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基于ZIGBEE的智能家居抑制系统设计

发布时间:2018-11-22 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    基于ZIGBEE的智能家居抑制系统设计作者:未知   摘 要 本文在综合分析国内外家居智能发展现状的基础上,将ZIGBEE技能与ARM技能相联合,提出了以ARM处理器为中心的智能家居抑制系统的设计思绪。本系统通过ZIGBEE技能将家庭内部家用电器及其他传感器模块连接成一体,组成一个完整的个域网络,实现信息家电、平安防范的集中管理。
  关键词 智能家居;ZIGBEE;无线终端;无线协调器
  中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)55-0117-02
  随着数字信息技能和网络技能的高速发展,以及物质生活水平的不时提高,人们对传统的住宅已不再满足,通过智能家居系统的抑制平台或抑制中心便能够实现家居环境、家居平安、家用电气设备的智能化集中管理、远程抑制和资源共享,从而提供一个信息共享的智能抑制环境。本文在综合分析国内外家居智能发展现状的基础上,将ZIGBEE技能与ARM技能相联合,提出了以ARM处理器为中心的智能家居抑制系统的设计思绪。
  1 系统的整体结构设计
  本系统由主抑制中心模块和ZIGBEE无线终端模块组成,用户能够根据需要通过手机短信发送抑制指令,由主控中心接收指令,分析用户的需求并操控相应的终端设备,实现对终端设备的智能抑制,同时主抑制中心监控终端设备的异常情况,一旦发生异常情况即能够通过手机短信通知用户,起到远程监控的作用,系统结构图如图1所示。其中主抑制器与终端设备(家电或传感器)之间通过ZIGBEE传输抑制和数据信息,其核心是融单片机与ZIGBEE芯片于一体的CC2430无线收发芯片[1]。CC2430无线收发芯片在ZIGBEE网络中充当协调器节点的角色,主要负责ZIGBEE网络的建立,节点的管理等任务,接收数据并通过串口与ARM处理器S3C2440完成信息传递。
  2系统的硬件设计
  本系统由主抑制中心模块、ZIGBEE无线终端模块组成。其中主抑制中心模块主要由微处理器S3C2440、CC2430无线模块、JTAG、电源模块、时钟源、GPRS模块、串口模块组成。其中微处理器S3C2440是智能家居抑制系统的核心环节,负责整个系统的运行,并将从CC2430接收到的数据进行处理后转发给GPRS模块;CC2430无线模块做为整个无线传感网络的协调器节点,在ZIGBEE网络中充当协调器节点的角色,主要负责ZIGBEE网络的建立,节点的管理等任务,接收数据并通过串口发送给ARM处理器S3C2440;JTAG做调试用;电源模块为协调器节点提供正常事务所需的能量;时钟源为S3C2440提供事务所需要的时钟信号;GPRS模块主要负责将接受的数据发送到手机用户。
  ZIGBEE无线终端模块由ZIGBEE节点、终端设备组成,通过CC2430无线射频单元与传感器以及受控终端模块相连[2],来完成相关信息的采集并将采集到的信息通过无线射频单元相互通讯。无线终端节点CC2430,与协调器不同的是,它直接与家电抑制模块、防盗模块及煤气泄漏检测模块相连,无线终端模块硬件电路如图2所示。
  其中家电抑制模块中利用了无线CC2430收发模块,用停止服务程序来接受主机信号。模块初始化后,无线终端模块进入循环监测状态,等待抑制中心通过无线协调器发送的抑制信号,当无线终端模块接收到抑制信号后,由内部处理器最初对数据进行校验。如果数据错误则不处理,如果准确则分析数据,获得被抑制对象和抑制量。防盗模块与煤气泄漏模块均选取了传感器模块来采集相应信息,传感器将接收到的门窗破坏、室内煤气含量是否超标等信息通过无线终端节点传送到无线协调器,经抑制中心软件分析后采取相应的抑制,通过GPRS传输系统发送给手机用户。
  3 ZIGBEE无线模块的软件设计
  本系统中ZIGBEE无线模块包括主抑制中心的无线协调器节点和无线终端模块的无线终端节点,这两者构成一个完整的个域网络,即一个无线主协调器加其他若干无线终端节点,无线协调器集中了无线传感器网络终端节点的数据,传感网络中的无线终端节点全部受控于无线协调器。无线协调器上电后,最初初始化协议栈,然后进行能量检测、信道扫描、建立网络;无线传感器网络终端节点上电后最初进行信道扫描,搜寻网络协调器并与之建立连接,然后传递采集到的相关数据[3]。
  3.1 ZIGBEE无线协调器的软件设计
  作为无线协调器,其主要的任务是在系统上电初始化后,建立以它自己为中心的星型网络。然后就起初进入主程序循环,检测是否有无线终端节点的投入或退出网络,当无线协调器通过主抑制中心接收到GPRS用户抑制指令时,立即根据抑制指令添加与回收新投入或退出网络的无线终端节点的网络地址;还有一个任务便是与主抑制嵌入式ARM平台进行串行通信,当无线协调器接到无线终端节点的陌生人闯入的报警信号或煤气泄流检测信号时立即通知主抑制嵌入式ARM平台。
  ZIGBEE无线网络是通过Z-Stack协议栈进行组网,Z-Stack协议栈中定义了三种设备:协调器、路由器、终端节点,本系统设计中选取了由协调器及终端节点构成的个域网络。其中协调器是整个网络的核心,主要功能是启动网络,协调器的地址是0000H,其他设备的网络地址由协调器分配。Z-Stack协议栈完成了从MAC层到设备应用层的事件处理函数,只需用户编写应用层的任务和处理函数即可,无需改动Z-Stack协议栈核心代码。
  3.2 ZIGBEE无线终端节点的软件设计
  ZIGBEE无线终端节点,与协调器不同的是,它直接与需抑制的家电抑制模块或者其他传感器模块相连,无线终端节点扮演着整个智能家居网络的改造者。在本系统中,无线终端节点主要和家电抑制模块、防盗模块及煤气泄漏检测模块相连,终端节点主要功能是采集数据并向上司或下级发送。终端节点选取的Z-Stack协议栈是一个轮转查询式操作系统,当各层初始化之后,系统进入低功耗模式,当事件发生时,唤醒系统,起初进入停止处理事件,结束后继续进入低功耗模式。无线终端节点上电后,最初是寻找主协调器并申请投入网络,并得到一个网络地址,从而来实现相应的抑制。关于家电抑制模块及防盗、煤气泄漏检测模块软件设计流程图如图3、图4所示。
  4 结论
  本文给出了基于ARM和ZIGBEE无线技能的智能家居抑制系统的设计方案,并完成了主抑制中心、家电智能抑制及家庭防盗报警和煤气泄漏检测的局部的硬件电路设计,实现了通过手机远程抑制家电及利用手机短信接收防盗报警号和煤气泄漏报警信号。在软件设计方面,根据系统结构进行了模块化设计,主要介绍了ZIGBEE无线模块的软件设计思绪,能够预计,这种无线智能系统在未来的智能家居中将会得到更广泛地运用,有一定的实际运用价值。
  参考文献
  [1]耿佳.一种智能家居监控系统的设计[J].微计算机信息,2009(17).
  [2]刘淑芬.基于CC2430芯片的ZigBee在智能交通系统中的应用[J].广东通讯技能,2007,27(2).
  [3]孙宏伟.基于S3C2440远程图像无线监控系统的设计[J].微计算机息,2006,22(11):265-267.

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