【文章內(nèi)容簡介】 所有的用戶共享使用。GPRS由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在絕大多數(shù)情況下都表現(xiàn)出一種突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。例如一個進(jìn)行WWW瀏覽的用戶，大部分時間處于瀏覽狀態(tài)，而真正用于數(shù)據(jù)傳送的時間只占很小比例。這種情況下若采用固定占用信道的方式，將會造成較大的資源浪費(fèi)。 在系統(tǒng)中，使用串口和GPRS模塊進(jìn)行通信，將我們的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到用戶手機(jī)上。3 需求分析隨著社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的發(fā)展變化,人們對家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時越來越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡單的智能，更要求整個系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡單、方便、輕松、安全。很顯然我們的家居生活需要改變，智能家居系統(tǒng)提供廣泛的信息交互功能，優(yōu)化居住環(huán)境，幫助人們有效地利用網(wǎng)絡(luò)的便捷性各種實(shí)現(xiàn)了對家居環(huán)境的控制。智能家居產(chǎn)品為家居環(huán)境、家電設(shè)備提供一個共享的接入中心，實(shí)現(xiàn)對家庭 環(huán)境及其設(shè)備的智能管理、遠(yuǎn)程管理、集中管理和資源共享。隨著網(wǎng)絡(luò)科技的高 速發(fā)展，在可以預(yù)見的未來，在智能化住宅中，以寬帶網(wǎng)絡(luò)將家里的電腦、電視 機(jī)、家電、安防系統(tǒng)等連成一體的自主控制、擴(kuò)展、享用的工作、學(xué)習(xí)、娛樂家 庭綜合信息服務(wù)平臺。 實(shí)際業(yè)務(wù)工作流程整個系統(tǒng)主要由三部分組成：傳感器節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)，嵌入式服務(wù)器終端，GPRS通信模塊及其他裝置。其中傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中包含了多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)都是由一個傳感器模塊加上一個ZigBee通信模塊組成的。傳感器進(jìn)行實(shí)時的檢測，檢測到的數(shù)據(jù)通過ZigBee通信模塊傳到節(jié)點(diǎn)控制，節(jié)點(diǎn)控制處理收集到的信息，做出相應(yīng)的操作處理。手機(jī)終端可以遠(yuǎn)程通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，連接到嵌入式服務(wù)器終端中心控制臺，中心控制臺處理連接的信息，通過ZIgBee模塊發(fā)送處理信息到相應(yīng)的ZigBee模塊，節(jié)點(diǎn)控制臺收到指令作出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)流程如圖31。圖31 整體框架圖 設(shè)計目標(biāo)由于住宅設(shè)計情況比較多種多樣性，信號的覆蓋采取整體設(shè)計，局部進(jìn)行設(shè)計實(shí)施，由于每個房間的封閉性，可能會引起信號的衰減，采取信號覆蓋區(qū)域連接，各個區(qū)域內(nèi)的信號能夠連通進(jìn)行信號的傳輸，在此頻率的無線傳感網(wǎng)絡(luò)為全球統(tǒng)一的，無需申請的ISM頻段，同時可以對無線信號進(jìn)行加密，保證了無線傳輸數(shù)據(jù)的安全性。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的需求進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，主要實(shí)現(xiàn)如下設(shè)計目標(biāo)：1. 當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制的空調(diào)開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與空調(diào)相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對空調(diào)的控制。2. 當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制窗簾的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與窗簾電機(jī)相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對窗簾的控制。3. 當(dāng)用戶需要遠(yuǎn)程控制窗戶的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與窗戶連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對窗戶的控制。4．當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制電視機(jī)的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與電視機(jī)相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對電視機(jī)的控制。5．當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制空氣加濕器的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與空氣加濕器相連接的控制器上，通過控制器實(shí)現(xiàn)了對空氣加濕器的控制。 