智能家居app开发案例-基于ZigBee和无线Wi-Fi

智能家居app开发案例-基于ZigBee和Wi-Fi的

摘要：根据ZigBee技术及家庭控制网络通信的特点，设计出由ZigBee无线节点和嵌入式网关组成的智能家居系统。系统中引入多种传感器采集环境信息，能够远程控制家电设备，用户能通过手机APP和短信息方式查看系统信息并接收报警。

0引言

深圳智能家居app开发公司《酷点网络》认为：科技的进步以及人们物质生活水平的提高，逐渐推动了智能家居概念的出现。现在，身为物联网的十大应用领域之一，智能家居的应用与生活息息相关。各种无线通信技术的不断发展，使家庭智能系统的智能化和远程控制成为一种现实[1]。对于家庭网络通信而言，传输数据量小，在传输速率上要求不高，网络容量大，家电设备多，所以要求信息实时性好、时延短、成本低[2]。ZigBee作为一种新兴无线网络通信技术，它的低成本、低功耗和较宽的覆盖范围，使其应用在智能家居领域具有很大的优势[3]。针对目前市场上的智能家居产品结构复杂、通用性能不强及用户体验不佳等问题，本文设计并实现了一种更为完善的智能家居系统。Lbs定位：在北京、上海、广州、武汉、成都、东莞、佛山、珠海、中山、惠州、汕头、厦门、南京、苏州、无锡、杭州、厦门、大连、天津、合肥、长沙、贵阳、昆明、南宁、南昌、福州、宁波、温州、郑州、西安、沈阳、济南、青岛、太原、重庆、无锡、青岛、海口智能家居/家电手机app软件开发公司--酷点网络

1系统整体方案设计

1.1系统构成

智能家居系统主要由家庭网关、ZigBee模块、GSM／GPRS模块、Wi-Fi模块、液晶触摸屏、各类传感器以及手机软件终端等组成。家庭网关是整个系统的核心控制部分，其中ZigBee 协调器负责无线采集和控制网络的链接、数据的分析以及指令的下达；ZigBee各模块则是采集环境信息并根据指令对底层设备进行控制。系统总体框图如图1所示。

基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统

用户可通过远程网络或者手机软件把控制命令发送给家庭网关，由ZigBee协调器对下面负责环境信息采集或控制家电的各个ZigBee模块进行控制，家庭网关也能通过GPRS或Wi-Fi 向手机软件反馈设备运行状况和采集到的数据。当设置在家中的传感器探测到有异常情况时，不仅家中的报警器会开始报警，系统还会通过GSM／GPRS模块向用户的手机发送报警短信。

1.2ZigBee网络拓扑结构

ZigBee的网络拓扑结构主要有3种：星形、树形、网形。星形网结构简单，成本低，但是通信会受到距离的限制，覆盖范围小；树形网存在路由，所以覆盖范围比星形网要大，但是一旦某个路由发生故障，与其相连的节点就会从网络中断开；网形网结构较复杂，覆盖范围大，可靠性能较高。

居住面积不大的家庭用星形网有较高的性价比，如果居住面积较大则用网形网络会有更好的效果。本智能家居系统选用星形网络建立拓扑结构。

2系统硬件设计

2.1家庭网关主控制器

本智能家居系统的设计中，网关主控制器的控制芯片采用了三星公司的S3C6410，它是16/32位RISC微处理器，采用ARM1176JZF-S内核，主频达到667MHz，能够满足系统对实时性的要求。S3C6410支持最大分辨率为1024×1024的TFT24bit LCD屏，具有2路IIC、4路UART 以及全功能的SPI，它还有两个PCM Audio接口、两个USB接口和SD／MMC接口，可以非

常方便地进行外围扩展。S3C6410价格低、性能高且功耗低，完全符合本设计要求。在添加了电源模块、GSM／GPRS模块、触摸屏以及Wi-Fi模块等外围电路后，便组成了家庭网关主控制器。网关内核心模块关系图如图2所示。

基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统

2.2ZigBee模块

本设计中ZigBee模块分为射频收发模块和底层控制板两个部分。

射频收发模块采用美国德州仪器公司的CC2530芯片作为控制芯片。CC2530芯片是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE上的一个真正片上系统解决方案，它能够用低成本的材料组建强大的网络节点，能够友好地支持低功耗无线通信。底层控制板与射频收发模块相连，上面有一个8位拨码开关输入、2路数字量输入、2路数字量输出、1路模拟量输入、1路模拟量输出以及1个IIC总线接口。其中，ZigBee协调器模块通过RS232串口与家庭网关相连接。底层控制板的通用性良好，根据8位拨码开关可选择自身的功能，用户能够根据需求对底层的节点进行扩展。

2.3GSM／GPRS模块

本设计中采用了晨讯科技的GSM／GPRS模块SIM300。SIM300是小体积即插即用模组中完善的GSM／GPRS解决方案，它内嵌强大的TCP／IP协议栈，能够以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM300上电后自动附着在GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时收发远端用户设备和控制中心的数据[4]。网关通过RS232串口与SIM300连接，并以AT指令控制其打电话、发短信。

3系统软件设计

系统软件的设计包含3个部分：网关控制部分、ZigBee网络部分以及手机应用软件。系统软件结构图如图3所示。

基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统

3.1网关主控制器的程序设计

网关主控制器采用Linux系统作为开发平台。它的驱动程序非常丰富，支持多任务及各种主流的硬件设备，用户可以根据自己的需求对它进行修改。

网关初始化之后可以接收来自手机端和触摸屏的命令及ZigBee协调器的数据，之后根据命令和对数据分析的结果通过ZigBee协调器向底层设备发送控制指令，并将底层设备的运行状态通过Wi-Fi发送至手机软件。网关的主程序流程图如图4所示。

基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统

3.2ZigBee模块的程序设计

ZigBee模块的程序包含了协调器和子节点两个部分。

协调器是整个ZigBee网络的核心，负责整个ZigBee网络的建立、节点之间信息的传递以及和家庭网关交换数据。

协调器在初始化之后开始自动扫描，若有节点申请加入网络，协调器会检查该节点是否入过网，若是没有，协调器会给该节点分配一个16位的网络地址和节点编号并在节点地址表中增加该节点的信息。协调器会收集子节点发送的数据，并按设定好的周期和数据格式将其送至家庭网关；家庭网关向协调器传达命令后，协调器通过分析再将命令转发至相应的节点。协调器的程序流程图如图5所示。

基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统