基于ZigBee技术和Android系统的智能家居系统的设计

彭玲 黄松发

摘要：从人们对智能家居的需要出发，在对智能家居控制系统进行深入研究后，该论文提出了基于 Android 和 ZigBee 的智能家居控制系统，硬件部分以ARM和ZigBee为主体构建网络，采用Android来开发客户端APP，用户可以通过手机客户端APP来对家居进行控制。

关键词：ARM  Android  ZigBee  智能家居

1 概述

随着科学技术的迅速发展，生活水平的不断提升，人们越来越注重家居生活的安全与便利，从而推动了智能家居走入了人们的生活。智能家居是以住宅为平台，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、自动控制技术等技术，融合家庭需求，将家中的各种设备（如照明系统、窗帘控制、家电控制等）全部接入到网络当中，对家居状态进行远程的监控和管理，优化人们的生活方式[1]。

2 总体设计

本文结合用户需求，从功耗、经济、操作等方面入手[2]，提出了基于Android和ZigBee的智能家居控制系统，系统总体设计，如图1所示。本系统由ARM家庭网关模块、ZigBee 模块和Android客户端组成。其中ARM家庭网关模块为中心控制单元，通过ZigBee 模块收集各个传感器采集的各项数据，将数据通过网络实时反馈到Android 客户端，同时用户可经过Android 客户端远程控制家电设备。

■

图1  系统总体结构图

3 系统硬件设计

该系统硬件主要分为ARM家庭网关模块、ZigBee 模块。

3.1 ARM家庭网关模块

ARM家庭网关模块作为系统的核心，用来连接ZigBee网络和外部Internet网络。采用Cortex-A8处理器，加上SDRAM、Flash和串口等基本模块，外加Internet模块及ZigBee模块，使网络通信性能更为强大，家庭网关结构如图2所示。一方面负责连接ZigBee网络，并利用ZigBee网络获取各种传感器采集到的数据信息;另一方面将传感器采集到的数据信息，打包成网络数据流，通过外部Internet网络发送至手机端，同时对遇到的紧急情况如煤气泄漏、漏水等，将进行声音报警并发送短信给手机客户端，并执行相应地操作[3]。

■

图2  ARM家庭网关模块结构图

3.2 ZigBee模块

ZigBee模块采用采用TI公司推出的新一代SOC芯片CC2530芯片，该芯片包括了极好性能的一流的RF收发器，工业标准增强型8051MCU，系统中可编程的闪存，8KBRAM等功能[4]。ZigBee 网络由一个协调模块以及多个路由模块和多个终端设备节点模块组成。

ZigBee协调模块是ZigBee网络模块的核心，负责启动整个网络，包括无线传感器网络的建立、连接、退出以及网络地址的分配。协调模块主要涉及网络的启动和配置，一旦这些都完成后，它又成为路由模块，允许其他设备加入网络，扩大信号传输范围的作用。ZigBee设备节点模块主要负责对传感器节点的数据进行采集和处理，并控制各种家电设备。

4 系统软件设计

本系统软件是采用Android开发的APP，包括家居控制、家居检测、音乐系统、生活模式设置等模块。家居控制模块可以对家电设备，如空调、电视等进行控制，还可以进行对灯光、插座、窗帘、遥控等进行控制，界面如图3所示;家居检测模块可以通过各传感器获取到室内与室外的温湿度，光照度，烟雾等数据，界面如图4所示;音乐系统是为家居系统提供背景音乐，无论在哪个房间，哪个位置都能听到优美的音乐;系统支持4种常见生活模式设置，普通模式、会客模式、外出模式、睡眠模式等，通过不同生活模式的简单设置，使系统智能实施场景布置、报警联动等功能。

■

图3  家居控制界面

■

图4  家居监测界面

5 总结

本文将ZigBee无线技术与Android智能操作系统紧密结合，运用到智能家居中，有很高市场应用价值。但是本系统只是依据一个住宅模型进行设计，还没有应用到实际的家庭中，研发技术还有待于进一步的提高，在物联网技术与4G网络技术不断发展的今天，如何将这些技术应用到智能家居控制系统上来，提高系统的高应用性和高可用性，使之能更好地为人们的家居生活提供便利，是需要我们继续深入研究的[5]。

参考文献：

[1]王芳.Android平台和ZigBee 技术在智能家居系统中的应用[J].电子世界，2014.11.

[2]屈伟明.基于物联网的智能家居远程控制系统设计与实现[J].电子技术与软件工程，2014.4.

[3]朱祥贤.基于Android和ZigBee的智能家居系统设计[J].数字技术与应用，2014.9.

[4]陶在红，杨宇，常建华.基于ZigBee的智能家居控制系统设计[J].现代电子技术，2014.12.

[5]姜宇航.基于物联网的智能家居控制系统设计[D].吉林大学，2014.5.