智能家居設計

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智能家居設計范文第1篇

關鍵詞 智能家居 ZigBee 家庭網關 CC2430 遠程控制

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A

1智能家居的國內外現狀及發展趨勢

隨著社會的快速發展，越來越多的智能化、人性化、自動化的科技產品服務于人們的生活，智能家居已經走進了我們生活。美國在這方面處于國際領先地位，如微軟開發的“夢幻之家”等智能系統。

2000年以來我國開始意識到智能小區建設的重要性，逐漸步入智能家居領域，涉及燈光窗簾控制、室內多媒體娛樂、設備安防報警、家居環境監測等方面。但是智能家居設備產品多為有線組網，它的布線設計、連接串口和擴展性能等諸多方面存在很多問題，而無線通信靈活性、使用方便特性和無需布線等，因此很受市場青睞，這表明了無線通信技術是智能家居發展的最終趨勢。

2 ZigBee協議體系結構

ZigBee協議的體系結構包括4層，即物理層、MAC層、網絡層、應用層。物理層主要功能：負責ZigBee無線發射機的激活、關閉；檢測當前信道的能量；接收鏈路服務質量信息指示（LQI）等。

MAC層包括數據服務和管理服務。數據服務：保證MAC協議數據單元在物理層數據服務中正確收發。MAC層管理服務：維護存儲MAC子層協議狀態相關信息的數據庫。

網絡層是ZigBee協議體系核心部分，其主要功能：組建網絡路由、實現路由查找及傳送數據，接收、拋棄其它的節點等。

ZigBee應用層包含ZigBee設備對象（ADO）、應用支持子層（APS）和技術相關設備制造商定義的應用對象。應用支持層APS用于維持綁定表，根據需求，在綁定的設備之間實現信息互傳。

3 智能家居設計系統硬件構成

3.1 系統硬件總體設計思路

本設計智能家居硬件部分主要包括五個部分系統模塊：S3C2440主控制器模塊、無線射頻收發模塊、溫濕度采集模塊、門窗安防模塊和GPRS模塊。用戶可通過GPRS模塊上的RS232接口與控制終端連接使用，監控家庭中的各種設備工作。

3.2 智能家居系統硬件服務器

3.2.1 家庭網關

家庭網關是該家庭網絡系統的核心設備，其主要功能：連接家居無線網絡與外部公共網絡連接口，實現兩個網絡數據信息的交互功能。本設計采用32位ARM處理器S3C2440，其具有2個通道SPI，3個通道UART，4個通道DMA控制器，LCD控制器，還具有MMU虛擬存儲器單元等，可用于支持多種主流式嵌入系統[4]。

3.2.2 無線通信收發模塊

本設計采用系統芯片CC2430的COMS解決方案，ZigBee無線射頻收發器集成在CC2430上。ZigBee無線射頻前端CC2430模塊，是一款低功耗、低成本、高性價比的射頻模塊，還可滿足ZigBee技術的2.4GHz ISM 波段的應用。

3.2.3 溫濕度傳感器節點

本設計采用SHT10溫濕度傳感器構建ZigBee傳輸溫濕度檢測節點。SHT10是一種數字式集成溫濕度傳感器，具有抗干擾能力強，成本低，體積小，適合家居室內溫濕度采集。

4智能家居網絡軟件設計

4.1 ZigBee協調器與網關模塊軟件設計

本系統的ZigBee協調器主要用于建立無線網絡，分配監控ZigBee節點的網絡地址，向監控節點發送控制命令和接收來自監控節點的環境信息和安防信息，并將接收到的數據全部上傳至ARM9微處理器S3C2440，最后通過移動網絡以短信的方式傳送到遠端的用戶端。

