臨時尋找一個可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用。GPRS由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在絕大多數(shù)情況下都表現(xiàn)出一種突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。例如一個進(jìn)行WWW瀏覽的用戶，大部分時間處于瀏覽狀態(tài)，而真正用于數(shù)據(jù)傳送的時間只占很小比例。這種情況下若采用固定占用信道的方式，將會造成較大的資源浪費(fèi)。在系統(tǒng)中，使用串

33、口和GPRS模塊進(jìn)行通信，將我們的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到用戶手機(jī)上。3 需求分析隨著社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的發(fā)展變化,人們對家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時越來越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡單的智能，更要求整個系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡單、方便、輕松、安全。很顯然我們的家居生活需要改變，智能家居系統(tǒng)提供廣泛的信息交互功能，優(yōu)化居住環(huán)境，幫助人們有效地利用網(wǎng)絡(luò)的便捷性各種實(shí)現(xiàn)了對家居環(huán)境的控制。智能家居產(chǎn)品為家居環(huán)境、家電設(shè)備提供一個共享的接入中心，實(shí)現(xiàn)對家庭 環(huán)境及其設(shè)備的智能管理、遠(yuǎn)程管理、集中管理和資源共享。隨著網(wǎng)絡(luò)科技

34、的高 速發(fā)展，在可以預(yù)見的未來，在智能化住宅中，以寬帶網(wǎng)絡(luò)將家里的電腦、電視 機(jī)、家電、安防系統(tǒng)等連成一體的自主控制、擴(kuò)展、享用的工作、學(xué)習(xí)、娛樂家 庭綜合信息服務(wù)平臺。3.1 實(shí)際業(yè)務(wù)工作流程整個系統(tǒng)主要由三部分組成：傳感器節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)，嵌入式服務(wù)器終端，GPRS通信模塊及其他裝置。其中傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中包含了多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)都是由一個傳感器模塊加上一個ZigBee通信模塊組成的。傳感器進(jìn)行實(shí)時的檢測，檢測到的數(shù)據(jù)通過ZigBee通信模塊傳到節(jié)點(diǎn)控制，節(jié)點(diǎn)控制處理收集到的信息，做出相應(yīng)的操作處理。手機(jī)終端可以遠(yuǎn)程通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，連接到嵌入式服務(wù)器終端中心控制臺，中心控制臺處理連

35、接的信息，通過ZIgBee模塊發(fā)送處理信息到相應(yīng)的ZigBee模塊，節(jié)點(diǎn)控制臺收到指令作出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)流程如圖3-1。圖3-1 整體框架圖3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)由于住宅設(shè)計(jì)情況比較多種多樣性，信號的覆蓋采取整體設(shè)計(jì)，局部進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施，由于每個房間的封閉性，可能會引起信號的衰減，采取信號覆蓋區(qū)域連接，各個區(qū)域內(nèi)的信號能夠連通進(jìn)行信號的傳輸，系統(tǒng)使用的無線信號傳輸頻率是2.4GHz，在此頻率的無線傳感網(wǎng)絡(luò)為全球統(tǒng)一的，無需申請的ISM頻段，同時可以對無線信號進(jìn)行加密，保證了無線傳輸數(shù)據(jù)的安全性。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的需求進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)如下設(shè)計(jì)目標(biāo)：1. 當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制的空調(diào)開關(guān)時，只要

36、用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與空調(diào)相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對空調(diào)的控制。2. 當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制窗簾的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與窗簾電機(jī)相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對窗簾的控制。3. 當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制窗戶的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令

37、傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與窗戶連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對窗戶的控制。4當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制電視機(jī)的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與電視機(jī)相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對電視機(jī)的控制。5當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制空氣加濕器的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與空氣加濕

