【文章內(nèi)容簡介】 代（ 2G）和第三代（ 3G）移動通訊技術(shù)之間。它通過利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)中未使用的 TDMA 信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。 GPRS 突破了 GSM 網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加 相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當可觀。而且，因為不再需要現(xiàn)行無線應用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。如此，使用者既可聯(lián)機上網(wǎng)，參加視訊會議等互動傳播，而且在同一個視訊網(wǎng)絡(luò)上（ VRN）的使用者，甚至可以無需通過撥號上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡(luò)連接。 GPRS 分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個包的前面有一個分組頭（其中的地址標志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預先分配信 道，建立連接。而是在每一個數(shù)據(jù)包到達時，根據(jù)數(shù)據(jù)報頭中的信息（如目的地址），臨時尋找一個可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由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，對信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。例如一個進行 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。 在系統(tǒng)中，使用串口和 GPRS 模塊進行通信，將我們的數(shù)據(jù)通過 GPRS 模塊發(fā)送到用戶手機上。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計 9 3 需求分析 隨著社會經(jīng)濟結(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，實現(xiàn)對家庭 環(huán)境及其設(shè)備的智能管理、遠程管理、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、家電、安防系統(tǒng)等連成一體的自主控制、擴展、享用的工作、學習、娛樂家 庭綜合信息服務(wù)平臺。 實際業(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 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)點網(wǎng)絡(luò)中包含了多個無線傳感器節(jié)點，每個節(jié)點都 是由一個傳感器模塊加上一個 ZigBee 通信模塊組成的。傳感器進行實時的檢測，檢測到的數(shù)據(jù)通過 ZigBee 通信模塊傳到節(jié)點控制，節(jié)點控制處理收集到的信息，做出相應的操作處理。手機終端可以遠程通過 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)送處理信息到相應的 ZigBee模塊，節(jié)點控制臺收到指令作出相應的處理。系統(tǒng)流程如圖 31。 圖 31 整體框架 圖 平頂山學院本科畢業(yè)設(shè)計 10 設(shè)計目標 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，局部進行設(shè)計實施，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 連通進行信號的傳輸，系統(tǒng)使用的無線信號傳輸頻率是 ，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)的需求進行開發(fā)設(shè)計，主要實現(xiàn)如下設(shè)計目標： 1. 當 用戶 需要遠程控制的 空調(diào) 開關(guān)時，只要用手機發(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 實現(xiàn)了對 空調(diào) 的控制。 2. 當 用戶 需要遠程控制 窗簾 的開關(guān)時，只要用手機發(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 相連接的 控制器 上，通過 控制器 實現(xiàn)了對 窗簾 的控制。 3. 當 用戶 需要遠程控制 窗戶 的開關(guān)時，只要用手機發(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 實現(xiàn)了對 窗戶 的控制。 4． 當我們需要遠程控制 電視機 的開關(guān)時，只要用手機發(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 相連接的 控制器 上，通過 控制器 實 現(xiàn)了對 電視機 的控制 。 5． 當我們需要遠程控制 空氣加濕器 的開關(guān)時，只要用手機發(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 實現(xiàn)了對 空氣加濕器 的控制。 設(shè)計特點 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。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計 11 2． 家電的信息量小但對實時性要求較高，必須針對當時的家庭環(huán)境進行實時的調(diào)整。 3． 家電運行時所處環(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)的費用降低到一定程度，才能被廣泛認可和接受。 5． 家電完成的功能各有不同，需要達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 Inter 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，列出了系統(tǒng)設(shè)計原則： :家庭自動化產(chǎn)品應當依照國際上流行的相關(guān)協(xié)議進行設(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)互通和長遠發(fā)展。因此，家庭自動化系統(tǒng)應該具有開放的協(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)應該面向低成本、高性能的目標設(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。同時，家庭自動化系統(tǒng)應該能最大程度兼容用戶 原有電器設(shè)備，保護用戶投資。 :高科技帶來的應該是一種享受而絕不是一種負擔。好的家庭自動化產(chǎn)品應該簡便易用、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)計要求主人能夠遠程設(shè)置家居環(huán)境，如圖 32。 平頂山學院本科畢業(yè)設(shè)計 12 圖 32 智能家居邏輯圖 1． 主人可以通過手機設(shè)置空調(diào)溫度。 2． 主人可以通過手機設(shè)置窗簾的開啟和關(guān)閉。 3． 主人可以通過手機設(shè)置窗戶的開啟和關(guān)閉。 4． 主人可以通過手機設(shè)置電視的開關(guān)。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計 13 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)進行快速的溝通。中央家居處理平臺還必須具有良好的擴展性能，以滿足用戶在使用過程中不斷增長的需求點。 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。可以這樣說，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 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 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，如煙霧傳感器負責煙霧中有 害氣體的檢測，煙霧傳感器如圖 41。 圖 41 煙霧傳感器 平頂山學院本科畢業(yè)設(shè)計 14 煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。所以系統(tǒng)采用煙霧傳感器對家用的天然氣、煤氣、煙霧進行監(jiān)控檢測。 氣體煙霧感應器是這個模塊的主要器件； U1BLM323 運算放大器是把采集的信號放大，傳輸?shù)?ZigBee 無線模塊 ,運算放大器是延時作用 ,繼電器是相當一個開關(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)點控制器，然后由紅外發(fā)射芯片 IR6721C 芯片進行家電設(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。 本文采用了加強型的 ZigBee 無線技術(shù)，符合工業(yè)標準應用的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，可實現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明 傳輸；通過無線 ZigBee 進行組網(wǎng)通信，無線功能強大，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 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計 15 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， 單片機為本系統(tǒng)的核心部件，它除了具備單片機最小系統(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進行通信。另外，華為公司的 MC703 模塊價格相對低廉，且支持部分標準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 平頂山學院本科畢業(yè)設(shè)計 16 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 模塊實現(xiàn)家庭系統(tǒng)與手機的通信， 使用戶可以通過短信方式實現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠程控制 [8