4.2 ZigBee終端節點程序

ZigBee終端節點是指ZigBee協調器控制的無線ZigBee節點，首先ZigBee終端節點的初始化，接著嘗試加入ZigBee網絡。加入網絡成功后，ZigBee終端節點將其注冊信息發送至ZigBee協調器，ZigBee協調器完成對ZigBee終端節點的注冊。ZigBee終端節點每隔一定時間采集一次環境信息，并將該數據信息上傳至ZigBee協調器。如果安防信息檢測模塊檢測到有可燃氣體泄漏或盜賊入侵，ZigBee終端節點則直接進入中斷處理流程，將警報信息上傳至智能家居控制器，實現告知用戶并啟動聲光報警裝置。

5 總結

本設計是采用將ZigBee技術與嵌入式ARM技術結合起來，通過在家居環境下模擬測試，進行有效地網絡信息數據交互通信，本設計系統主要特點有：

（1）采用無線網絡設計，結合嵌入式開發Web服務器的引用，使得用戶使用起來更加方便，更加人性化。

（2）功能強大，系統可外擴其他功能，可由用戶的家居環境的網關IP地址、家電數目、家電具體情況來具體定制。

（3）用戶可把家中多臺家電都連入到網絡中，接受家庭網關的檢測和監控。同時，控制終端設備也可在擴展，可把家中PC機、多臺移動手機、平板電腦等設備設置接入網絡中。

參考文獻

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[2] Murphy，S.甜蜜的智能家居[J].電了技術應用，2012（03）：9-10.

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[6] 孫戈，盧建軍，高理.基于S3C2440的嵌入式Linux開發實例[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010（5）.

智能家居設計范文第2篇

0 引言

上個世紀微軟公司提出了“Venus plans”從而引發中國智能家居概念。目前，在物聯網的全面發展新時期，智能家居行業具有巨大開發潛力。[1]在高等職業學校中主導實驗平臺依舊是8位內核的51類單片機。8位單片機以其結構簡單，易于理解和操作的特點深入人心。STM32具有運算速度非?？?，FLASH、RAM容量大，能操作SD卡等很多優勢。在此，選取具有巨大開發潛力智能家居行業，通過利用STM32位單片機配合編制的相關程序，實現智能家居的基本功能，從而實現一個低端實用的智能家居系統，在整個搭建過程中講授STM32的相關知識點，從而嘗試探索新的職教課改之路。

1 設計思路

系統設計目標和原則：本課題的設計目的是實現一個簡單的智能家居系統，能夠在普通家庭中得到應用，因此在設計的時候遵循以下原則：①簡單實用；②價格低廉；③穩定耐用；④可擴展性。文章所設計的智能家居系統由單片機和各種外設組成。單片機作為核心的處理芯片，通過其內部的豐富的接口，連接外圍設備，外圍器件通過輸入信號或輸出信號與實際的控制物品相連。其架構如圖1所示。

從控制的方式上來看，系統框架分為本地控制單元和遠程控制單元。本地控制單元的設計思路是通過接入觸摸屏，由觸摸屏上的人機交互界面實現；遠程控制單元的設計思路可以通過架設Web服務器，遠程網絡登錄網頁，來控制系統接入的外設，也可以通過GSM模塊，由移動終端通過短信的方式來控制。從功能上大致分為報警傳感器（溫度，濕度，火警，煤氣）、家電控制、開關控制，燈光控制，家庭安全監控。

2 無線照明控制模塊設計示例

無線照明在教學中是一個入門的很好經典實例，雖然還沒有用到協議棧，但它具有數據發送、接收和用協議棧，而且代碼容易學習，如果把這個模塊掌握了，到后面的協議棧就比較方便學習。在此需要掌握ZigBee有關內容，ZigBee節點所屬類別主要分三種，分別是協調器、路由器、終端。同一網絡中至少需要一個協調器，也只能有1個協調器，負責各個節點16位地址分配（自動分配）。理論上可以連上65536個節點，組網方式千變萬化。BasicRF軟件文件中主要內容有三部分，如圖2所示。

