基于物联网ZigBee技术的智能家居监控系统 

2016-11-07孙会民

软件导刊 2016年9期

摘要：智能家居融合了无线传感网络技术、自动控制技术和计算机技术。提出了一种基于物联网ZigBee技术的智能家居监控系统设计方案。该系统以A8 系列处理器 CC2530为核心，采用dht11温湿度传感器进行温湿度采集，烟雾传感器进行烟雾监控，光照传感器进行光照强度监测，协调器中转传送进行数据传输，在移动终端实时显示住宅内环境变化并进行远程控制，实现住宅内电器开关、家庭安防、火灾预警、环境监测等方面的全面智能化控制。

关键词：物联网；ZigBee；无线传感网络；智能家居

DOIDOI：10.11907/rjdk.161600

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）009009702

作者简介作者简介：孙会民（1990-），女，山东菏泽人，山东科技大学信息科学与工程学院硕士研究生，研究方向为计算机软件理论。

0引言

智能家居利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、空调控制、窗帘控制、信息家电、场景联动、环境监测等有机地结合在一起，通过网络综合智能控制和管理，实现以人为本的全新家居生活体验。

本方案用电脑作为客户端，通过无线网络（WiFi、GPRS）对家居系统进行控制，做到方便、快捷、触手可及。

1智能家居监控系统

本系统以CC2530为控制核心，完成信息的采集与电器的控制等操作。终端节点把采集的数据通过无线数据传输方式发给协调器，协调器通过A8网关把打包好的数据发送给服务器供外部调用[13]。平台上配有液晶显示模块，人机交互界面能方便进行相关操作。

数据传输既可以通过Internet网络进行，也可以利用现有的无线通信网络，如WiFi网络[4]。在家庭内网中，只需与一个具有无线接口管理功能的ZigBee模块相连，通过人机交互界面，便可通过PC终端进行设备控制与状态查询。

系统通过上位机与A8网关配合，采集温湿度传感器、光照采集传感器、烟雾采集传感器、红外反射传感器的数据，实现对继电器的控制功能。智能家居监控系统流程如图1所示。

2系统总体设计

系统分为上位机软件控制和下位机ZigBee控制器两大部分。上位机通过人机交互界面发送控制信息并接收下位机ZigBee控制器发送的检测信号；下位机ZigBee控制器根据上位机软件给出的指令发出控制信号，控制相应的家居场设备，同时将检测到的信号发送到上位机图形界面上[5]。

软件部分主要是C#编写的图形界面进行人机交互。上位机通过人机交互界面，将控制信号通过网线或者WiFi把相应的命令或者信号传送到A8网关上，然后通过A8网关发送信息给协调器，协调器把命令传送到各个终端节点上，以此接收数据或者对中断节点进行控制[6]。

2.1系统设计思路及关键技术

智能家居系统上的软件包括PC软件和嵌入式软件。PC软件基于VS2010平台的C#语言编写。硬件程序在Windows下基于IAR集成开发环境的C语言编写[78]。

（1）PC应用软件（智能客户端）。PC机软件通过各个模式的设定实现相应功能。在PC端接受底层硬件传来的数据并显示[910]，同时把显示的数据进行适当处理，使其智能化。如当天气炎热达到预先设定的阈值时，空调会自动打开制冷降温；当处于离家模式时，家里的灯泡、风扇、空调等会自动关闭，以此通过客户端来实现智能化。

（2）嵌入式应用软件。①Main：获取传感器的温湿度值、烟雾值，并作相应处理，同时还监听和处理PC软件发送的请求；②ZigBee：处理Main下的指令。

2.2软件子系统设计

2.2.1PC端软件功能设计

C#客户端通过调用各模块实现各种模式。在Client端有回家模式、离家模式、电视模式、工作模式、会话模式、电影模式、全开模式、省电模式、上网模式以及自定义模式等各种功能，见图2。

（1）登录模块。在登录模块中，需要通过验证用户名和密码才能登录。

（2）注册模块。需要输入用户名和两次密码输入完成注册。

（3）主模块。在主模块下定义了各种模式，以此实现智能化。

（4）回家模式。①回家时，门禁系统会打开，通过继电器开关打开大门；②进入大门时有温馨的智能提示，提示内容用语音播报，如“您有一个未接电话”等；③家里的电器会打开，如：空调、电灯、电视等。

