摘要:智能家居融合了無線傳感網(wǎng)絡技術、自動控制技術和計算機技術。提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。該系統(tǒng)以A8 系列處理器 CC2530為核心,采用dht11溫濕度傳感器進行溫濕度采集,煙霧傳感器進行煙霧監(jiān)控,光照傳感器進行光照強度監(jiān)測,協(xié)調(diào)器中轉(zhuǎn)傳送進行數(shù)據(jù)傳輸,在移動終端實時顯示住宅內(nèi)環(huán)境變化并進行遠程控制,實現(xiàn)住宅內(nèi)電器開關、家庭安防、火災預警、環(huán)境監(jiān)測等方面的全面智能化控制。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);ZigBee;無線傳感網(wǎng)絡;智能家居
DOIDOI:10.11907/rjdk.161600
中圖分類號:TP319
文獻標識碼:A文章編號文章編號:16727800(2016)009009702
作者簡介作者簡介:孫會民(1990-),女,山東菏澤人,山東科技大學信息科學與工程學院碩士研究生,研究方向為計算機軟件理論。
0引言
智能家居利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、綜合布線技術,融合個性需求,將與家居生活有關的各個子系統(tǒng)如安防、燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制、信息家電、場景聯(lián)動、環(huán)境監(jiān)測等有機地結合在一起,通過網(wǎng)絡綜合智能控制和管理,實現(xiàn)以人為本的全新家居生活體驗。
本方案用電腦作為客戶端,通過無線網(wǎng)絡 (WiFi、GPRS) 對家居系統(tǒng)進行控制,做到方便、快捷、觸手可及。
1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)
本系統(tǒng)以CC2530為控制核心,完成信息的采集與電器的控制等操作。終端節(jié)點把采集的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器通過A8網(wǎng)關把打包好的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器供外部調(diào)用[13]。平臺上配有液晶顯示模塊,人機交互界面能方便進行相關操作。
數(shù)據(jù)傳輸既可以通過Internet網(wǎng)絡進行,也可以利用現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡,如WiFi網(wǎng)絡[4]。在家庭內(nèi)網(wǎng)中,只需與一個具有無線接口管理功能的ZigBee模塊相連,通過人機交互界面,便可通過PC終端進行設備控制與狀態(tài)查詢。
系統(tǒng)通過上位機與A8網(wǎng)關配合,采集溫濕度傳感器、光照采集傳感器、煙霧采集傳感器、紅外反射傳感器的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對繼電器的控制功能。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)流程如圖1所示。
2系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)分為上位機軟件控制和下位機ZigBee控制器兩大部分。上位機通過人機交互界面發(fā)送控制信息并接收下位機ZigBee控制器發(fā)送的檢測信號;下位機ZigBee控制器根據(jù)上位機軟件給出的指令發(fā)出控制信號,控制相應的家居場設備,同時將檢測到的信號發(fā)送到上位機圖形界面上[5]。
軟件部分主要是C#編寫的圖形界面進行人機交互。上位機通過人機交互界面,將控制信號通過網(wǎng)線或者WiFi把相應的命令或者信號傳送到A8網(wǎng)關上,然后通過A8網(wǎng)關發(fā)送信息給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器把命令傳送到各個終端節(jié)點上,以此接收數(shù)據(jù)或者對中斷節(jié)點進行控制[6]。
2.1系統(tǒng)設計思路及關鍵技術
智能家居系統(tǒng)上的軟件包括PC軟件和嵌入式軟件。PC軟件基于VS2010平臺的C#語言編寫。硬件程序在Windows下基于IAR集成開發(fā)環(huán)境的C語言編寫[78]。
(1)PC應用軟件(智能客戶端)。PC機軟件通過各個模式的設定實現(xiàn)相應功能。在PC端接受底層硬件傳來的數(shù)據(jù)并顯示[910],同時把顯示的數(shù)據(jù)進行適當處理,使其智能化。如當天氣炎熱達到預先設定的閾值時,空調(diào)會自動打開制冷降溫;當處于離家模式時,家里的燈泡、風扇、空調(diào)等會自動關閉,以此通過客戶端來實現(xiàn)智能化。