講授思路簡要敘述如下：

2.1 工程文件介紹

docs文件夾：主要內容是介紹BasicRF的特點、結構及使用，閱讀這個文檔就可以做Basic RF里面的實驗了。

Ide 文件夾：打開文件夾后會有三個文件夾，及一個cc2530_sw_1.eww工程，其中這個工程是三個實驗例程工程的集合，期中包含無線點燈的實驗工程。在IAR軟件環境中打開，在workspace看到Ide＼Settings文件夾：是在每個基礎實驗的文件夾里面都會有的，它主要保存有學生自己的IAR環境里面的設置。

2.2 啟動

①確保外圍器件沒有問題。②創建一個basicRfCfg_t的數據結構，并初始化其中的成員。③調用basicRfInit（）函數進行協議的初始化，在basic_rf.c代碼中可以找到uint8 basicRfInit（basicRfCfg_t* pRfConfig）。

函數功能：對Basic RF的數據結構初始化，設置模塊的傳輸通道，短地址，PAD ID。

2.3 發送

①創建一個buffer，把Payload放入其中。②調用basicRfSendPacket（）函數發送，并查看其返回值。pPayload指向發送緩沖區的指針length發送數據長度函數功能：給目的短地址發送指定長度的數據，發送成功剛返回SUCCESS，失敗則返回FAILED。

2.4 接收

2.5 light_switch.c 部分代碼及解釋

智能家居設計范文第3篇

[關鍵詞]無線數據傳輸芯片；設計探討；接口

中圖分類號：TP203 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0216-01

引言

智能家居系統是以住宅為平臺，通過計算機網絡把安防系統、家電、娛樂設施及照明設備實現現場或者遠程控制等現代智能化家居環境。針對現代家居中譬如家用電器種類繁多，操作繁瑣以及難以科學管理等問題，本文結合無線電通信技術和計算機控制等技術，探討一種無線智能家居控制系統的設計，使該系統實現對家用電器協調統一地控制。

一、概述

現代科技迅猛發展，隨之而來的智能家居日漸強勢，以其新穎優異的特性為當今社會的人們的家庭起居帶來了極大的方便和全新的理念，它注定代表著一種引領未來的趨勢。設計者開發的家庭總線技術將把家用電器、通訊設備以及家庭保安裝備等多種和信息相關聯的智能家居連接到一個智能系統上，然后對其采取集中的或多分散地監控與家務性質的管理，同時還要保證這些智能的家庭設施跟現實中的居住環境相協調。其實，這些功能的實現主要依賴于智能家居控制系統中的家庭網絡控制器，家庭總線系統屬于這種家庭網絡控制器，并通過它來為使用者提供各種優質服務，同時居住地之外的外部環境也與之相通連。換言之，智能住宅的核心就是智能家居系統，因此，智能家居系統在智能家庭中處于異常重要的地位。

有線方式和無線方式是智能家居系統控制的兩種解決方法。因為大多智能家居系統在工程布線方面十分麻煩，因此很多智能家居公司就著眼于解決這個問題來研發新的系統。伴隨著它的問題是較差的保密性、接入設備甚為昂貴、很難滿足音頻與視頻信號的傳輸等，雖然這些難題直到目前還沒有得到真正的、完美的解決，但是它終將伴隨著4G網絡技術的逐漸成熟而得到更好的改善和應用。即便價格稍微高一些，無線方式確實能很好地解決布線工程繁瑣的問題，并且隨著網絡技術的進步必能滿足音頻信號與視頻信號的基本傳輸。接下來將以2.4G射頻技術作為基礎，介紹一種性價比較高的、性能相對完善的智能家居控制系統。

二、設計方案探討

2.1 系統總體結構及工作原理

智能家居系統包含各家電設備和接口設備、主機和從機，主機和從機都具有一個無線收發芯片，主從機間通過收發無線數據來構建一種范圍較小的的無線智能網絡。網絡協議、系統軟件和系統硬件是無線智能家居控制系統總體設計的三個主要組成部分。

