通过ZigBee技术来实现智能家居控制器的设计方案

作者:admin发布时间:2020-09-01 17:13

  是一种新兴的身手,其首要的特点便是近间隔、低繁杂度、低数据速度、低本钱的无线汇集身手,正在繁众的规模都有着普遍的使用前景。

  智能家居是一个众效用的归纳身手体例,它以家庭室庐为平台,应用进步的揣测机身手、通讯身手、汇集身手、限制身手、新闻身手等身手将家庭中的各类电器筑造和汇集连结正在一齐,然后举行汇集化的归纳束缚与调控,给人们创制一个安宁、平和、简单、环保和高效的糊口境况。

  本文所先容的智能家居限制器便是应用ZigBee身手将家庭中独立的家用电器组成一个联合的智能家居体例,从而简单对家居中各类电器筑造举行联合的束缚,同时也能够通过互联网来对电器筑造举行长途限制。

  ZigBee身手是近几年慢慢发达起来,很有商场潜力的一种无线连结身手。它是为了餍足低功耗、低数据量和低本钱的无线汇集恳求而降生的。它基于IEEE无线局部区域网(WirelessPersonal AreaNetwork,WPAN)作事组的80211514规范,被称为ZigBee身手规范。无缺的ZigBee赞同由使用层、使用集聚层、汇集层、数据链道层和物理层构成,如图1所示。

  IEEE80211514规范界说了物理层(PHY)和数据链道层(MAC);汇集层以上的赞同由ZigBee定约刻意协议,个中使用层包罗了使用接济子层(APS)、ZigBee筑造对象(ZDO)和由创制商拟定的使用对象。

  ZigBee以一个个独立的作事节点为依托,应用无线通讯,通过自结构形式构成星型、网状和簇状3种汇集组织,以是每个节点的效用并非统统不异。为了低浸体例的本钱,IEEE80211514界说了2种物理筑造类型:全效用筑造FFD (Full FunctionDevice)和精简效用筑造RFD(Reduced FuncTIonDevice)。FFD节点具备限制器的效用,供应数据换取,不妨举动汇集和谐器、道由节点和终端节点来运用,能够与汇集中任何类型的筑造举行通讯;RFD只可举动终端节点来运用,并且只可与FFD通讯,两个RFD节点之间不行通讯。

  Zigbee这一无线通讯身手具有近间隔、低繁杂度、低功耗、低数据速度、低本钱、平和牢靠、汇集容量大、自结构、自愈技能强等特质,可普遍使用于众个身手规模,有着宽广的商场前景。

  智能家居体例的汇集通讯具有如下特质:①传输数据量小,无需太大的传输速率;②汇集的容量大,以餍足家庭中的各类家电筑造;③新闻的及时性好,时延短。ZigBee的身手特质断定了其能很好地餍足智能家居汇集的上述需求,更加是具备自结构、自愈技能,如许的无线通讯身手是智能家居体例理念的通讯形式。

  智能家居体例可通过GSM/GPRS/CDMA/汇集、ZigBee个域网、互联网以及小区新闻网达成新闻的互联互通。用户正在户外可通过手机调控家中的电器和照明装备,也可实时取得家中的防盗、防火、防煤气揭发等报警新闻;正在家中可通过遥控器调控家电筑造。限制器还兼有可视对讲体例室内主机效用,能查阅社区揭橥的各种新闻,需要时可向社区保安发出报警求救信号。体例首要由一个智能家居限制器和若干个室内监控ZigBee效用模块构成。体例模子如图2所示。智能家居限制器经2个无线条有线通讯线道与外部方法达成新闻的互联互通,所以智能家居限制器又可视为数字家庭网闭。

  智能家居限制器内部装有手机模块,通过GSM(GPRS、CDMA)搬动通讯汇集,与用户手机达成双向短信息收发。用户可通过手机短信息达成对家用电器的电源开闭限制以及调光、调速限制;限制器以手机短信息的景象向用户手机发送报警信号,供防盗、防火、防煤气揭发以及家庭突发事变报警用。

  限制器内部装有1个ZigBee模块,通过Zig2Bee无线汇集与家居中的监控装备举行通讯,举动ZigBee汇集和谐器(FFD)来运用。它刻意组筑智能家居ZigBee汇集,接受体例限制核心发送的指令,并做出相应地管制。同时还要将从道由节点(FFD)或终端节点(RFD)接受到的数据发送给体例限制核心。