38、器相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對空氣加濕器的控制。3.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)1它的對象是結(jié)構(gòu)和特性完全相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，電器之間的數(shù)據(jù)共享比較困難。2家電的信息量小但對實(shí)時性要求較高，必須針對當(dāng)時的家庭環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整。3家電運(yùn)行時所處環(huán)境有很大差異，對系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性要求較高。4家庭用戶對于價格要求比較高，必須把組建網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用降低到一定程度，才能被廣泛認(rèn)可和接受。5家電完成的功能各有不同，需要達(dá)到的智能水平也有很大的差異，要針對不同的功能要求，設(shè)計(jì)不同家電的智能水平(比如說，如果讓電燈也共享Internet資源，顯然沒有必要，但是家中的煙霧設(shè)備則需要較高的智能水平

39、)。6從用戶的角度來說，用戶需要簡化家電的操作過程，統(tǒng)一家電的操作方法因此，組建智能家庭網(wǎng)絡(luò)時需要考慮的問題有很多。3.4 設(shè)計(jì)原則基于設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，列出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：1.標(biāo)準(zhǔn)化:家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)依照國際上流行的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分保證各廠家產(chǎn)品間的兼容性和相互操作能力。2.開放性:目前，在智能住宅、家庭自動化、家電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域尚處于一家一戶自行開發(fā)的局面，而實(shí)際上用戶不可能全部使用同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，這將極大阻礙互聯(lián)互通和長遠(yuǎn)發(fā)展。因此，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該具有開放的協(xié)議、統(tǒng)一的接口。3.模塊化:采用模塊化的設(shè)計(jì)可以適應(yīng)各種場合的需要，保障用戶的利益并允許系統(tǒng)的逐步到位。模塊之間遵循一定的協(xié)議

40、，可以相互通訊和協(xié)調(diào)。4.實(shí)用性:人們購買家庭自動化產(chǎn)品是為了享有更加便利舒適的生活，絕非追逐潮流的概念。5.普及化:家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該面向低成本、高性能的目標(biāo)設(shè)計(jì)，住戶對價格較為敏感，所以智能住宅采用的技術(shù)要較為經(jīng)濟(jì)。同時，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該能最大程度兼容用戶原有電器設(shè)備，保護(hù)用戶投資。6.簡潔易用:高科技帶來的應(yīng)該是一種享受而絕不是一種負(fù)擔(dān)。好的家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)該簡便易用、用戶界面友好，并且不需要使用者花上太多的精力就能掌握。3.5 功能需求對于家居生活環(huán)境，因每個人的不同，要求得也不盡相同。功能的設(shè)計(jì)要求主人能夠遠(yuǎn)程設(shè)置家居環(huán)境，如圖3-2。圖3-2 智能家居邏輯圖1主人可以通過手機(jī)設(shè)置

41、空調(diào)溫度。2主人可以通過手機(jī)設(shè)置窗簾的開啟和關(guān)閉。3主人可以通過手機(jī)設(shè)置窗戶的開啟和關(guān)閉。4主人可以通過手機(jī)設(shè)置電視的開關(guān)。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 物聯(lián)網(wǎng)智能家居要將各成體系，互不相連的子系統(tǒng)協(xié)調(diào)起來，就必須有一個兼容性強(qiáng)的中央家居處理平臺，接受并處理控制設(shè)施發(fā)出的信息，然后傳送信號給你希望控制的家電或者其他家居子系統(tǒng)。中央處理平臺職能就是在家庭智能局域網(wǎng)中，引導(dǎo)和規(guī)劃家居子系統(tǒng)中的各種信號，有了它，你可以通過手持無線遙控設(shè)備來和家居子系統(tǒng)進(jìn)行快速的溝通。中央家居處理平臺還必須具有良好的擴(kuò)展性能，以滿足用戶在使用過程中不斷增長的需求點(diǎn)。 目前已經(jīng)出現(xiàn)的主流中央家居處理平臺分為兩類，其中一類平臺是網(wǎng)關(guān)式中

42、央家居處理平臺。這種方式推出的家庭網(wǎng)關(guān)集成智能家居系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)與中央家居處理平臺組合，這種平臺能夠與家庭安全防范系統(tǒng)、家庭自動化系統(tǒng)，以及互聯(lián)網(wǎng)結(jié)成一體，實(shí)現(xiàn)家電控制、娛樂、交流和信息分享等方面的智能化。第二種則直接利用家用電腦去控制各種家電設(shè)備。 智能家居系統(tǒng)將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器未實(shí)現(xiàn)的，家庭網(wǎng)絡(luò)控制器具有家庭總線系統(tǒng)、通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能、并和住宅以外的外部世界相通連