設計電路時的原則是要采用通用性、模塊化設備，關于網絡協議時參考OSI模型，同時結合nRF24L01芯片的特質。用一個系統主機來構建，本系統是以單片機為核心的，中心處理單元（CPU）的作用是處理系統的信號，選用集中控制技術作為控制方式，系統設備需要進行硬件功能的劃分，各硬件模塊都具有雙向交互通信的能力、互換性和互相操作性，統一設計、統一接口，它們的控制部件都可以進行編程，從而保證了模塊的實用性和通用性，有利于系統安全穩定。

nRF24L01（一種新型單片射頻收發器件），提供物理層數據服務和物理層管理服務，定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口。nRF24L01是一種2.4GHz單片射頻收發芯片，包含頻率調制器、合成器、晶體振蕩器等功能，采用FSK調制，可實現點對點或是1對6無線通信。程序可以配置nRF24L01的輸出功率和通信頻道，有125個可選工作頻道，可用于跳頻，頻道切換時間短，通過跳頻可以減少干擾。對nRF24L01進行信道參數配置是通過MCU通過串口實現的，由nRF24L01來實施配置任務，然后發送大量數據包的指令由主機完成，最后從機接收數據信息，整個過程從機和主機是借用空中接口來發送與接收數據信息包的，執行MCU的指示任務，故才能完美地控制家電。圖l為系統總體框圖：

2.2 串口通信單元設計

STC12C5A60S2增強型51芯片有一組串行口接口，3根通信線連接便能實現較普通的串行通信，發送是TXD串行數據，接收是RXD串行數據，還有GND信號地線。

2.3 硬件電路設計

在2.4G網絡中控制中心節點如同協調器節點，擁有節點的管理，2.4G網絡的建立等任務的功能。在本系統中，控制中心節點對接受的數據進行處理，并通過RS-232串口與PC機連接通信以及通過，以及鍵盤輸入和液晶顯示。

2.4 無線收發模塊

結合硬件設計要求的多種因素，在智能家居設計中，采用的射頻片nRF2401是工作在2.4GHz頻段的。

把功率放大器，頻率合成器，調制器以及晶體振蕩器這些功能模塊放置在芯片內，使射頻片nRF2401在2.4～2.5GHzISM頻段內工作，通過程序配置通信頻道和輸出功率。工作電流在接收時才18mA，在以-5dBm的功率發射時也僅為10.5mA，芯片的能量損耗不高，多種低功率工作模式很大程度上方便了節能方面的設計。nRF2401可以在使用同一天線的情況下，能夠兩個不同頻道的數據都能被同時接收，這是因為DuoCeiverTM技術使它具有了這樣的優點。

2.5 傳感器電路設計

時鐘模塊、電源模塊、傳感器模塊、無線模塊構成了主要的傳感器節點硬件。各個傳感器節點所發送過來的信息是由控制中心節點通過nRF24L01無線模塊接收的，并通過串口模塊，把信息發送到上位機，使用的人直接從上位機的軟件界面上獲取所有數據。

三、結語

本文總體設計了一種無線智能家居控制系統，系統節點控制器選用硬件電路中簡單的增強型STC芯片，系統的安全性以及效率得到有效提高，數據傳輸是靠無線網路芯片nRF24L01來完成的。這個系統成本較低，使用方便，功耗超低，有良好的拓展性而且使用效率高、穩定可靠，集便于攜帶、更加開放、便于協作、交互性強等優秀特點于一身。

參考文獻

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智能家居設計范文第4篇

【關鍵詞】物聯網 智能家居 設計與實現法

智能家居就是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。智能家居系統可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。筆者所在的課題組利用當前智能家居技術的新理念與技術，開發技術先進、性能卓越、實用性強的物聯網智能家居實現系統，并指導學生掌握其管理與維護技術。

1 物聯網智能家居實訓系統組成和內涵

物聯網智能家居實訓系統由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監測、環境監測、智能窗簾等子系統，及物聯網應用上位機管理軟件組成，各子系統通過連接電纜進線連接，采用 ZigBee、wifi、3G 多種網絡技術傳輸傳感及控制信息。系統支持智能家居設計、安裝、調試以及應用編程等多種方式來鍛煉師生的技術水平，是一套既能展示物聯網智能家居應用，又能掌握相應技能和知識的實訓系統。