設(shè)計特點(diǎn)1．它的對象是結(jié)構(gòu)和特性完全相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，電器之間的數(shù)據(jù)共享比較困難。2．家電的信息量小但對實(shí)時性要求較高，必須針對當(dāng)時的家庭環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整。3．家電運(yùn)行時所處環(huán)境有很大差異，對系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性要求較高。4．家庭用戶對于價格要求比較高，必須把組建網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用降低到一定程度，才能被廣泛認(rèn)可和接受。5．家電完成的功能各有不同，需要達(dá)到的智能水平也有很大的差異，要針對不同的功能要求，設(shè)計不同家電的智能水平(比如說，如果讓電燈也共享Internet資源，顯然沒有必要，但是家中的煙霧設(shè)備則需要較高的智能水平)。6．從用戶的角度來說，用戶需要簡化家電的操作過程，統(tǒng)一家電的操作方法因此，組建智能家庭網(wǎng)絡(luò)時需要考慮的問題有很多。 設(shè)計原則基于設(shè)計的特點(diǎn)，列出了系統(tǒng)設(shè)計原則：:家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)依照國際上流行的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行設(shè)計，充分保證各廠家產(chǎn)品間的兼容性和相互操作能力。:目前，在智能住宅、家庭自動化、家電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域尚處于一家一戶自行開發(fā)的局面，而實(shí)際上用戶不可能全部使用同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，這將極大阻礙互聯(lián)互通和長遠(yuǎn)發(fā)展。因此，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該具有開放的協(xié)議、統(tǒng)一的接口。:采用模塊化的設(shè)計可以適應(yīng)各種場合的需要，保障用戶的利益并允許系統(tǒng)的逐步到位。模塊之間遵循一定的協(xié)議，可以相互通訊和協(xié)調(diào)。:人們購買家庭自動化產(chǎn)品是為了享有更加便利舒適的生活，絕非追逐潮流的概念。:家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該面向低成本、高性能的目標(biāo)設(shè)計，住戶對價格較為敏感，所以智能住宅采用的技術(shù)要較為經(jīng)濟(jì)。同時，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該能最大程度兼容用戶原有電器設(shè)備，保護(hù)用戶投資。:高科技帶來的應(yīng)該是一種享受而絕不是一種負(fù)擔(dān)。好的家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)該簡便易用、用戶界面友好，并且不需要使用者花上太多的精力就能掌握。 功能需求對于家居生活環(huán)境，因每個人的不同，要求得也不盡相同。功能的設(shè)計要求主人能夠遠(yuǎn)程設(shè)置家居環(huán)境，如圖32。圖32 智能家居邏輯圖1．主人可以通過手機(jī)設(shè)置空調(diào)溫度。2．主人可以通過手機(jī)設(shè)置窗簾的開啟和關(guān)閉。3．主人可以通過手機(jī)設(shè)置窗戶的開啟和關(guān)閉。4．主人可以通過手機(jī)設(shè)置電視的開關(guān)。4 系統(tǒng)設(shè)計 物聯(lián)網(wǎng)智能家居要將各成體系，互不相連的子系統(tǒng)協(xié)調(diào)起來，就必須有一個兼容性強(qiáng)的中央家居處理平臺，接受并處理控制設(shè)施發(fā)出的信息，然后傳送信號給你希望控制的家電或者其他家居子系統(tǒng)。中央處理平臺職能就是在家庭智能局域網(wǎng)中，引導(dǎo)和規(guī)劃家居子系統(tǒng)中的各種信號，有了它，你可以通過手持無線遙控設(shè)備來和家居子系統(tǒng)進(jìn)行快速的溝通。中央家居處理平臺還必須具有良好的擴(kuò)展性能，以滿足用戶在使用過程中不斷增長的需求點(diǎn)。 目前已經(jīng)出現(xiàn)的主流中央家居處理平臺分為兩類，其中一類平臺是網(wǎng)關(guān)式中央家居處理平臺。這種方式推出的家庭網(wǎng)關(guān)集成智能家居系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)與中央家居處理平臺組合，這種平臺能夠與家庭安全防范系統(tǒng)、家庭自動化系統(tǒng)，以及互聯(lián)網(wǎng)結(jié)成一體，實(shí)現(xiàn)家電控制、娛樂、交流和信息分享等方面的智能化。第二種則直接利用家用電腦去控制各種家電設(shè)備。 智能家居系統(tǒng)將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器未實(shí)現(xiàn)的，家庭網(wǎng)絡(luò)控制器具有家庭總線系統(tǒng)、通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能、并和住宅以外的外部世界相通連?？梢赃@樣說，智能家居系統(tǒng)是智能住宅的核心。由此可見，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。本系統(tǒng)的設(shè)計選擇了第一種平臺，主要是三個模塊：傳感器節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)模塊，嵌入式服務(wù)器終端模塊，GPRS通信模塊及其他裝置。 