【正文】 state=SMS_Standby。 // rf905 模塊初始化 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 GSM_init()。 // 中斷初始化 LCD_Display()。 // LCD 初始化 Uart1_init()。各個(gè)功能以模塊的形式實(shí)現(xiàn)，各個(gè)模塊的切換通過狀態(tài)機(jī)的完成 [11]。 圖 47 電路原理圖 主機(jī)的單片機(jī)采用 ARM的 ATmega128， 具有 4K的 EPROM， 4K的 SRAM，支持 8個(gè)外部中斷， 53個(gè)可編程 I/O口 [3]，完全滿足系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)要求。每個(gè)智能終端在正確接收到中心控制器的控制信號(hào)后，必須根據(jù)信號(hào)完成相應(yīng)家庭內(nèi)部的控制工作，所以家電設(shè)備的控制信號(hào)都是由統(tǒng)一的嵌入式服務(wù)器終端模塊外編碼完成的[10]。因此系統(tǒng)中主機(jī)的軟件控制成為關(guān)鍵因素。 圖 46 服務(wù)器控制端硬件結(jié)構(gòu)框圖 整個(gè)系統(tǒng)以智能家居中心控制臺(tái)做為信息的控制中心，負(fù)責(zé)各個(gè)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(shí)分別接收主機(jī)發(fā)送的空調(diào)控制信號(hào)，主機(jī)通過程序查詢的方式獲取此信息。 圖 45 MC703模 塊 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(gè)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(dòng)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]。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)模塊可以方便用戶使用各種移動(dòng)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。 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。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。 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(hào)覆蓋如圖 43。 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(hào)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。所以系統(tǒng)采用煙霧傳感器對(duì)家用的天然氣、煤氣、煙霧進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，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。 傳感器節(jié)點(diǎn) WSN 網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì) WSN 模塊主要是以 AT89C51 為核心處理器，使用多個(gè) I/O 口進(jìn)行傳感器檢測(cè)陣列的信號(hào)采集，其中包括溫度、濕度、光線、煙霧有害氣體等信號(hào)的檢測(cè)，如煙霧傳感器負(fù)責(zé)煙霧中有 害氣體的檢測(cè)，煙霧傳感器如圖 41。由此可見，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。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。第二種則直接利用家用電腦去控制各種家電設(shè)備。 目前已經(jīng)出現(xiàn)的主流中央家居處理平臺(tái)分為兩類，其中一類平臺(tái)是網(wǎng)關(guān)式中央家居 處理平臺(tái)。 中央處理平臺(tái)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(hào)，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。 4． 主人可以通過手機(jī)設(shè)置電視的開關(guān)。 2． 主人可以通過手機(jī)設(shè)置窗簾的開啟和關(guān)閉。功能的設(shè)計(jì)要求主人能夠遠(yuǎn)程設(shè)置家居環(huán)境，如圖 32。好的家庭自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)該簡(jiǎn)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。同時(shí)，家庭自動(dòng)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。 :人們購(gòu)買家庭自動(dòng)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。 :采用模塊化的設(shè)計(jì)可以適應(yīng)各種場(chǎng)合的需要，保障用戶的利益并允許系統(tǒng)的逐步到位。 :目前，在智能住宅、家庭自動(dòng)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(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。 6． 從用戶的角度來說，用戶需要簡(jiǎn)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(shí)需要考慮的問題有很多。 4． 家庭用戶對(duì)于價(jià)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。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 2． 家電的信息量小但對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，必須針對(duì)當(dāng)時(shí)的家庭環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。 5． 當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制 空氣加濕器 的開關(guān)時(shí)，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(shí)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(duì) 空氣加濕器 的控制。 3. 當(dāng) 用戶 需要遠(yuǎn)程控制 窗戶 的開關(guān)時(shí)，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(shí)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(duì) 窗戶 的控制。 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(jì)，主要實(shí)現(xiàn)如下設(shè)計(jì)目標(biāo)： 1. 當(dāng) 用戶 需要遠(yuǎn)程控制的 空調(diào) 開關(guān)時(shí)，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(shí)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(duì) 空調(diào) 的控制。系統(tǒng)流程如圖 31。傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，檢測(cè)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。 實(shí)際業(yè)務(wù)工作流程 整個(gè)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。 智能家居產(chǎn)品為家居環(huán)境、家電設(shè)備提供一個(gè)共享的接入中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)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。同時(shí)越來越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡(jiǎn)單的智能，更要求整個(gè)系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡(jiǎn)單、方便、輕松、安全。 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。例如一個(gè)進(jìn)行 WWW 瀏覽的用戶，大部分時(shí)間處于瀏覽狀態(tài)，而真正用于數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間只占很小比例。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。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信 道，建立連接。如此，使用者既可聯(lián)機(jī)上網(wǎng)，參加視訊會(huì)議等互動(dòng)傳播，而且在同一個(gè)視訊網(wǎng)絡(luò)上（ VRN）的使用者，甚至可以無需通過撥號(hào)上網(wǎng)，而持續(xù)與網(wǎng)絡(luò)連接。 