本開發平臺實現對物聯網三層（感知層，網絡層，應用層）的全方位技術運用，比較全面的兼顧了物聯網所涉及的各類技術，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統、Wifi、Internet 端應用軟件開發教學，設計提供了智能家居多個子系統的應用實訓，該系統所涉及到的技術主要包括：電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網絡、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務端軟件開發。

開發平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內核的網關硬件和自主研發的網關核心軟件，不僅能完成多種無線網絡管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網絡路徑，將數據傳輸到上位機管理平臺，并存入數據庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術仿真智能家居場景及設備解決場地及設備制約因素。

2 系統功能

針對職院學生，主要鍛煉的是學生的動手能力和實際操作的技能。學生可以根據自己的設計想法改變模擬房間內環境，也可以通過一體式計算機通過因特網訪問房間內自動化服務器，對智能設備、視頻監控等遠程控制、訪問。該裝置能進行智能家居系統設計、線路的設計與連接、調試、故障排除、系統配置等實驗和實訓。

在打分環節考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系統中，特別設計了自動評分功能，對各個系統網絡連通性、電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓成績提供客觀的依據。

2.1 智能照明

包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調光模塊、通信模塊、燈具，通過和網關通信，支持本地控制和管理軟件遠程控制，本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯動，實現自動化。

2.2 智能安防

包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監測，針對突發事件做出緊急處理，與 GSM/GPRS 短息貓聯動，當發現有異常時攝像機自動截取畫面并發送消息至指定手機或報警。

2.3 人臉識別門禁

人臉識別門禁系統由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成（聯網時外加電腦和網絡通訊設備），使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近（30-80 厘米）晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結果發送到門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性，決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內均可實現門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內外，而不影響其工作。

人臉作為每個人身體的一部分、不能復制、安全可靠。并通過網絡與電腦進行實時監控（可由電腦發指令開/關所有門，并可實時查看所有門的狀態）、數據處理、查詢、報表輸出等。

2.4 智能音響

包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。

2.5 智能冰箱

包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術實現食物管理功能，通過 PC管理平臺訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內的食物信息，食品提醒設置，一旦冰箱內食物短缺或過期，就會發送短息到指定手機。

2.6 能耗監測

包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統計模塊。通過智能插座實現所有電器通過數據采集終端，無線網絡，實現無線抄表、管理功能。可以定制統計分析功能，并通過監控系統控制臺、智能手機實現可視化查看和管理，體現綠色節能理念。

2.7 環境監測

本系統包括環境監測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現溫度、濕度、光敏等監測，針對環境參數設備智能開啟相關設備自動調節環境溫濕度或與其他系統進行聯動，對突發事件做出緊急處理。

2.8 智能窗簾

本系統包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾，通過和網關通信，支持本地和管理軟件遠程控制， 本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯動，實現自動化。

2.9 上位機管理軟件

系統包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環境監測、實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統的一個綜合性、集中管理平臺。內容包括：系統的實時狀態查看、遠程控制、數據存儲、統計分析、參數設置、預警。如圖1所示。

3 系統特色

真實的家居環境需要投入大量的人力物力，從實訓的角度來說，需要耗費大量的時間和經歷建造樣板房，投入巨大。因此，設計采用模擬家居環境的智能家居系統，將涉及到的應用及控制模塊和設備安裝部署在可收縮的網孔板機柜上，減少對空間的占用，并可應用于以后的實訓教學中。

智能家居實訓系統安裝在一個網孔板機柜上，可以收攏展開，展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m（長*寬*高），收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m（長*寬*高），實訓設備可以自由安裝，具有很大的靈活性。

各系統的控制模塊均安裝在 86 盒內，可靈活部署在網孔板的任意位置，方便師生根據自己的設計完成施工。

4 總結

本文介紹了一個物聯網智能家居實訓系統的設計與實現，系統中模擬了智能家居中的部分場景，并在實驗室環境中做了大量的模擬測試，程序運行良好?？傊M行基于 ZigBee 技術的物聯網智能家居系統的設計分析，有利于提升基于物聯網智能家居系統設計水平，促進在實際中的推廣應用，具有積極作用和價值意義。

參考文獻

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[3]陳龍濤，羅桂娥，周衛等.基于ZigBee 技術智能家居系統的研究與設計[J].微型機與應用，2010.29（20）：100-102.

