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基于物联网的智能家居控制系统设计

发布时间:2018-05-09 11:35:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:物联网;智能家居;控制系统设计
    中图分类号: S611 文献标识码: A
    引言
    随着现代化科学技术的快速发展,通信技术、自动控制和计算机技术被广泛的应用在各个领域,不仅明显地提高了企业的运营效率,而且在很大程度上改变了人们的生活方式。如今的人们更加注重家居环境的舒适、便捷、健康和安全,嵌入式智能家居可控制系统使传统家居发展为数字化、智能化和网络化的新型家居。本文分析了基于物联网智能家居控制系统的设计问题。
    一、物联网与智能家居
    1、物联网的内涵
    物联网是在互联网的基础上,通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等数据通信为一式,按约定的协议,将万物互联或连接在一起进行信息和通信交换的一种网络概念。物联网将人与人、人与机、机与物、物与物相互连接,把感应器嵌人到一切日常牛活的物品中,使这此物品可识别。物体之间的互联不再单纯依靠互联网,而是强调将互联网、无线传感网和移动通信网等网络融为一体。通过这此物体网络连接组成物联网,以此为一便人类的工作和牛活,形成一个高度智能化的网络、
    2、智能家居的定义
    智能家居是指将家庭中各种与信息有关的通信设备、家用电器和安防设备通过HBS(Home Bus system,家庭总线技术)连接到家庭智能系统上进行集中监视、控制和管理,以建立舒适、安全与和谐的住宅环境、随着国民经济和科技的快速发展,仅仅舒适安全的普通家居已经不能满足人们的期望,人们渴望的是一个其有智慧的家庭环境,于是,智能家居应运而牛、比尔・盖茨在《未来之路》中提到,在不远的未来,没有智能家居系统的住宅会像今天不能上网的住宅一样不符合潮流。现阶段,物联网技术已成为智能家居重要的核心技术支撑,而智能家居则是物联网技术在家庭中的最好体现为方式。面向物联网的智能家居应用,是两者功能特点与技术优势的有机结合。
    二、系统的方案设计
    本文主要从系统的低耗性、经济性、简单性、适用性和易维护性等出发,结合现有物联网核心技术,提出该基于物联网的智能家居远程控制系统设计与实现方案。本智能家居系统由ARM模块,ZigBee模块,以太网模块,GSM模块组成,其中ARM模块为中心控制单元,通过各个传感器采集室内各信息,将数据通过互联网实时反馈到客户终端及手机终端。同时,用户可经过客户终端及手机终端远程操作家居,可达到实时监控与操作的目的。系统总体设计图如图1所示。
    本系统主要实现功能:
    (1)远程警报
    当家庭突发火灾或是煤气泄漏时,相应传感器将检测到情况,立刻通过室内的ZigBee无线网络,将采集到的信号发送到ARM主控制器,再经过控制器处理,最后将警报信息通过GSM模块以短消息的方式发送到主人的手机上,从而实现了家庭的远程警报功能。
    (2)远程控制
    当我们需要远程控制家用电器的开关时,只要用手机发送指定命令的短信息,通过GPRS模块的接收,井将短信息翻译成为可以识别的命令传输给ARM控制器,控制器经过处理,通过ZigBee模块的无线传输将命令发送到与家电相连接的ZigBee智能开关上,以实现了对家电的控制。
    (3)远程监控
    当朋友或是陌生人来访时,门禁系统开始工作,摄像头采集来访者的头像信息,并传至ARM控制器,经过控制器处理,通过以太网模块传至云端,主人可以访问因特网查看来访者的信息;同时房子内部也可以安装摄像头,主人在外出时,通过电脑或是手机可以实时查看房间的情况,从而实现物联网的远程监控。
    三、系统硬件总体设计