43、?？梢赃@樣說，智能家居系統(tǒng)是智能住宅的核心。由此可見，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇了第一種平臺，主要是三個模塊：傳感器節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)模塊，嵌入式服務(wù)器終端模塊，GPRS通信模塊及其他裝置。4.1 傳感器節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì)WSN模塊主要是以AT89C51為核心處理器，使用多個I/O口進(jìn)行傳感器檢測陣列的信號采集，其中包括溫度、濕度、光線、煙霧有害氣體等信號的檢測，如煙霧傳感器負(fù)責(zé)煙霧中有害氣體的檢測，煙霧傳感器如圖4-1。圖4-1 煙霧傳感器 煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w

44、濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。所以系統(tǒng)采用煙霧傳感器對家用的天然氣、煤氣、煙霧進(jìn)行監(jiān)控檢測。氣體煙霧感應(yīng)器是這個模塊的主要器件；U1BLM323 運(yùn)算放大器是把采集的信號放大，傳輸?shù)絑igBee無線模塊,運(yùn)算放大器是延時作用,繼電器是相當(dāng)一個開關(guān)的作用，在這里只要有信號輸出，繼電器就閉合，其余的時間都是斷開的,喇叭有報警的作用,PT2262是無線模塊的芯片，是發(fā)送信號給中心控制器。通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)，由ZigBee無線模塊傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)控制器，然后由紅外發(fā)射芯片IR6721C芯片進(jìn)行家電設(shè)備控制信號的發(fā)射，可以完成家庭內(nèi)部控制和GPRS遠(yuǎn)

45、程控制；使用通信串口連接無線數(shù)據(jù)傳輸芯片ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊,ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊是UART 接口半雙工無線傳輸模塊。本文采用了加強(qiáng)型的ZigBee無線技術(shù)，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸；通過無線ZigBee進(jìn)行組網(wǎng)通信，無線功能強(qiáng)大，具備中繼路由和終端設(shè)備功能。WSN網(wǎng)絡(luò)模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2，WSN在家庭中的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋如圖4-3。圖4-2 WSN網(wǎng)絡(luò)模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖圖4-3 網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋4.2 嵌入式服務(wù)器終端模塊設(shè)計(jì)嵌入式服務(wù)器終端模塊硬件主要有中心控制器、GPRS模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。其中中心控制器是單片機(jī)，單片機(jī)為本系統(tǒng)的核心部件，它除

46、了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)的必備期間外，它的串口通過RS232電路與MC703模塊通信，單片機(jī)的P0口與顯示器相連，P1口與鍵盤相連。P2口用各種控制及傳感器的連接。GPRS模塊采用華為的MC703模塊如圖4-4，該模塊具有一路串口，波特率為bps，通過該路串口，該模塊可以與單片機(jī)進(jìn)行通信。另外，華為公司的MC703模塊價格相對低廉，且支持部分標(biāo)準(zhǔn)AT命令，此外還支持華為公司拓展的命令，使用起來更加的靈活7。ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊可以方便用戶使用各種移動智能終端，輕松控制任何基于ZigBee協(xié)議的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)高速、安全、可靠傳輸。如圖4-5為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)模塊。圖4-5 MC703模塊圖4

47、-5 無線網(wǎng)絡(luò)模塊本系統(tǒng)采用ARM11S3C6410控制芯片為核心控制器，完成所有家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)的采集與控制命令的發(fā)出，是整個智能家居控制的核心，采用Linux嵌入式系統(tǒng)為家居總中心監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動運(yùn)行、處理數(shù)據(jù)，通過串口管理、無線網(wǎng)絡(luò)來控制各控制終端，并且中心控制器通過GPRS模塊實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)與手機(jī)的通信，使用戶可以通過短信方式實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制8。服務(wù)器控制端硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6。圖4-6 服務(wù)器控制端硬件結(jié)構(gòu)框圖整個系統(tǒng)以智能家居中心控制臺做為信息的控制中心，負(fù)責(zé)各個模塊的協(xié)調(diào)其中手機(jī)終端可以向主機(jī)發(fā)送查詢與命令信息，空調(diào)控制模塊與窗簾控制模塊等為智能控制模塊，具有