作者簡介

江進（1981-），男，江蘇省句容市人。碩士學位。現為江蘇農林職業技術學院信息工程系教師。研究方向為計算機技術。

智能家居設計范文第5篇

【關鍵詞】Zigbee；智能家居傳感器網絡

1.系統的總體結構設計

本智能家居系統主要由三部分構成：Zigbee無線家庭內網、嵌入式智能網關和外網。整個家庭無線網絡就是一個由若干個Zigbee終端節點和協調節點組成的無線局域網。根據應用功能不同，Zigbee節點可分為三類：安防節點、控制節點、采集節點。家庭智能網關接收用戶從遠程通過GSM或Internet網絡發來的查詢或控制信息，經過處理將其轉發給Zigbee協調器，協調器根據信息中地址信息把指令信息轉發給Zigbee終端節點，實現對家庭內的電氣設備或傳感器信息的監測和控制。當然，智能家居控制器可根據傳感器采集到的環境信息，對家中的電器和照明裝置進行智能化的控制。通過智能網關的語音識別模塊，用戶也可在本地對電氣設備進行語音開關控制。圖1.1為智能家居系統的架構圖。本文重點對基于Zigbee的無線家庭網絡部分做出深入的研究及設計實現。

2.系統硬件設計

本無線家庭網絡采用星型組網結構，由協調節點和終端節點組成。

2.1 終端節點硬件設計

根據應用和功能的不同，終端節點可分為采集節點、安防節點和控制節點[1]。采集節點主要用來檢測家庭環境數據以及發送RF數據，它不接收協調節點發送的控制命令，但接收查詢命令。例如溫濕度檢測、光照檢測、煙霧檢測等。安防節點主要對家庭中具有安全隱患的數據進行采集，例如紅外線入侵檢測等，該節點不接收協調節點發送的控制/查詢指令，以門限觸發的方式發送報警信息?？刂乒濣c主要通過Zigbee網絡實現家電的控制，主要是接收協調節點的控制命令，返回查詢命令的反饋值以及執行控制命令的狀態值。主要包括：窗簾控制、照明燈控制以及萬能遙控器控制等。

系統采用模塊化的結構設計，每個Zigbee終端節點均包括Zigbee模塊和控制接口部分。Zigbee模塊主要負責Zigbee信號的無線收發，實現基于Zigbee網絡與Zigbee協調器的數據通信。不同類型終端節點的Zigbee模塊電路相同，而不同類型終端節點的接口電路卻略有區別。模塊通過引出通用接口，來支持智能終端功能的設計。通用接口主要包括JP1、JP2、JP3、JP4四個通用接口，其中的JP1、JP2口連接CC2430芯片，而JP3、JP4口連接傳感器以及家電設備，因此需要設計JP3、JP4與家電設備之間的信息傳輸硬件電路。

（1）安防節點部分接口電路設計

當有人在防區內走動時，就會造成紅外熱輻射能量的變化。PIR傳感器將感應活動人體與背景物體之間輻射能量變化并轉換其為電信號。由外殼和菲涅耳透鏡、PIR紅外傳感器、專用IC（WT8072）等電路組成熱釋電紅外線感應器。原理圖如下所示：當有人非法入侵時，WT8702的10腳（TRLAC）輸出高電平，此電平信號接到JP3的P0.1腳。電路如圖2.1所示。

（2）控制節點部分接口電路設計

為實現電動窗簾控制功能，系統選擇L6203作為電機的功率驅動芯片，其中的IN1、IN2、ENABLE口與JP3的P0.0、P0.1、P0.4口連接，并選擇B1電機作為控制節點的執行器，執行接收到的控制命令。電路圖如圖2.2所示。