  室内监控筑造按用处可分为3类:第一类为开闭与插座,最简陋的插座通过小电子开闭的通断达成对家用电器(如电饭煲、饮水机、电视、冰箱、空调、洗衣机、电动窗帘以及不需求调光的灯具)的电源开闭限制;较繁杂的智能开闭和插座具有输出功率可调的效用,用于吊灯、落地台灯的调光或电电扇的调速等。第二类为传感器产物,个中热释电红外传感器和门磁传感器用于防盗,烟雾传感器用于防火,瓦斯传感器用于防煤气揭发,尚有手动报警按钮用于突发事变(如孤寡白叟忽地发病)的报警。这些节点都带有ZigBee模块,举动汇集的终端节点(RFD)。第三类为手持遥控器,除达成对家用电器开闭限制、调光调速限制外,还具备照明场景设定与限制效用。

  若小区设备有物管通讯汇集和门禁对讲体例,限制器兼备可视门禁对讲体例的室内主机的效用。

  限制器上的液晶LCD显示屏可显示访客的图像画面,与访客举行对讲或开锁操作。另外,限制器可接受小区物管发送的各种文字新闻;当室内发作无意时,可向小区物管发送报警信号。限制器备有互联网接口,供用户正在异地时通过互联网限制家中电器的运转,也可看管家中发作的事变。下一代互联网的问世将为此项效用的使用供应极大的接济,到那时,每个家电及限制器自己都将有我方的静态IP 地点,从而成为汇集中的一员。

  ZigBee的簇状汇集归纳了星型和网状组织的特质,咱们正在实质使用中应用智能家居限制器及ZigBee传感器节点构成簇状汇集。它具有优秀的可扩展性,看待大户型或别墅用户而言,能够通过填补道由节点来推广汇集遮盖限度;看待小户型的用户而言,能够通过省略道由节点形成星型汇集,以节流能量、加疾数据传输速率。

  智能家居体例的中枢部件是智能家居限制器。其构成框图如图3所示,它以嵌入式管制器为核心,由手机模块、ZigBee模块以及需要的辅助接口构成。智能家居限制器是全豹智能家居体例的限制核心,其硬件中枢是核心管制器,全数的筑造限制、使命改变、通讯赞同转换、数据收发和数据束缚等使命都需求核心管制器。从效用、可扩展性、操作体例接济及功耗等方面探究,咱们拣选效用健壮的32位ARM9微管制器S3C2410X举动主管制器,存储器选用64M的NAND Flash和64M的SDRAM。

  正在人机接口方面,采用5英寸的TFT液晶屏,并设备相应的触摸屏。可用于显示访客图像和小区物管发送的各类新闻,并运用户可简单地输入数据去限制各类家居筑造。别的为了限制形式更灵巧,应用途理器的I2C总线接口策画键盘接口,从而可扩展各类限制、报警形式。限制器有2个通讯模块:手机模块和ZigBee模块。手机模块由主机模块、SIM卡接口、音频局限和射频局限构成,采用SIMCOM公司临盆的SIM300芯片(GPRS模块)。与ARM举行数据传输采用规范的RS-232接口,通过运用AT下令告竣对该模块的操作,达成短信息的收发。Zigbee模块采撷各类家电筑造运转形态并接受各类妨碍报警新闻,通过RS-232接口与ARM举行数据通报。

  限制器配有以太网接口,配合限制器上兴办的Web供职器,用户可通过Internet告竣对家庭境况及各类家电筑造的监控。图3中的RS-485接口用于与小区物管的通讯(与原有的小区汇集配合。若为新筑小区,可直接运用以太网接口)。应用MAX3232将ARM9的两个USART收发器,构成两个RS-232端口和一个RS-485端口。

  音频接口应用微管制器内部的IIS总线接口与外部音频数字信号编码器芯片(UDA1341TS)构成。视频接口采用中芯微的DSP芯片,将视频信号转换成微管制器不妨管制的JPG文献款式或二进制图像流,经管制后送LCD屏显示。