（5）离家模式。①离家模式下，家里的电器会关闭。首先查看电器开关状态，比如灯泡处于打开状态，则通过继电器模拟关闭；②安防系统会打开，比如红外感应打开用来防范小偷、烟雾感应系统和温度感应系统打开以预防火灾；③有紧急情况时，安防系统会自动发送信息到手机，并根据紧急情况等级设定手机接收信息的铃声或响铃时间长短。

（6）电视模式。通过继电器开关电视。

（7）工作模式。在工作模式下，窗帘会关闭，所有背景音乐也会关闭，还会启动部分安防系统。比如有人来了会有提示，此功能通过继电器模拟实现。

（8）会客模式。①在会客模式下会响起背景音乐，调节气氛；②电话或短信会根据内容的紧急情况，以及相同联系人发送短信的数量来确定短信的重要程度，以此选择是否通知；③选择操作继电器模拟实现。

（9）电影模式。①在电影模式下，可以打开想看的电影，还可以选择重复播放，可从列表框中删除影片；②在此模式下通过继电器模拟实现灯泡的关闭，实现智能控制。

（10）全开模式。①在全开模式下，打开所有必要的电器和系统；②此处通过继电器来模拟实现。

（11）省电模式。①在省电模式下，关闭不必要的电器开关；②关闭背景音乐。

（12）上网模式。在上网模式下关闭不必要的流量。

（13）自定义模式1。①在此模式下可以查看用户设定城市3天的天气预报，还可以查询其它城市的天气；②通过天气的温度值给用户提供一些指导信息；③通过继电器的打开与关闭进行模拟。

（14）自定义模式2。此模块为视频监控模块，通过视频监控可以记录下一些视频，比如不在家时的访客，通过调用视频可以知道谁来过[11]。

2.2.2下位机软件功能设计

（1）任务与事件添加。在任务初始化函数中添加任务（OSAL_SampleApp.c中），方式如下：

void osalInitTasks（ void ）

{

……………

ZDApp_Init（ taskID++ ）；

SampleApp_Init（ taskID++ ）；

GenericApp_Init（ taskID++ ）；//添加任务初始化函数

}

任务的处理函数地址：

const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] = {

……………..

ZDApp_event_loop，

SampleApp_ProcessEvent，

GenericApp_ProcessEvent //添加任务处理函数

}；

注：这两个函数的顺序是对应的，还要在SampleApp.c中定义这两个函数。

（2）ZigBee节点程序流程。协调器主要负责建立网络、维护网络。上电初始化完成后，协调器建立一个网络。一旦建立网络成功，协调器的网络地址、簇ID、网络编号以及传输通道等信息就确定了，这时它会进入空闲状态，等待其它节点加入。若接收到节点入网申请，则允许其加入网络并分配网络地址等信息。当加入网络成功后，终端节点将进入应用层处理函数[12]。

3结语

本文将无线传感器网络和嵌入式系统A8相结合，构成一个无线智能家居控制系统。对智能家居内部ZigBee网络、智能家居的上位机进行了分析研究。由于设备节点有限，只采集了温湿度、光照、烟雾等节点数据。

参考文献：

[1]孙正凤，井娥林，窦如凤.基于改进ZigBee路由算法的智能家居控制系统[J].电子器件，2016（1）：199204.

[2]林婷婷，陈华.基于Cubieboard和ZigBee的智能家居系统设计[J].计算机应用与软件，2016（2）：6972.

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[4]乔季军，王德宇，李玉琳，等.融合ZigBee与WiFi无线技术智能家居系统的设计[J].自动化仪表，2015（12）：4855.

[5]刘洪栋，刘军发，陈援非.面向智能家居的个性化需求挖掘与应用[J].小型微型计算机系统，2015（12）：27942797.

[6]贾阳静，邹念育，雷冬鸣，等.基于Android和WIFI通信的智能家居系统设计[J].大连工业大学学报，2016（1）：6771.

[7]武一，张圣鹏，丁涵.基于Android和云平台的智能家居系统设计与实现[J].电视技术，2015（22）：2730.

[8]莫太平，胡俊波，赵佩斯.基于Android的智能家居系统的设计与实现[J].自动化与仪表，2015（1）：3336.

[9]王一棋，何丽莉，胡成全，等.基于ZigBee和Internet的无线智能家居网关系统[J].吉林大学学报：理学版，2015（2）：302306.