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(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。 GPRS 經(jīng)常被描述成“ ”，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（ 2G）和第三代（ 3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。 GPRS 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包?Packet）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。 GPRS 通信模塊 GPRS 是通用分組無線服務(wù)技術(shù)（ General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱 ，它是 GSM平頂山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。基于 MEMS 的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景。不過這些問題并不是不可逾越的，一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品已經(jīng)上市，并且 具備引人入勝的功能的新產(chǎn)品也會(huì)在幾年之內(nèi)出現(xiàn)。而現(xiàn)在，大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)只連接了不到 100 個(gè)節(jié)點(diǎn)，更多的節(jié)點(diǎn)以及通訊線路會(huì)使其變得十分復(fù)雜難纏而無法正常工作。它甚至被人稱為一種全新類型的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)，這就是因?yàn)樗鼌^(qū)別于過去硬件的可到處散布的特點(diǎn)以及集體分析能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò) [6]。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。 ZigBee 的這些特點(diǎn)使之最適合作 為傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 8. 免執(zhí)照頻段。 7. 高安全。 6. 高容量。 ZigBee 的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需 15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需 30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。傳輸范圍一般介于 10～ 100m之間，在增加 RF 發(fā)射功率后，亦可增加到 13km。 ZigBee 工作在 250kbps 的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議（不到藍(lán)牙的 1/10），降低了對(duì)通信控制器的要求，按 預(yù)測(cè)分析，以 8051 的 8 位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要 32KB 代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至 4KB 代碼，而且 ZigBee 免協(xié)議專利費(fèi)。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、 WiFi 可工作數(shù)小時(shí)。在低耗電待機(jī)模式下， 2 節(jié) 5 號(hào)干電池可支持 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)工作 624 個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。這樣的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備一定的軟、硬件健壯性和容錯(cuò)性。 4. 節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。 WSN 是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)；一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其它故障，退出 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為 ,節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、 自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。 圖 22 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1. 無中心。這些節(jié)點(diǎn)通過無線自組織傳輸網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任 意地點(diǎn)的信息在任意時(shí)間的采集、處理和分析 [5]。 應(yīng)用層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)是協(xié)議棧的最上層用戶。前者具備控制器 (Controller)的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換；后者電路較為簡(jiǎn)單且存儲(chǔ)體容量較小，只能 傳送數(shù)據(jù)給 FFD 或從FFD 接收數(shù)據(jù)。 LLC 子層功能包括傳輸可靠性保障、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸； MAC 層通過SSCS ( Service — Specific Convergence Sub layer，業(yè)務(wù)相關(guān)的會(huì)聚子層 ) 協(xié)議能支持多種 LLC 標(biāo)準(zhǔn)，其功能包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和拆除、確認(rèn)模式的幀傳送與接收、信道接入控制、幀校驗(yàn)、預(yù)留時(shí)隙管理和廣播信息管理。其中 波段為全球統(tǒng)一的無需申請(qǐng)的 ISM 頻段， 有助于 ZigBee 設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低，該頻段的物理層使用了 16 個(gè)信道、 250kb/s 的傳輸速率。完整的 ZigBee 協(xié)議套件由高層應(yīng)用層、 應(yīng)用會(huì)聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。 ZigBee 技術(shù)譯為紫蜂技術(shù)，是一個(gè)有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)，被稱作 (ZigBee) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)化方面， 工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和 MAC 層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面的工作將由 ZigBee 聯(lián)盟負(fù)責(zé) 。傳感 器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間距離很短，一般采用多跳 (multihop)的無線通信方式通信。 ZigBee 技術(shù) 無線傳感器技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域內(nèi)研究的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。主要介紹系統(tǒng)各個(gè)部分設(shè)計(jì)。主要介紹系統(tǒng)功能需求性。主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的技術(shù)工具。主要介紹物聯(lián)網(wǎng)智能家居的背景、意義、現(xiàn)狀。所以目前在中國(guó)只有少部分用于試點(diǎn)研究安裝，真正用于生活的還不多見。 國(guó)內(nèi)從事智能家居行業(yè)的生產(chǎn)廠家魚龍混雜，良莠不齊，有獨(dú)立從事智能家居系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)，有家電行業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)，有安防企業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)的，還有運(yùn)營(yíng)商也參與到智能家居行業(yè)的，各自的出發(fā)點(diǎn)不同，所以生產(chǎn)出的產(chǎn)品也就各不相同產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，影響了消費(fèi)者對(duì)智能家居產(chǎn)品的信任；再者智能家居行業(yè)的售后服務(wù)水平較低，智能家居系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性較大，出問題的幾率相對(duì)較高，這時(shí)候如果售后服務(wù)不能到位的話則會(huì)嚴(yán)重影響客戶