    本文采用S3C2440微处理器芯片作为家庭网关AMR模块的控制器,其主要特点是低价格、低功耗、高性能,提供大量的寄存器,指令执行速度更快。在稳定性、通用性、完备性、可扩展能力等特点方面具有一定的优势。家庭网关模块是整个物联网智能家居系统的核心部分,它是家庭外部通讯网络(Internet、GSM)和家庭内部控制网络(ZigBee)之间一个桥梁。因此,家庭网关必须满足以下两方面的要求:第一,要实现Internet远程访问,家庭网关必须支持TCP/IP协议并且能够提供Web服务。第二,要实现内部控制网络对物联网智能家居中的智能终端设备进行监控和管理,家庭网关必须支持内部控制网络和家庭外部通讯网络之间的协议和信息等转换功能。家庭内部控制网络模块使用的是ZigBee作为其通信模块。ZigBee模块采用CC2430,其优点是低成本、灵敏度高、抗干扰能力强、功耗低;在ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型:Coordinator(协调器),Router(路由器)和End-Device(终端设备)。以太网是物联网智能家居系统中一个很重要的功能模块,可以实现系统的远程登录,系统的资源分享和管理,以及完成系统的更新下载等功能。本系统以太网模块采用DM9000芯片完成网络接口的功能,其优点是DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的专用的以太网MAC控制器,它支持8位、16位、32位的接口来访问内部存储器,以满足不同处理器的需求。DM9000物理协议层接口完全符合IEEE802.3u规格,并且还支持IEEE802.3x全双工流量控制,GSM模块采用高性能TC35芯片,模块符合GSM0705和GSM0707标准,能够通过AT指令来进行控制,提供标准的RS232接口,提供安全稳定的双频(GSM900/GSM1800)短消息数据通信,TC53芯片主要由GSM基带处理器、GSM射频部分、电源电路和FLASH存储部分组成。系统硬件结构图如图2所示。
         四、系统软件设计
    系统具体工作流程为,首先系统各模块初始化,传感器对各种参数进行采样。通过数模转换将其送入数据处理模块进行判断。若超出标准范围,判断故障类型,则由ARM控制中心控制蜂鸣器进行报警并发送警报短信。当户主接到发出的报警短信后,可以通过手机发送控制短信到GSM模块,ARM控制中心发送读取短信的AT指令到GSM模块读取收到的短信,并判断短信的指令是否符合标准。若不符合标准,则提醒用户重新发送,若指令正确,根据短信内容向ZigBee协调器发出相应的控制信息。协调器接收到信息后,将其传送到指定的ZigBee节点,节点根据信息的指示做出控制或者获取传感器信息,并将控制结果或传感器信息发送到协调器,协调器将其传给ARM控制中心。ARM控制中心根据收到结果信息后,发送AT指令控制GSM模块回复短信到用户,对用户的控制结果进行回复。ZigBee节点控制的煤气和人体感应传感器如果检测到煤气或有人入侵,会直接发送报警信息到协调器,协调器将报警信息传送至服务器,服务器控制GSM模块将报警信息发送到控制者的手机上。系统工作流程图如图3所示。
    结束语
    本文提出了智能家居系统的整体结构,讨论了智能家居系统的设计与实现,采用ZigBee组网、GSM无线通信技术及嵌入式的网关服务器,实现了家居安防和家居远程控制。通过本系统能够随时随地控制家电开关、对火灾和外人入侵进行报警,让家居更安全方便。并具有实现简单、性能稳定、成本低、适用范围广、安全可靠等优点,可以广泛应用于家庭住宅中,具有广泛的应用前景。随着现代化科学技术的快速发展,通信技术、自动控制和计算机技术被广泛的应用在各个领域,不仅明显地提高了企业的运营效率,而且在很大程度上改变了人们的生活方式。如今的人们更加注重家居环境的舒适、便捷、健康和安全,嵌入式智能家居可控制系统使传统家居发展为数字化、智能化和网络化的新型家居。
    参考文献
    [1]曾松伟,章云,邱伟强.基于物联网的智能家居控制系统设计[J].现代电子技术.2011(09).
    [2]姜永增,董晶,宋广军,吴迪.物联网智能家居无线传感器网络节点设计[J].制造业自动化.2011(03).
    [3]刘余,孟小华.嵌入式智能家居终端通信模块的设计与实现[J].计算机工程与设计.2010(08).
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