基于zigbee的無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、基于ZigBee的無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周一兵劉憲鵬凌筱清：本文將ZigBee技術(shù)應(yīng)用到智能家居系統(tǒng)中，提出了一種以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)以STM32F103VCT6為控制核心，選擇了合適的ZigBee模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的檢測與控制。結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：智能家居ZigBee嵌入式系統(tǒng)一、引言隨著人們生活水平的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和X絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能家居逐漸成為未來家居生活的發(fā)展方向。智能家居不僅能給用戶提供安全、健康和舒適的生活環(huán)境，而且用戶能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控自己的家居狀態(tài)和控制家庭電器

2、設(shè)備。在智能家居控制系統(tǒng)中，采用無線X絡(luò)技術(shù)可以解決有線X絡(luò)布線麻煩，X絡(luò)節(jié)點(diǎn)多，使用電纜數(shù)量龐大等問題，更符合家庭X絡(luò)簡潔性、靈活性、模塊化、擴(kuò)展性及獨(dú)立性的通信特點(diǎn)，將無線X絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭X絡(luò)己經(jīng)成為主流趨勢。本文結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)了一種家居無線控制系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與功能本文構(gòu)造了一個(gè)基本的智能家居系統(tǒng)，功能具體描述如下：（1）安防功能。目前家庭安防系統(tǒng)主要功能是監(jiān)控非法闖入和門的開關(guān)等。一旦出現(xiàn)問題事件，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)給主控制器，及時(shí)通知用戶有情況發(fā)生。（2）家電控制。對(duì)家電實(shí)行智能控制，用一個(gè)便攜的觸摸屏控制器就可以控制家里的任何電器，

3、包括電視機(jī)、冰箱、空調(diào)、電腦等，還可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)電器等功能。（3）燈光控制。根據(jù)不同的室內(nèi)自然光強(qiáng)度，可以智能地調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度，外加的光敏控制元件可以感測外而光的強(qiáng)度，并且根據(jù)實(shí)際設(shè)定的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。智能家居控制系統(tǒng)依靠一個(gè)控制中心來對(duì)整個(gè)家居進(jìn)行控制，使用ZigBee技術(shù)組建了一個(gè)無線傳感器X絡(luò)作為各個(gè)功能部件之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制的樞紐?？刂菩盘?hào)通過遙控器發(fā)送到控制中心，控制中心接受控制信號(hào)進(jìn)行分析處理發(fā)出控制命令到各個(gè)開關(guān)并接受反饋信號(hào)將信號(hào)顯示在顯示屏上。三、系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的無線智能家居控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要是由控制中心，ZigBee模塊，顯示模塊，電源

4、模塊等部分組成，其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖1、控制中心控制中心選用了STM32F103VCT6微處理器，該處理器采用了ARM公司具有突破性的Cortex-M3內(nèi)核，該芯片集成性高，低功耗，接口豐富，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的核心。STM32通過ZigBee無線通信X絡(luò)收發(fā)信號(hào)對(duì)家居生活中的各種電器進(jìn)行控制和檢測，同時(shí)提供防火強(qiáng)功能防止外界對(duì)系統(tǒng)的干擾和惡意破壞。同時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需求，外接多種輸入信號(hào)，以滿足不同的控制需求。2、ZigBee通信模塊的設(shè)計(jì)本智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用由挪威Chipcon公司設(shè)計(jì)的一款真正符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上ZigB

5、ee產(chǎn)品是無線收發(fā)器CC2430。無線收發(fā)器CC2430是一種射頻發(fā)射芯片，采用。18pmCMOS工藝制造，工作電流損耗為27mA，接收和發(fā)射模式時(shí)損耗甚至更低。它自帶射頻（RF）收發(fā)器，集成一個(gè)加強(qiáng)型8位8051MCU，8KBRAM，32/64/128KB的Flash內(nèi)存、ADC模/數(shù)接口、動(dòng)態(tài)內(nèi)存存取DMA、看門狗程序等。在本設(shè)計(jì)中CC2430工作在2.4GHz頻段（全球），采用低電壓（3.3V）供電，且功耗低（發(fā)送模式時(shí)為25mA，接收模式時(shí)為27mA）、具有較強(qiáng)抗干擾性和優(yōu)良的無線接收靈敏度，最大傳送速率可達(dá)到250kbps，只需接極少外部元件。由CC2430核心處理

6、器、無線收發(fā)模塊、各類傳感器、各類I/O接口電路和供電模塊組成了ZigBee模塊如圖2所示。該模塊將家庭中的各種電器連成X絡(luò)，對(duì)用電設(shè)備如冰箱、洗衣機(jī)、電燈、電視、空調(diào)等的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)最大限度的節(jié)省能源，對(duì)家居環(huán)境中的溫度、濕度、有毒氣體含量、門窗關(guān)閉進(jìn)行檢測保證居住的舒適與安全。圖2ZigBee模塊結(jié)構(gòu)示意圖本文所構(gòu)造的基本智能家居控制系統(tǒng)，采用ZigBee星形結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干終端設(shè)備。結(jié)構(gòu)拓?fù)漭^為簡單，路由方案簡單，無需其他路由信息，所有數(shù)據(jù)包均通過唯一的協(xié)調(diào)器中繼。因此該X絡(luò)只具有兩類X絡(luò)節(jié)點(diǎn)：一類是主節(jié)點(diǎn)，一類是分節(jié)點(diǎn)。在星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)X絡(luò)下，只允許主、分

7、節(jié)點(diǎn)間通訊，而不能進(jìn)行分節(jié)點(diǎn)間通信。3、顯示模塊顯示模塊選用3.2寸TFT真彩觸摸屏模塊，功耗低，支持8/16位總線接口，鏡面屏，超高高度，模擬I/O控制，彩屏模塊上配置ADS7843觸摸控制器，支持一個(gè)SD卡（SPI方式），支持一個(gè)SPI的DATAFLASH，構(gòu)成人機(jī)交互圖形界面并且顯示當(dāng)前時(shí)間、日期、溫度、濕度、門窗關(guān)閉情況，有毒氣體含量等反饋信息。四、系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)以STM32微處理器為控制核心，支持C語言與匯編語言混合編寫。底層驅(qū)動(dòng)由匯編語言編寫，對(duì)外采用C語言接口，人機(jī)交換