基于ZigBee的智能家居系统设计

刘钊 刘洁琳 孟思彤

沈阳理工大学

基于ZigBee的智能家居系统设计

刘钊 刘洁琳 孟思彤

沈阳理工大学

目前人们对家居型智能生活设备的需求越来越多，针对此现象本文提出一种基于ZigBee和OpenWrt以及Android技术开发的智能家居系统。此系统实现以下功能：①网络遥控家电：通过移动端对不同类型的家电进行控制，如空调的开关、定时、温度自定义控制；也可在移动端远程控制灯和窗帘的开关；加湿器自动打开、关闭等；②环境监测报警：利用不同类型的传感器检测是否有人非法侵入室内，或发生燃气泄漏、火灾等，在发生险情时移动端做出相应的报警提醒；③智能楼宇对讲：客人访问时可以在门口输入门牌号与主人进行视频通话，待主人确认后通过手机进行远程遥控开门。

智能家居 ZigBee 楼宇对讲

ZigBee通信技术用于智能家居系统具有明显的优势，本文开发的基于ZigBee和OpenWrt以及Android技术的系统设计主要分为以下三部分：下位机设计、网关设计以及上位机Android应用程序设计。其中，网关设计将ZigBee技术和OpenWrt技术结合是网关实现自身功能的关键。

1 系统总结构设计

此智能家居系统结构化清晰分工明确，移动终端、数据采集及控制、网关三大模块整体结构如图1所示。

图1 总体结构图

2 网关设计

网关部分由ZigBee和RT5350两种开发板集合而成。目的是实现ZigBee网络和Wifi网络的相互通信功能，然而其最简单的方式是通过串口连通两种开发板。首先在LINUX系统（本文选用Ubuntu系统）下更改rt5350的串口配置文件。将openwrt/ trunk/target/linux/ramips/dts目录下的rt5350.dtsi配置文件的串口控制语句禁用状态status=“disabled”改为开启状态status=“okay”；其次要修改rt5350.dtsi配置文件中的设备节点，使得目的端口得以使用，即将bootargs=“console=ttys0,57600”更改为bootargs=“console=ttys1,57600”；最后启动rt5350开发板，在启动文件内首行添加set2net，使得开发板实现开机自启动调试串口。

综上所述就实现了ZigBee协调器和RT5350开发板的通信功能，这样ZigBee节点在组网、信息采集、控制节点等工作时与RT5350部分互不影响，在工作原理上相对独立，在功能上相互配合。软硬件通信自如，整个网关完成了数据的收集与转发以及移动终端对节点控制命令的任务。

3 总体硬件设计

3.1 ZigBee节点总体设计

网关部分负责组网工作的ZigBee模块是协调器，实现数据的采集以及控制操作的节点就是终端节点。节点内部工作模块按功能来分，主要包含了传感器模块、数据处理模块、通信模块和电源模块四个部分。

传感器模块负责整个系统中对家庭环境的监控功能，以及为家庭相应家电提供数据反馈功能；数据处理模块包括微控制器和UART接口等，最终完成采集数据的分析和对家电的制动；通信模块的功能是负责无线信号的收发；电源模块为节点提供一个稳定的电压环境。

3.2 Wifi转红外转换器设计

Wifi转红外转换器集成wifi模块、单片机CPU和红外发射头，实现wifi数据的接收与发送、串口数据的准确解析、红外电平的发射。本模块的单片机中控CPU处理编码与红外协议的转化，CPU程序中具备对串口数据读取、定时、红外电平控制的功能。此外还添加了定时控制，这是为了提高自身的信号抗干扰能力。本模块中传递的数据需要按照自定义的编码规则，发射出与家电匹配的红外信号。

4 楼宇对讲模块服务器设计

服务器和客户端皆选用java语言在Eclipse平台上开发。服务器又分为业务服务器和核心服务器，业务服务器负责上层业务逻辑的处理以及业务通信指令集的解析等，核心服务器负责网络的连接、通信功能，其中p2p穿透过程中的协助工作以及流媒体数据转发工作也是在此部分完成的。

5 Android应用程序设计

移动端APP分为三层，第一层负责软、硬件与服务器连接，输入服务器的IP地址即可；第二层是系统功能界面，包括此系统各项具体功能的图标，点击每个图标可以跳转到各自的具体操作页面；第三层供用户查看环境监控情况、家电控制以及实现楼宇对讲等。

6 总结

本文对智能家居系统的相关技术进行了研究与实践，整个系统的结构清晰明了、功能健全、拓展性强，为人们的生活带来便利，用户体验良好。此系统存在的不足之处是在安全方面没有做太多工作，这也势必成为我今后对本课题的研究重点。

[1]祁凯,张国煊,申兴发.无线传感器网络节点的系统设计.杭州电子科技大学学报,2009,(04)

[2]张学磊,曾祥源.基于安卓系统手机WiFi的家用智能遥控器开发.电子世界,2013,（22）

刘钊(1992—)男，河北沧州人，计算机技术专业，研究方向：系统监控与网络管理技术。孟思彤（1993—）女，辽宁本溪人，沈阳理工大学攻读硕士研究生学位，研究方向：系统监控与网络管理技术。