基于ZigBee的智能家居系統設計

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。基于智能家居的最新定義，參考ZigBee技術的特點，設計出的本系統，在包含了智能家居必備系統(智能家居(中央)控制管理系統、家居照明控制系統、家庭安防系統)的基礎上，加入了家居布線系統、家庭網絡系統、背景音樂系統和家庭環境控制系統。在智能家居的認定上，只有完整地安裝了所有的必備系統，并且至少選裝了一種及以上的可選系統的家居系統才能稱為智能家居。因此，本系統可以稱為是智能家居。

1 系統設計方案
該系統設計由家庭內被控制設備和遠程控制設備組成。其中家庭內被控制設備主要有能訪問Internet的計算機、控制中心、監控節點和選擇添加的家用電器控制器。遠程控制設備主要由遠程計算機和手機組成。系統組成如圖1所示。

系統的主要功能有：1)網頁前臺頁面的瀏覽，后臺信息管理；2)通過Internet和手機兩種遠程控制方式實現室內家用電器、安防和燈光的開關控制；3)通過RFID模塊實現用戶識別，從而完成室內安防狀態的開關，在盜賊入侵時通過短信息(SMS)向用戶報警；4)通過中央控制管理系統軟件完成室內燈光及家電的本地控制和狀態顯示；5)利用數據庫完成個人信息存儲和室內設備狀態存儲，通過中央控制管理系統方便用戶查詢室內設備狀態。

2 系統硬件設計
系統硬件設計包括控制中心、監控節點和選擇添加的家用電器控制器(這里以電風扇控制器為例)的設計。
2．1 控制中心
控制中心主要功能有：1)組建無線ZigBee網絡，把所有監控節點加入網絡中，并實現新設備的接收；2)用戶身份識別，用戶在離家或歸來時通過用戶卡實現室內安防的開關；3)當有盜賊入侵室內時，通過向用戶發送短信息報警。用戶也可通過短信息控制室內安防、燈光及家電；4)系統單機運行時，液晶顯示當前系統狀態，方便用戶查看；5)存儲電器設備狀態并發送至PC機，以實現系統聯機。根據控制中心的功能設計出它的組成框圖如圖2所示。

選用TI公司的CC2430單片機作為ZigBee模塊的控制器，它是一款高性能、低功耗的805l內核的單片機。也是一款符合IEEE802．15．4規范的2．4 GHz的射頻器件，硬件支持載波監聽多路訪問／沖突檢測(CSMA／CA)，2．0～3．6 V的工作電壓有利于實現系統低功耗。通過連接在控制中心的ZigBee協調器模塊，在室內建立無線星形ZigBee網絡．并將所有監控節點、選擇添加的家用電器控制器作為該網絡中的終端節
點加入網絡中，從而實現室內安防及家電的無線ZigBee網絡控制。
控制中心MCU采用8位單片機ATMegal28，該器件是一款高性能、低功耗的RISC結構的單片機，大多數指令可在1個時鐘周期內完成，最高工作于16 MHz，具有128 K的系統內可編程Flash，4 K字節的EEPROM和2個串行接口。它與GSM模塊、RFID模塊、液晶模塊、ZigBee協調器和PC機相連，是整套硬件系統的核心，完成對中央控制管理系統的響應和對各模塊的驅動。GSM模塊采用TC35i模塊。它通過串行UART接口直接與控制中心MCU相連。RFID模塊采用ZLG500模塊，其內部集成了MFRC500型ISO14443A讀卡器，能夠讀寫RC500內的．EEPROM。由于ZLG500并不是采用標準SPI接口規范，故只能與單片機的通用I／O接口相連才能實現通信。液晶模塊選用1602液晶，采用4線接口與控制中心MCU的通用I／O接口相連。ZigBee協調器與控制中心MCU采用2線接口即可實現兩者間的數據雙向傳輸。控制中心MCU與計算機RS232串口相連，傳輸數據穩定、可靠，實時性好。
2．2 監控節點
監控節點的功能有：1)人體信號的檢測，當盜賊入侵時進行聲光報警；2)燈光的控制，其控制方式分為自動控制和手動控制，自動控制是根據室內光線的強弱自動打開／關閉燈光，手動控制是通過中央控制管理系統實現燈光控制：3)將報警信息及其他信息發送至控制中心，并接收來自控制中心的控制指令以完成設備控制。從監控節點的功能出發，監控節點組成如圖3所示。

紅外加微波的探測模式是目前在人體信號檢測時最常用的方式。熱釋電紅外探頭這里選用RE200B，放大器件采用BISS0001。RE200B由3～10 V電壓供電，內置熱釋電雙敏感紅外元件，當元件接收紅外光時在每個元件兩極發生光電效應而積累電荷。BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數模混合專用集成電路。它與RE200B及少量元件就可構成被動式熱釋電紅外開關。微波傳感器選用ANT-G100模塊，中心頻率是10 GHz，建立時間最大值是