  ZigBee模块采用全效用筑造(FFD)类型,它正在智能家居体例中接受着汇集和谐器的脚色,可供应新闻的双向传输,以连结智能家居体例中其它精简效用筑造(RFD)。

  CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构,正在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微限制器。它运用1个8位MCU(8051),具有128KB可编程闪存和8KB的RAM,还蕴涵模数转换器、4个依时器、AES - 128协同管制器、看门狗依时器、32kHz晶振的息眠形式依时器、上电复位电道、掉电检测电道,以及21个可编程I/O引脚。

  CC2430芯片采用0118μm CMOS工艺临盆,作事时的电流损耗为27mA ;正在接受和发射形式下,电流损耗判袂低于27mA或25mA。CC2430的息眠形式和转换到主动形式的超短年光的特点,更加适合那些恳求电池寿命额外长的使用。

  CC2430带有2个健壮的接济几组赞同的US2ART通讯接口,通过此通讯接口中的一个,S3C2410X管制器能够对CC2430举行写入或读取设备新闻,也能够收发数据。CC2430芯片集成了CRC和数据无缺性查验等效用,省略了序次员编程的作事量,加疾了通讯的速率,省略了能量泯灭。同时,芯片还采用了CS2MA - CA身手来避免数据发送时的竞赛和冲突,省略了一局限不必耍的能量泯灭。以是CC2430芯片具有超低的能耗,其运用寿命能够年来揣测,价值低廉,适宜传感器汇集需求巨额散布节点的特质。

  限制器通过RS-232接口应用Zigbee模块采撷各类家电筑造运转形态并接受各类妨碍报警新闻。

  智能家居限制器操作体例选用开源的嵌入式Linux操作体例,通过淘汰后移植到限制器硬件平台上。该智能家居限制器将Linux,ARM体例、手机模块和ZigBee模块构成一个完全,组成了一个效用完满的嵌入式体例,应用ZigBee身手轻松达成家庭内部众节点的无线连结。智能家居限制器的效用为

  采用ARM架构的32位嵌入式RISC管制器和开源的嵌入式linux操作体例;是智能家居限制体例的限制核心,也是家居体例中新闻家电平台的网闭;遇盗抢或疾病,按弁急按钮,主动向束缚核心报警;以家庭为单元设备,应用液晶屏显示小区告诉、体例各局限作事景况及数据;应用ZigBee传感器节点监测各类妨碍报警数据(失火、煤气揭发等),并主动通过手机模块发给用户或小区束缚核心;通过以太网(或RS - 485)与小区束缚核心通讯;通过限制器上的无线ZigBee模块与家居体例中各子节点举行通信,对众种家电筑造举行相应的限制;用户可通过Internet长途监控家庭中的众种家居筑造。

  智能家居限制器通过ZigBee模块采撷各类家用电器筑造的运转形态并将各类妨碍报警数据存入到数据库当中;对妨碍报警优先管制,通过手机模块主动发送短新闻到用户手机或者小区物管,并将现场数据及时存入数据库,以便对各类新闻举行进一步的了解和统计。正在这里数据库成为了连结前后台的中心件,存储形态数据供长途监控和当地LCD显示,同时接受浏览器和当地键盘输入,由通讯序次、CGI序次告竣限制下令的下传及运转形态的上传;同时数据库还需达成妨碍的了解统计和盘问。正在本体例策画中,咱们采用嵌入式数据库SQLite以餍足体例长途限制数据通报、数据共享的恳求。

  限制器的软件首要分为4个模块:与数据采撷接口的通讯序次、妨碍报警序次、当地的人机交互序次和长途限制序次。为了运用用户能够正在Internet上通过浏览器限制智能家居汇集,需求正在限制器(数字家庭网闭)上架设Web供职器与用户举行通讯,并通过CGI接口移用后台CGI序次。CGI序次正在Web供职器和限制序次间兴办联络,调工具体的限制序次、达成对智能家居汇集内部节点的协议操作。它监控汇集,随时随地的都能显露汇集内筑造的形态并限制汇集内的各类筑造。汇集监控正在家庭汇集中也利害常要紧的,运用户能够随时相识汇集的景况,如筑造的列入退出、筑造的妨碍等等。

  3.ZigBee身手填充了低本钱、低功耗和低速度的无线通讯商场的空白。智能家居正在限制器硬件由进步的ARM9嵌入式体例、手机模块和ZigBee模块构成;操作体例采用嵌入式Linux,家庭汇集采用ZigBee无线汇集,平和性好,体例效用完满,不妨适合从此智能家居发达的需求。

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