48、單獨(dú)的模塊控制程序，它們向主機(jī)發(fā)送溫濕度信息，同時分別接收主機(jī)發(fā)送的空調(diào)控制信號，主機(jī)通過程序查詢的方式獲取此信息。人體感應(yīng)模塊與液化氣泄露檢測模塊則只能向主機(jī)發(fā)送信號，主機(jī)通過中斷方式獲取其信息9。因此系統(tǒng)中主機(jī)的軟件控制成為關(guān)鍵因素。WSN網(wǎng)絡(luò)模塊與嵌入式服務(wù)器終端模塊通過基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)完成通信，傳輸一個指令的數(shù)據(jù)包由以下幾部分組成：起始編碼bite01,地址編碼bite2,數(shù)據(jù)類型編碼bite4,功能編碼bite5,效驗(yàn)編碼bite6,結(jié)束編碼bite7.每個編碼1個字節(jié)，發(fā)送數(shù)據(jù)范圍在0255之間，不同家庭內(nèi)部的起始編碼都是惟一的，防止相互信號的干擾，每個接收終端在接收到數(shù)

49、據(jù)后，都進(jìn)行地址碼判斷是否為自己接收的數(shù)據(jù)包，是則接收，否則不接收，接收到數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)要執(zhí)行的功能進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)正確，則進(jìn)行解碼，并且在解碼成功后通過ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出一個確認(rèn)接受碼，中心控制器在接收到確認(rèn)接收碼后停止再次發(fā)生控制指令，否則間隔100ms再次發(fā)生相同指令，確保整個ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確性和完整性。每個智能終端在正確接收到中心控制器的控制信號后，必須根據(jù)信號完成相應(yīng)家庭內(nèi)部的控制工作，所以家電設(shè)備的控制信號都是由統(tǒng)一的嵌入式服務(wù)器終端模塊外編碼完成的10。整個模塊的電路如圖4-7。圖4-7 電路原理圖主機(jī)的單片機(jī)采用ARM的ATmega128，具有4K的

50、EPROM，4K的SRAM，支持8個外部中斷，53個可編程I/O口3，完全滿足系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)要求。EPROM 可編程存儲器的引入便于以軟件方式，在斷電的情況下保存系統(tǒng)的狀態(tài)變量，如各種模式開關(guān)狀態(tài)變量。各個功能以模塊的形式實(shí)現(xiàn)，各個模塊的切換通過狀態(tài)機(jī)的完成11。單片機(jī)的初始化數(shù)據(jù)設(shè)置：void main(void)LCD_init(); / LCD 初始化Uart1_init(); / 串口初始化Device_init(); / 中斷初始化LCD_Display(); / 液晶顯示rF905_init(); / rf905 模塊初始化GSM_init(); / GSM 模塊初始化EEP

51、ROM_READ(0x22,SysInforBuf); /在EPROM 中讀取系統(tǒng)狀態(tài)信息state=SMS_Standby; /設(shè)定系統(tǒng)初始狀態(tài)while(1)switch(state)case Dehumidifier: /自動抽濕狀態(tài)Dehumidifier_75();break;case SMS_Standby: /接收GSM 模塊回復(fù)信息Receive_Check();break;case SMS_CMGR: /讀取手機(jī)短信并處理Receive_CMGR();break;case SMS_CMGD: /刪除手機(jī)短信break;case SMS_CMGS: /向手機(jī)發(fā)送短信Receiv