(2) 嵌入式應用軟件。①Main:獲取傳感器的溫濕度值、煙霧值,并作相應處理,同時還監(jiān)聽和處理PC軟件發(fā)送的請求;②ZigBee:處理Main下的指令。
2.2軟件子系統(tǒng)設計
2.2.1PC端軟件功能設計
C#客戶端通過調(diào)用各模塊實現(xiàn)各種模式。在Client端有回家模式、離家模式、電視模式、工作模式、會話模式、電影模式、全開模式、省電模式、上網(wǎng)模式以及自定義模式等各種功能,見圖2。
(1)登錄模塊。在登錄模塊中,需要通過驗證用戶名和密碼才能登錄。
(2)注冊模塊。需要輸入用戶名和兩次密碼輸入完成注冊。
(3)主模塊。在主模塊下定義了各種模式,以此實現(xiàn)智能化。
(4)回家模式。①回家時,門禁系統(tǒng)會打開,通過繼電器開關打開大門;②進入大門時有溫馨的智能提示,提示內(nèi)容用語音播報,如“您有一個未接電話”等;③家里的電器會打開,如:空調(diào)、電燈、電視等。
(5)離家模式。①離家模式下,家里的電器會關閉。首先查看電器開關狀態(tài),比如燈泡處于打開狀態(tài),則通過繼電器模擬關閉;②安防系統(tǒng)會打開,比如紅外感應打開用來防范小偷、煙霧感應系統(tǒng)和溫度感應系統(tǒng)打開以預防火災;③有緊急情況時,安防系統(tǒng)會自動發(fā)送信息到手機,并根據(jù)緊急情況等級設定手機接收信息的鈴聲或響鈴時間長短。
(6)電視模式。通過繼電器開關電視。
(7)工作模式。在工作模式下,窗簾會關閉,所有背景音樂也會關閉,還會啟動部分安防系統(tǒng)。比如有人來了會有提示,此功能通過繼電器模擬實現(xiàn)。
(8)會客模式。①在會客模式下會響起背景音樂,調(diào)節(jié)氣氛;②電話或短信會根據(jù)內(nèi)容的緊急情況,以及相同聯(lián)系人發(fā)送短信的數(shù)量來確定短信的重要程度,以此選擇是否通知;③選擇操作繼電器模擬實現(xiàn)。
(9)電影模式。①在電影模式下,可以打開想看的電影,還可以選擇重復播放,可從列表框中刪除影片;②在此模式下通過繼電器模擬實現(xiàn)燈泡的關閉,實現(xiàn)智能控制。
(10)全開模式。①在全開模式下,打開所有必要的電器和系統(tǒng);②此處通過繼電器來模擬實現(xiàn)。
(11)省電模式。①在省電模式下,關閉不必要的電器開關;②關閉背景音樂。
(12)上網(wǎng)模式。在上網(wǎng)模式下關閉不必要的流量。
(13)自定義模式1。①在此模式下可以查看用戶設定城市3天的天氣預報,還可以查詢其它城市的天氣;②通過天氣的溫度值給用戶提供一些指導信息;③通過繼電器的打開與關閉進行模擬。
(14)自定義模式2。此模塊為視頻監(jiān)控模塊,通過視頻監(jiān)控可以記錄下一些視頻,比如不在家時的訪客,通過調(diào)用視頻可以知道誰來過[11]。
2.2.2下位機軟件功能設計
(1)任務與事件添加。在任務初始化函數(shù)中添加任務(OSAL_SampleApp.c中),方式如下:
void osalInitTasks( void )
{
……………
ZDApp_Init( taskID++ );
SampleApp_Init( taskID++ );
GenericApp_Init( taskID++ );//添加任務初始化函數(shù)
}
任務的處理函數(shù)地址:
const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] = {
……………..
ZDApp_event_loop,
SampleApp_ProcessEvent,
GenericApp_ProcessEvent //添加任務處理函數(shù)
};
注:這兩個函數(shù)的順序是對應的,還要在SampleApp.c中定義這兩個函數(shù)。
(2)ZigBee節(jié)點程序流程。協(xié)調(diào)器主要負責建立網(wǎng)絡、維護網(wǎng)絡。上電初始化完成后,協(xié)調(diào)器建立一個網(wǎng)絡。一旦建立網(wǎng)絡成功,協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡地址、簇ID、網(wǎng)絡編號以及傳輸通道等信息就確定了,這時它會進入空閑狀態(tài),等待其它節(jié)點加入。若接收到節(jié)點入網(wǎng)申請,則允許其加入網(wǎng)絡并分配網(wǎng)絡地址等信息。當加入網(wǎng)絡成功后,終端節(jié)點將進入應用層處理函數(shù)[12]。
3結語
本文將無線傳感器網(wǎng)絡和嵌入式系統(tǒng)A8相結合,構成一個無線智能家居控制系統(tǒng)。對智能家居內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡、智能家居的上位機進行了分析研究。由于設備節(jié)點有限,只采集了溫濕度、光照、煙霧等節(jié)點數(shù)據(jù)。
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責任編輯(責任編輯:杜能鋼)