基于多種無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的智能家居控制系統

引言

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對生活要求的不斷提高，實(shí)現家庭智能控制已經(jīng)成為必然的趨勢。國家建設部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心提出住宅小區要實(shí)現六項智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范自動(dòng)化監控管理：對住宅的火災、有害氣體的泄漏實(shí)行自動(dòng)報警;防盜報警系統應安裝紅外或微波等各種類(lèi)型報警探測器;系統應能與計算機安全綜合管理系統聯(lián)網(wǎng);計算機系統能對防盜報警系統進(jìn)行集中管理和控制。

在智能家居系統中，將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用于家庭網(wǎng)絡(luò )已成為勢不可擋的趨勢。這不僅僅是因為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性，省去花在綜合布線(xiàn)上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡(luò )的通訊特點(diǎn)。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將大大促進(jìn)家庭網(wǎng)絡(luò )智能化的進(jìn)程。

本文介紹的智能家居控制系統采用ARM 嵌入式系統設計，利用ZigBee 通訊模塊構建智能家居無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統，跟各個(gè)子控制模塊進(jìn)行通訊。系統通過(guò)藍牙接口與手機或PC 連接，使用手機作為用戶(hù)操控終端。當前手機的功能相當強大，大多數手機已經(jīng)內置Java 虛擬機，利用Java 開(kāi)發(fā)工具設計功能非常強大管理軟件，與傳統的鍵盤(pán)加液晶屏的人機界面相比，操作更靈活、方便。系統通過(guò)藍牙接口，搜索用戶(hù)手機，判斷用戶(hù)是否在本地，而自動(dòng)進(jìn)行布防和設防已及切換到GPRS 網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行遠程監控，防止用戶(hù)忘記布防而令監控系統失去作用。

1 智能家居控制系統設計

1.1 系統功能

本文介紹的家居系統具備以下功能。家用設備的數據采集：采集家用設備包括室內溫度，燈具家電，防盜門(mén)等設備的狀態(tài)數據，經(jīng)控制器處理后反饋給用戶(hù)。本地控制：用戶(hù)通過(guò)人機界面，對家用設備進(jìn)行監控。遠程控制：遠程用戶(hù)可以通過(guò)發(fā)送手機短信或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對家庭系統進(jìn)行控制和查詢(xún)。自動(dòng)報警：當控制器檢測到非法闖入或溫度超高等報警信號時(shí)，及時(shí)觸發(fā)室內報警裝置，并通過(guò)發(fā)送報警短信等方式及時(shí)通知用戶(hù)。門(mén)禁系統：手機內置藍牙模塊都具有全球唯一識別碼，利用它識別用戶(hù)身份。用戶(hù)再不需記密碼，或帶其他的IC卡。家電控制：接收用戶(hù)命令，通過(guò)紅外發(fā)射電路控制電視、空調等紅外可控的家電設備。其它燈具等開(kāi)關(guān)量控制：接收用戶(hù)命令控制燈具等開(kāi)關(guān)量設備。

1.2 系統總體結構

本控制系統分兩部分：主控制器，各控制終端。系統框圖如圖1 所示：

主控制器相當于家庭網(wǎng)關(guān)，由GPRS、藍牙、ZigBee 通訊模塊構成。負責接收各控制終端的數據，經(jīng)處理后傳給用戶(hù)手機，同時(shí)接收用戶(hù)手機發(fā)出的指令，經(jīng)解析后分發(fā)到各個(gè)控制終端。

1.3 主控制器的硬件設計

主控制器的CPU 采用NXP 微控制器LPC2378，它使用了一個(gè)高性能的32 位ARM7 內核，可以在高達72MHz 的頻率下操作。LPC2378含有高達512KB 的片內Flash 和58KB 的片內SRAM 存儲器，而且有4個(gè)16C550UART(1個(gè)帶有IrDA)、3 個(gè)I2C總線(xiàn)接口、3 個(gè)SPI/SSP接口和1個(gè)I2S 接口。多個(gè)串行通信接口增強了設計的靈活性，提供了更大的緩沖區，并且具有更高的處理能力。