（3）采集節點部分接口電路設計

與控制節點不同的是，傳感器節點不需要添加中間電路，只需要將其I/O口與JP3連接即可，設計中采用SS-168型聯網型煙霧報警器，煙霧傳感器節點電路如圖2.4所示。

2.2 協調節點設計

本設計針對智能家居系統硬件應該具有易開發、低功耗、低成本的特點，協調節點和終端節點均采用CC2430射頻芯片作為Zigbee芯片，CC2430是無線SOC（System On Chip）設計，系統所需的一般電路都已集成在芯片內部，只需簡單電路就能實現信號收發功能[2]。

協調節點是智能家居無線家庭網絡的核心，負責建立和維護網絡，并通過串口向智能網關發送終端節點上傳來的數據信息，同時將控制中心傳達的命令發送到相應的終端節點，具體結構如圖2.5所示。與終端節點的不同之處在于協調節點不包含家電控制模塊和信號采集模塊。協調器節點在硬件平臺上擴展了RS232串口，用于和家庭智能網關相連。

3.系統軟件設計

3.1 Zigbee家庭網絡配置

協調節點和終端節點通信的前提條件就是協調節點在空閑信道建立新的網絡。因此在協調節點中需寫入基于zigbee協議的無線網絡配置程序。協調節點網絡建立和配置過程如圖3.1所示。節點上電后進行系統初始化，協調節點通過掃描空閑信道嘗試建立一個新的網絡。射頻單元從當前頻帶的第一個信道開始檢查該信道是否為空閑信道，若有另一個Zigbee網絡處于該信道，協調節點將收到其反饋數據，并認為此信道已被占用，然后它會切換到下一個信道并重復該過程直到沒有接收到任何反饋數據為止。一旦找到某個信道為空，它開始監聽該信道并建立了網絡。協調節點完成建網后，便開始監聽網絡請求并隨時響應終端節點的入網請求[3]。

當收到終端節點的入網請求信號時，則發送信號來響應該節點的入網請求，同時更新地址鄰接表。

3.2 終端節點入網設計

終端節點在程序下載時，就已經確定其網絡組號以及節點序列號。因此，終端節點上電系統初始化之后，它會根據其網絡組號需找該網絡組所在的信道，一旦確定網絡組所存在的信道后，發送入網請求并等待協調節點的入網響應信號，若在等待時間段內沒有收到協調節點的入網響應信號，該節點將會重復上述入網過程，一直到接收到協調節點的入網響應信號為止。由于協調節點在接收終端節點入網時，會更新地址鄰接表，因此，終端節點發送的入網請求的數據幀應該包含其網絡組號以及序列號[4]。終端節點入網流程如圖3.2所示。

3.3 終端節點軟件流程設計

可以把家庭網絡中的所有終端節點功能分為網絡通信功能和設備操作功能兩部分。協調節點的主要功能是網絡通信和路由，相對于協調節點，終端節點的網絡通信功能更簡單。本系統中，采集節點需定時采集家庭環境數據并發送到協調節點，且同時它要監測網絡中有沒有發給它的查詢信息，并接收處理。采集節點工作流程圖如圖3.3所示。

控制節點需接收控制命令來控制家電設備的工作狀態，它的主要通信功能是RF消息接收功能。要使終端節點能夠完成其功能，就必須在網絡通信功能與設備操作功能之間建立連接，即需要在應用程序和網絡通信功能之間建立接口。在程序中，通過定義相關的應用協議來實現。而安防節點，其設備操作相對簡單，只需定時采集家庭環境中的安防數據即可?？刂乒濣c接收到不同的代碼代表對該電氣設備的不同操作，并將這些操作轉換成電氣設備能識別的命令，通過中間電路發送到家電設備。安防節點和控制節點工作流程圖如圖3.4所示。

4.結語

針對當前智能家居系統建設對于用戶側通信的需求，本文提出了基于ZigBee技術的家庭無線內網組網方案，該方案可使智能家居系統獲得可靠的本地通信，對于智能家居系統的建設與發展具有重要意義。

參考文獻

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