基于ZigBee技术的智能家居安防系统设计

西安建筑科技大学信息与控制工程学院 张军霖 于军棋 苏晓峰

基于ZigBee技术的智能家居安防系统设计

西安建筑科技大学信息与控制工程学院 张军霖 于军棋 苏晓峰

随着人们家居生活条件的不断改善，人们的家庭安全防护意识也越来越强，安防系统不再只局限于防盗、防火和防燃气泄漏等方面，而且还要考虑到家里有老人或病人等实际情况，需要为他们配备紧急呼救按钮。传统的智能家居技术多采用有线方式，由于布线麻烦、可扩展性差且线路易老化等原因而逐渐被市场所淘汰。近年来，ZigBee技术作为一种逐渐兴起的无线通信技术，由于其近距离、低功耗、低成本、组网方式灵活等优点，在智能家居安防系统中已得到广泛应用。

一、系统总体框图及工作原理

1. 系统总体框图。系统的总体框图如图1所示，主要有2个部分：前端为ZigBee节点（数据采集部分），后端为主机（主服务器）。ZigBee节点主要由门窗磁、人体红外、烟感传感器、数据处理模块及无线收发模块组成，主机主要由无线收发模块、中央处理器以及一些外围电路组成。这2部分通过ZigBee网络进行无线连接。

图1 系统总体结构

2. 工作原理。主机上有2个功能按键，分别为设防键和撤防键。当主人出门时按下设防键，然后通过手机短信方式由GPRS通知主机进入工作状态。当主人回家时按下撤防键再通过手机短信方式通知主机进入待机状态。待主人进入家中时则按下撤防键，主机便停止工作。

二、系统硬件设计

1. ZigBee节点设计。ZigBee节点的主要功能是采集需要的数据，并将数据处理后发送给主机。ZigBee节点主要由传感器、MCU模块、ZigBee收发模块、存储模块和电源管理模块这5部分组成，包括电源模块指示灯/开关、传感器模块接口。如图2所示。

图2 节点设计

其中，CC2430是Chipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.4GHz射频芯片。CC2430适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点，包括协调器、路由器和终端设备等。它结合了Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计，展示了领先的ZigBee解决方案，满足了以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本、低功耗的要求。CC2430包括一个增强的8051单片机、RF发射接收机、可编程的闪存 RAM、模/数转换器（ADC）、定时器（Timer）、AES-128安全协处理器、看门狗定时器（Watch Timer）等。CC2430在应用于监视、控制网络时，具有低成本、低耗电的特点，而且只需连接少量的外围器件即可使用。

2. 主机设计。主机部分由ARM模块和ZigBee无线收发模块组成。考虑到智能家居系统以后的可扩展性，本设计选用了三星公司的ARM9内核处理器S3C2440A。S3C2440A采用ARM920T内核，具有功耗低、处理速度快、高性能等特点。它包含有3个UART串口、1个AC’97解码接口、1个IIS（Inter-IC Sound Bus）音频编译解码接口、8通道的A/D转换器、2个SPI接口、1个IIC接口（支持多主结构）、4个DMA通道、130个通用I/O口和24个通道外部中断源，1个带日历功能的RTC。S3C2440A的主频为400MHz，最高达553MHz，该频率可以轻松运行μc/osⅡ操作系统。

三、系统软件设计

本设计在软件选择时采用了源代码公开的μc/osⅡ实时操作系统。该系统具有编程简单、易移植、稳定性好、裁剪方便等优点，并且支持多任务调度。系统软件流程图如图3所示。

图3 系统运行流程

四、结论

本文，笔者基于ZigBee无线通信技术，结合μc/osⅡ实时操作系统设计了一套智能家居安防系统。该系统在运行时，能够对现场数据进行实时地采集和分析，当发现紧急情况时，能迅速报警且抓拍现场图像，并通过GPRS向主人手机发送短信，实现了家居安防系统的智能化。在不久的将来，这种智能化的安防系统必将得到更加广泛的应用。