基于ZigBee的智能家居系統設計

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務(wù)的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現環(huán)保節能的居住環(huán)境?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/智能家居">智能家居的最新定義，參考ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)，設計出的本系統，在包含了智能家居必備系統(智能家居(中央)控制管理系統、家居照明控制系統、家庭安防系統)的基礎上，加入了家居布線(xiàn)系統、家庭網(wǎng)絡(luò )系統、背景音樂(lè )系統和家庭環(huán)境控制系統。在智能家居的認定上，只有完整地安裝了所有的必備系統，并且至少選裝了一種及以上的可選系統的家居系統才能稱(chēng)為智能家居。因此，本系統可以稱(chēng)為是智能家居。

1 系統設計方案
該系統設計由家庭內被控制設備和遠程控制設備組成。其中家庭內被控制設備主要有能訪(fǎng)問(wèn)Internet的計算機、控制中心、監控節點(diǎn)和選擇添加的家用電器控制器。遠程控制設備主要由遠程計算機和手機組成。系統組成如圖1所示。

系統的主要功能有：1)網(wǎng)頁(yè)前臺頁(yè)面的瀏覽，后臺信息管理；2)通過(guò)Internet和手機兩種遠程控制方式實(shí)現室內家用電器、安防和燈光的開(kāi)關(guān)控制；3)通過(guò)RFID模塊實(shí)現用戶(hù)識別，從而完成室內安防狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，在盜賊入侵時(shí)通過(guò)短信息(SMS)向用戶(hù)報警；4)通過(guò)中央控制管理系統軟件完成室內燈光及家電的本地控制和狀態(tài)顯示；5)利用數據庫完成個(gè)人信息存儲和室內設備狀態(tài)存儲，通過(guò)中央控制管理系統方便用戶(hù)查詢(xún)室內設備狀態(tài)。

2 系統硬件設計
系統硬件設計包括控制中心、監控節點(diǎn)和選擇添加的家用電器控制器(這里以電風(fēng)扇控制器為例)的設計。
2．1 控制中心
控制中心主要功能有：1)組建無(wú)線(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò )，把所有監控節點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )中，并實(shí)現新設備的接收；2)用戶(hù)身份識別，用戶(hù)在離家或歸來(lái)時(shí)通過(guò)用戶(hù)卡實(shí)現室內安防的開(kāi)關(guān)；3)當有盜賊入侵室內時(shí)，通過(guò)向用戶(hù)發(fā)送短信息報警。用戶(hù)也可通過(guò)短信息控制室內安防、燈光及家電；4)系統單機運行時(shí)，液晶顯示當前系統狀態(tài)，方便用戶(hù)查看；5)存儲電器設備狀態(tài)并發(fā)送至PC機，以實(shí)現系統聯(lián)機。根據控制中心的功能設計出它的組成框圖如圖2所示。

選用TI公司的CC2430單片機作為ZigBee模塊的控制器，它是一款高性能、低功耗的805l內核的單片機。也是一款符合IEEE802．15．4規范的2．4 GHz的射頻器件，硬件支持載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)／沖突檢測(CSMA／CA)，2．0～3．6 V的工作電壓有利于實(shí)現系統低功耗。通過(guò)連接在控制中心的ZigBee協(xié)調器模塊，在室內建立無(wú)線(xiàn)星形ZigBee網(wǎng)絡(luò )．并將所有監控節點(diǎn)、選擇添加的家用電器控制器作為該網(wǎng)絡(luò )中的終端節
點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )中，從而實(shí)現室內安防及家電的無(wú)線(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò )控制。
控制中心MCU采用8位單片機ATMegal28，該器件是一款高性能、低功耗的RISC結構的單片機，大多數指令可在1個(gè)時(shí)鐘周期內完成，最高工作于16 MHz，具有128 K的系統內可編程Flash，4 K字節的EEPROM和2個(gè)串行接口。它與GSM模塊、RFID模塊、液晶模塊、ZigBee協(xié)調器和PC機相連，是整套硬件系統的核心，完成對中央控制管理系統的響應和對各模塊的驅動(dòng)。GSM模塊采用TC35i模塊。它通過(guò)串行UART接口直接與控制中心MCU相連。RFID模塊采用ZLG500模塊，其內部集成了MFRC500型ISO14443A讀卡器，能夠讀寫(xiě)RC500內的．EEPROM。由于ZLG500并不是采用標準SPI接口規范，故只能與單片機的通用I／O接口相連才能實(shí)現通信。液晶模塊選用1602液晶，采用4線(xiàn)接口與控制中心MCU的通用I／O接口相連。ZigBee協(xié)調器與控制中心MCU采用2線(xiàn)接口即可實(shí)現兩者間的數據雙向傳輸?？刂浦行腗CU與計算機RS232串口相連，傳輸數據穩定、可靠，實(shí)時(shí)性好。
2．2 監控節點(diǎn)
監控節點(diǎn)的功能有：1)人體信號的檢測，當盜賊入侵時(shí)進(jìn)行聲光報警；2)燈光的控制，其控制方式分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，自動(dòng)控制是根據室內光線(xiàn)的強弱自動(dòng)打開(kāi)／關(guān)閉燈光，手動(dòng)控制是通過(guò)中央控制管理系統實(shí)現燈光控制：3)將報警信息及其他信息發(fā)送至控制中心，并接收來(lái)自控制中心的控制指令以完成設備控制。從監控節點(diǎn)的功能出發(fā)，監控節點(diǎn)組成如圖3所示。

紅外加微波的探測模式是目前在人體信號檢測時(shí)最常用的方式。熱釋電紅外探頭這里選用RE200B，放大器件采用BISS0001。RE200B由3～10 V電壓供電，內置熱釋電雙敏感紅外元件，當元件接收紅外光時(shí)在每個(gè)元件兩極發(fā)生光電效應而積累電荷。BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構成的數?；旌蠈?zhuān)用集成電路。它與RE200B及少量元件就可構成被動(dòng)式熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。微波傳感器選用ANT-G100模塊，中心頻率是10 GHz，建立時(shí)間最大值是