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基于ZigBee技術(shù)和Android系統(tǒng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1 概述
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，生活水平的不斷提升，人們?cè)絹?lái)越注重家居生活的安全與便利，從而推動(dòng)了智能家居走入了人們的生活。智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等技術(shù)，融合家庭需求，將家中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、窗簾控制、家電控制等）全部接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，對(duì)家居狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控和管理，優(yōu)化人們的生活方式[1]。
2 總體設(shè)計(jì)
本文結(jié)合用戶(hù)需求，從功耗、經(jīng)濟(jì)、操作等方面入手[2]，提出了基于Android和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，如圖1所示。本系統(tǒng)由ARM家庭網(wǎng)關(guān)模塊、ZigBee 模塊和Android客戶(hù)端組成。其中ARM家庭網(wǎng)關(guān)模塊為中心控制單元，通過(guò)ZigBee 模塊收集各個(gè)傳感器采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)反饋到Android 客戶(hù)端，同時(shí)用戶(hù)可經(jīng)過(guò)Android 客戶(hù)端遠(yuǎn)程控制家電設(shè)備。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)硬件主要分為ARM家庭網(wǎng)關(guān)模塊、ZigBee 模塊。
3.1 ARM家庭網(wǎng)關(guān)模塊
ARM家庭網(wǎng)關(guān)模塊作為系統(tǒng)的核心，用來(lái)連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)和外部Internet網(wǎng)絡(luò)。采用Cortex-A8處理器，加上SDRAM、Flash和串口等基本模塊，外加Internet模塊及ZigBee模塊，使網(wǎng)絡(luò)通信性能更為強(qiáng)大，家庭網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖2所示。一方面負(fù)責(zé)連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)獲取各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息;另一方面將傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，打包成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，通過(guò)外部Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至手機(jī)端，同時(shí)對(duì)遇到的緊急情況如煤氣泄漏、漏水等，將進(jìn)行聲音報(bào)警并發(fā)送短信給手機(jī)客戶(hù)端，并執(zhí)行相應(yīng)地操作[3]。
3.2 ZigBee模塊
ZigBee模塊采用采用TI公司推出的新一代SOC芯片CC2530芯片，該芯片包括了極好性能的一流的RF收發(fā)器，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051MCU，系統(tǒng)中可編程的閃存，8KBRAM等功能[4]。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)模塊以及多個(gè)路由模塊和多個(gè)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)模塊組成。
ZigBee協(xié)調(diào)模塊是ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊的核心，負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，包括無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立、連接、退出以及網(wǎng)絡(luò)地址的分配。協(xié)調(diào)模塊主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配置，一旦這些都完成后，它又成為路由模塊，允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大信號(hào)傳輸范圍的作用。ZigBee設(shè)備節(jié)點(diǎn)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，并控制各種家電設(shè)備。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件是采用Android開(kāi)發(fā)的APP，包括家居控制、家居檢測(cè)、音樂(lè)系統(tǒng)、生活模式設(shè)置等模塊。家居控制模塊可以對(duì)家電設(shè)備，如空調(diào)、電視等進(jìn)行控制，還可以進(jìn)行對(duì)燈光、插座、窗簾、遙控等進(jìn)行控制，界面如圖3所示;家居檢測(cè)模塊可以通過(guò)各傳感器獲取到室內(nèi)與室外的溫濕度，光照度，煙霧等數(shù)據(jù)，界面如圖4所示;音樂(lè)系統(tǒng)是為家居系統(tǒng)提供背景音樂(lè)，無(wú)論在哪個(gè)房間，哪個(gè)位置都能聽(tīng)到優(yōu)美的音樂(lè);系統(tǒng)支持4種常見(jiàn)生活模式設(shè)置，普通模式、會(huì)客模式、外出模式、睡眠模式等，通過(guò)不同生活模式的簡(jiǎn)單設(shè)置，使系統(tǒng)智能實(shí)施場(chǎng)景布置、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等功能。
5 總結(jié)
本文將ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)與Android智能操作系統(tǒng)緊密結(jié)合，運(yùn)用到智能家居中，有很高市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。但是本系統(tǒng)只是依據(jù)一個(gè)住宅模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，還沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)際的家庭中，研發(fā)技術(shù)還有待于進(jìn)一步的提高，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，如何將這些技術(shù)應(yīng)用到智能家居控制系統(tǒng)上來(lái)，提高系統(tǒng)的高應(yīng)用性和高可用性，使之能更好地為人們的家居生活提供便利，是需要我們繼續(xù)深入研究的[5]。
參考文獻(xiàn)：
[2]屈偉明.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014.4.
[3]朱祥賢.基于Android和ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014.9.
[5]姜宇航.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué)，2014.5.
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