52、e_CMGS();break;case SMS_Answer: /讀取手機(jī)來短信信息Receive_Ans();break;default:break;為了保證電路的可靠性，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位操作有手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種。如圖4-8、圖4-9所示的復(fù)位電路基本功能是：當(dāng)系統(tǒng)上電時，提供復(fù)位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的演示才撤銷復(fù)位信號，以防止電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。其中手動復(fù)位電路的工作原理：在單片機(jī)啟動0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)

53、正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位。 圖4-8 上電復(fù)位電路圖圖4-9 手動復(fù)位電路圖4.3 GPRS通信模塊設(shè)計(jì) 以ARM6410為總控制核心，通過GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的發(fā)送與處理，使用6410串口與GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可以將家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)信息發(fā)送給遠(yuǎn)離房間的主人手機(jī)，并可以通過主人手機(jī)發(fā)送

54、的控制信息控制房間內(nèi)家電設(shè)備。GPRS通信模塊安裝在智能家居控制器中，主要功能為通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到Internet網(wǎng)絡(luò)，并主動與監(jiān)控中心建立通信鏈路，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。此部分采用的是華為MC703的模塊接收和傳送用戶手機(jī)短信息。單片機(jī)對收到信息進(jìn)行解釋同時將處理結(jié)果通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)達(dá)到控制目的，實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)對室內(nèi)控制。在MC703的基帶處理器上有一個綜合SIM接口，他直接接線到主機(jī)接口(端到端連接器)用于連接到外部的SIM卡座。電路圖如圖4-10。圖4-10 MC703與AT89S52連接的電路圖這里接的SIM卡有6個引腳CCCLK，CCVCC，CCIO，CCRST，C

55、CIN以及CCGND分別對應(yīng)接在TC35i的第24到第29個引腳上。模塊的連接器和SIM卡座的引腳之間的距離不要超過20 cm，為了達(dá)到最佳的效果，在SIM支架下敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連。CCVCC和CCGND之間的兩個電容要離引腳盡量近，并且走線盡量阻抗低，以滿足規(guī)范要求。單片機(jī)與鍵盤相連，可以通過鍵盤來向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。該單片機(jī)的振蕩器的晶振為11.0592 MHz，數(shù)據(jù)傳輸率設(shè)置為9600 b/s。單片機(jī)的復(fù)位鍵RESET為高電平時復(fù)位。114引腳為電源部分，其中l(wèi)5引腳為電源電壓輸入端VBATT+；610引腳為電源地GND；1112引腳為充電端；13引腳

56、為對外輸出電壓(供外部電路使用)；14引腳ACCU/TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻；2429引腳為SIM卡連接端；3340引腳為語音接口用來接電話手柄。15、30、31和32引腳為控制部分；15引腳為啟動線IGT(Ignition)。當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個大于100 mV的低電平，模塊才能啟動。30引腳為RTC back up；31引腳為掉電控制；32引腳為SYNC，1623引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端。GPRS通信模塊設(shè)計(jì)采用了內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的G24GPRSOEM。該模塊尺寸小，功耗低，便于集成。GPRS通信終端收發(fā)模塊主要由G24模塊、天線、SIM 卡、相關(guān)的電平轉(zhuǎn)換電路和RS

57、 232串口組成。其供電電壓為5V,可采用USB端口供電；通過RS 232串行口與智能家居控制器ARM進(jìn)行通信。單片機(jī)與GSM模塊采用串行異步通信接口，由于單片機(jī)與GSM模塊工作電平不一致，二者之間要用電平轉(zhuǎn)換電路連接。GSM模塊通過I2C總線擴(kuò)展了一個E2PROM存儲器芯片AT24C64，其主要作用是存儲手機(jī)發(fā)送的短消息。該芯片能夠反復(fù)擦/寫，能夠持久保存數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會丟失，這些特性正是存儲數(shù)據(jù)所必需的。在單片機(jī)通過I2C總線擴(kuò)展了一個Flash存儲器，系統(tǒng)選用Am29F016D作為閃存(Flash)，單片存儲容量為2M字節(jié)，16位數(shù)據(jù)寬度，用于存放顯字庫信息?，F(xiàn)在市場上大多數(shù)手機(jī)均支持GSM07.05規(guī)定的A