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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
关键词:无线传感网络智能家居物联网

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.

[3]陈玲君.基于物联网的远程控制智能家居系统设计与实现[J].山东农业大学学报:自然科学版,2016(1):8891.

[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.

[10]黄菲,赵洋.基于智能移动终端的智能家居技术专利分析[J].电视技术,2014(21):7072.

[11]王溢琴,秦振吉,芦彩林.基于嵌入式的智能家居之视频监控系统设计[J].计算机测量与控制,2014(11):36233626.

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责任编辑(责任编辑:杜能钢)

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