傳感器節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計WSN模塊主要是以AT89C51為核心處理器，使用多個I/O口進(jìn)行傳感器檢測陣列的信號采集，其中包括溫度、濕度、光線、煙霧有害氣體等信號的檢測，如煙霧傳感器負(fù)責(zé)煙霧中有害氣體的檢測，煙霧傳感器如圖41。圖41 煙霧傳感器 煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。所以系統(tǒng)采用煙霧傳感器對家用的天然氣、煤氣、煙霧進(jìn)行監(jiān)控檢測。氣體煙霧感應(yīng)器是這個模塊的主要器件；U1BLM323 運(yùn)算放大器是把采集的信號放大，傳輸?shù)絑igBee無線模塊,運(yùn)算放大器是延時作用,繼電器是相當(dāng)一個開關(guān)的作用，在這里只要有信號輸出，繼電器就閉合，其余的時間都是斷開的,喇叭有報警的作用,PT2262是無線模塊的芯片，是發(fā)送信號給中心控制器。通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)，由ZigBee無線模塊傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)控制器，然后由紅外發(fā)射芯片IR6721C芯片進(jìn)行家電設(shè)備控制信號的發(fā)射，可以完成家庭內(nèi)部控制和GPRS遠(yuǎn)程控制；使用通信串口連接無線數(shù)據(jù)傳輸芯片ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊,ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊是UART 接口半雙工無線傳輸模塊。本文采用了加強(qiáng)型的ZigBee無線技術(shù)，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸；通過無線ZigBee進(jìn)行組網(wǎng)通信，無線功能強(qiáng)大，具備中繼路由和終端設(shè)備功能。WSN網(wǎng)絡(luò)模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖42，WSN在家庭中的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋如圖43。圖42 WSN網(wǎng)絡(luò)模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖圖43 網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋 嵌入式服務(wù)器終端模塊設(shè)計嵌入式服務(wù)器終端模塊硬件主要有中心控制器、GPRS模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。其中中心控制器是單片機(jī)，單片機(jī)為本系統(tǒng)的核心部件，它除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)的必備期間外，它的串口通過RS232電路與MC703模塊通信，單片機(jī)的P0口與顯示器相連，P1口與鍵盤相連。P2口用各種控制及傳感器的連接。GPRS模塊采用華為的MC703模塊如圖44，該模塊具有一路串口，波特率為115200bps，通過該路串口，該模塊可以與單片機(jī)進(jìn)行通信。另外，華為公司的MC703模塊價格相對低廉，且支持部分標(biāo)準(zhǔn)AT命令，此外還支持華為公司拓展的命令，使用起來更加的靈活[7]。ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊可以方便用戶使用各種移動智能終端，輕松控制任何基于ZigBee協(xié)議的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)高速、安全、可靠傳輸。如圖45為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)模塊。圖45 MC703模塊圖45 無線網(wǎng)絡(luò)模塊本系統(tǒng)采用ARM11S3C6410控制芯片為核心控制器，完成所有家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)的采集與控制命令的發(fā)出，是整個智能家居控制的核心，采用Linux嵌入式系統(tǒng)為家居總中心監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動運(yùn)行、處理數(shù)據(jù)，通過串口管理、無線網(wǎng)絡(luò)來控制各控制終端，并且中心控制器通過GPRS模塊實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)與手機(jī)的通信，使用戶可以通過短信方式實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制[8]。服務(wù)器控制端硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖46。圖46 服務(wù)器控制端硬件結(jié)構(gòu)框圖整個系統(tǒng)以智能家居中心控制臺做為信息的控制中心，負(fù)責(zé)各個模塊的協(xié)調(diào)其中手機(jī)終端可以向主機(jī)發(fā)送查詢與命令信息，空調(diào)控制模塊與窗簾控制模塊等為智能控制模塊，具有單獨(dú)的模塊控制程序，它們向主機(jī)發(fā)送溫濕度信息，同時分別接收主機(jī)發(fā)送的空調(diào)控制信號，主機(jī)通過程序查詢的方式獲取此信息。人體感應(yīng)模塊與液化氣泄露檢測模塊則只能向主機(jī)發(fā)送信號，主機(jī)通過中斷方式獲取其信息[9]。因此系統(tǒng)中主機(jī)的軟件控制成為關(guān)鍵因素。WSN網(wǎng)絡(luò)模塊與嵌入式服務(wù)器終端模塊通過基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)完成通信，傳輸一個指令的數(shù)據(jù)包由以下幾部分組成：起始編碼bite[0]