GPRS通信模塊采用西門(mén)子公司的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊MC35i，支持數據、短信、語(yǔ)音和傳真業(yè)務(wù)。MC35i是新一代GSM/GPRS 雙模模塊，完全兼容上一代的MC35、TC35i;采用緊湊型設計，為用戶(hù)提供了簡(jiǎn)單、內嵌式的無(wú)線(xiàn)GPRS 連接。

MC35i的GPRS 永久在線(xiàn)功能提供了最快的數據傳輸速率。

ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信模塊采用赫利訊的IP_Link1270 模塊。ZigBee(IEEE802.15.4)技術(shù)是最近發(fā)展起來(lái)的一種近距離、低功耗、低數據率、低成本的雙向短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，被業(yè)界認為是最能應用在工控場(chǎng)合的無(wú)線(xiàn)方式。

藍牙模塊采用Ericsson公司的ROK 101 007/1,該藍牙模塊集成度高，功耗小，完全兼容藍牙協(xié)議V1.1，可嵌入任何需要藍牙功能的設備中。該模塊包括基帶控制器，無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，閃存等部件，可提供高至HCI(主機控制接口)層的功能。此外，該模塊還提供有USB、UART 和PCM 接口，因而能方便地與主機(host)進(jìn)行通信，另外，該模塊還同時(shí)支持藍牙語(yǔ)音和數據傳輸，且其輸出功率能滿(mǎn)足藍牙2 級操作的要求。

1.4 主控制器的嵌入式軟件設計

家庭智能主控制器軟件是對遠程和本地通訊協(xié)議的解析執行及實(shí)時(shí)控制整個(gè)系統有序工作。主要部分包括對各個(gè)控制終端的數據采集，經(jīng)處理分析后，提供給用戶(hù)查詢(xún)。并且實(shí)時(shí)監測各模塊的報警信息，實(shí)施聯(lián)動(dòng)控制。軟件通過(guò)藍牙接口，定時(shí)搜索用戶(hù)手機，判斷用戶(hù)是否在本地，而自動(dòng)進(jìn)行布防和設防已及切換到GPRS 網(wǎng)絡(luò )，以便及時(shí)通知用戶(hù)系統信息。

1.5 基于手機的控制終端軟件設計

目前大部分手機已經(jīng)內嵌Java 虛擬機，支持Java 程序開(kāi)發(fā)。手機所以非常適合作為家居系統的控制終端。本軟件采用SUN 公司提供的通用的開(kāi)發(fā)包J2ME Wireless ToolKit 2.2。本軟件主要部分包括要是顯示系統的各種信息，包括溫度數據、各電器、照明設備的使用狀態(tài)、各種報警信息。設置系統各種參數，如定時(shí)開(kāi)關(guān)電器、防盜報警的設防和撤防、消防報警聯(lián)動(dòng)。

發(fā)指令控制各種電器、照明設備。

1.6 控制終端設計

控制終端需要根據家居裝修布局的情況來(lái)具體設計?？刂平K端的功能要求比較單一，安裝比較分散。如家庭電器/ 照明控制、煤氣/ 煙霧探測、防盜報警等。因此采用無(wú)線(xiàn)通訊可以大大節省精力和費用?？刂平K端一般需要實(shí)現脈沖量數據采集，可采集水、電、氣三表數據;安防傳感器開(kāi)關(guān)量數據采集，可進(jìn)行設防/ 撤防報警、安防報警(紅外幕簾、門(mén)磁、窗磁、玻璃破碎等);模擬量數據采集;模擬量數據輸出;繼電器觸點(diǎn)輸出;CPU可以采用通用8 位的單片機即可，根據具體控制要求靈活配置。而ZigBee 通訊接口模塊則統一使用赫立訊公司的IP_Linkl270。

2 結語(yǔ)

本文介紹智能家居控制系統使用多種先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)：ZigBee、藍牙和GPRS。主要是充分考慮家庭內部的特點(diǎn)，提供更大的靈活性、擴展性，省去花在綜合布線(xiàn)上的費用和精力。使用手機作為的操作終端，是本系統的一大特色。用戶(hù)只需用手機就可以隨時(shí)隨地監控整個(gè)系統。利用手機的強大功能，系統可以增加更多人性化的設計，應用前景廣闊。