基于GPRS與ZigBee的智能家居設計
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基于GPRS和ZigBee技術(shù)的智能家居解決方案采用以單戶(hù)家庭為單元的通信控制模式，在每一個(gè)家庭中都安裝一個(gè)主控中心(負責用戶(hù)控制信號及家電反饋信息的接收和轉發(fā))，及若干個(gè)與家電設備相連的分控終端(控制該家庭的所有電器)。主控和分控裝置由家庭總線(xiàn)相連，家庭總線(xiàn)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信方式。此裝置便于家庭獨自管理，安全性、可靠性高。
1 概述
1．1 無(wú)線(xiàn)數傳模塊MC35i
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。
1．2 IP_Linkl270模塊
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)界認為是最有可能應用在工控場(chǎng)合的無(wú)線(xiàn)方式。Helicomm公司推出的IP_Linkl270是ZigBee的開(kāi)發(fā)工具和產(chǎn)品，包含符合802．15．4標準的2．4 GHz射頻組件、低功耗的8位微控制器、ZigBee網(wǎng)絡(luò )軟件和全波長(cháng)天線(xiàn)，每次接力通信都能在75 m范圍內提供250kbps的速率；支持最新的RS232 mesh透明串行模式，能在網(wǎng)狀或多次跳接(multihop／無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )內支持串行數據路由，速率最高可達38．4 kbps。IP_Linkl270是完全符合IEEE802．1 5．4標準與ZigBee規范的2．4 GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，射頻部分使用Freescale的MCl3191／13192／13193芯片，MCU使用的是Freescale公司的MC9S08GT60芯片。
2 系統結構和工作原理
2．1 系統結構和功能
系統通過(guò)GSM手機發(fā)送短信命令來(lái)讀取三表的數據，并對室內電燈進(jìn)行控制。分控中心可以檢測外中斷，當有外中斷產(chǎn)生時(shí)，分控中心的蜂鳴器發(fā)出響聲，這時(shí)分控中心會(huì )主動(dòng)向用戶(hù)發(fā)送短信來(lái)提示用戶(hù)室內有異常。
系統由主控中心與分控終端兩部分組成，如圖1所示。主控中心主要由GPRS模塊通過(guò)USB與PC機連接，ZigBee模塊IP_Linkl270通過(guò)串口與PC機連接。GPRS通信模塊采用西門(mén)子公司的MC35i，負責收發(fā)短信的命令；ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊采用赫立訊公司的TP_Link1270，負責控制分控中心的設備，來(lái)讀取三表的數值與控制室內燈的開(kāi)關(guān)。
分控終端主要由赫立訊公司的IP_Linkl270、新茂公司的SM5964A單片機、天馬的128×64點(diǎn)陣的LCD液晶顯示模塊組成。LCD用于數字的電表、水表、氣表值的顯示；單片機上的鍵盤(pán)可以改變三表的值，通過(guò)單片機上的串口來(lái)控制IP_Linkl270數據的收發(fā)，把三表值和室內燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)返回到主控中心。
系統的主要控制流程如下：
①由用戶(hù)手機發(fā)命令給MC35i模塊，MC35i收到命令后，解釋該命令。解釋完命令后發(fā)給主控中心的IP_Linkl270，由該模塊把命令發(fā)給相應的分控終端設備，分控終端設備收到命令后作出相應的動(dòng)作。
②分控終端收到命令后，一是作出相應的動(dòng)作后向上層作出應答，二是把上層需要的數據通過(guò)IP_Linkl270傳給主控中心。主控中心把收到的分控終端信息，通過(guò)MC35i以短信形式發(fā)送到用戶(hù)手機上。
該系統主要實(shí)現的功能如下：
①通過(guò)GPRS模塊收發(fā)短信，控制室內的三表和電燈開(kāi)關(guān)。如果有盜竊，則可以報警并以短信的形式報告給房主。
②通過(guò)發(fā)送wat、gas、ele(水，氣，電)3條短信給主控中心，主控中心把這3個(gè)命令通過(guò)主控制中心的IP_Link1270發(fā)送給分控中心的IP_Linkl270。分控中心收到該命令后，把當前的三表的值，通過(guò)分控中心的IP_Linkl270發(fā)送給主控中心，主控中心把收到的三表的值打包并通過(guò)短信的形式發(fā)給主機。
③通過(guò)發(fā)送L11、L2l、L31打開(kāi)室內不同的三盞燈。
④通過(guò)發(fā)送L10、L20、L30關(guān)閉室內不同的三盞燈。
⑤通過(guò)發(fā)送L1?、L2?、L3?來(lái)查詢(xún)這三盞燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
當有人入室盜竊時(shí)，報警器就會(huì )報警，通過(guò)單片機的外中斷，把報警信息主動(dòng)發(fā)送給房主。
2.2 硬件設計原理
主控中心、分控中心硬件設計原理分別如圖2和圖3所示。
MC35i有40個(gè)引腳，其中RXD、TXD必須與ZigBee的RX、TX平行相連進(jìn)行數據的收發(fā)，CCIN(24)、CCRST(25)、CCIO(26)、CCCLK(27)、CCVCC(28)引腳分別與SIM卡的8、2、7、3和1相連．分別表示SIM卡是否置入、SIM卡復位、SIM卡數據、SIM卡時(shí)鐘、SIM卡電源。
分控中心SM5964A的第1l、lO腳TXD、RXD與ZigBee的第5、4腳TX、RX連接進(jìn)行數據通信，第P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17引腳與鍵盤(pán)連接，通過(guò)程序控制鍵盤(pán)的操作。
2．3 MC35i與IP_Linkl270的軟件調試設計
2.3.1 MC35i軟件調試設計
在熟悉AT指令集的基礎上，實(shí)現對MC35i與PC機之間通信的調試、電路的調試、短信的收發(fā)和查看MC35i發(fā)送與接收數據的格式。這里的上位機程序是用VB編寫(xiě)的串口收發(fā)程序。
VB語(yǔ)言中MSComm控件是一個(gè)串口通信的專(zhuān)用控件。下面是上位機串日程序的主要代碼——響應的Oncomm事件(這里是以二進(jìn)制數接收的)：
2.3.2 IP_Linkl270的通信
下位機主要負責對主控中心的IP_Linkl270發(fā)過(guò)來(lái)的數據進(jìn)行解碼，解碼后再對用戶(hù)所有的數據或要執行的指令進(jìn)行處理；或者當單片機產(chǎn)生中斷時(shí)，主動(dòng)地向用戶(hù)發(fā)送信息。
下位機的主要功能是通過(guò)串口采用AT指令集對IP_Linkl270發(fā)送的數據進(jìn)行收發(fā)，并對收到的數據進(jìn)行解碼。分控中心的IP_Linkl270處理數據流程如圖4所示。
下面是判斷是否要讀取水表的數據，打包水表值，并發(fā)送的程序：
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