基于物联网的智能家居综合系统设计
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2013.21
设计与研发
基于物联网的智能家居综合系统设计
张慧颖 ( 吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林 132022)
摘要 ：本文结合新一代信息技术物联网技术，设计了基于物联网的智能家居综合系统。该系统以 STM32 为核心处理器，采用 ZigBee 技术将家居环境参数和家用设备及安防系统联系起来，以实现数据的无线通信。可通过以太网实现家居环境远程监 控 ；可利用 GSM/GPRS 通信技术实现用户的远程控制。测试结果表明该系统运行稳定、覆盖面广、测量准确、安装简单。 关键词 ：物联网、STM32、智能家居、GSM/GPRS
初始化Zigbee协议栈
设置网络PAN ID 设置网络PAN
Co-ordinator短地址 选择射频频率通道
参考文献
[1] 田景熙 . 物联网概论 [M]. 南京 ：东南大学出版社，2010. [2] 魏宏飞，黄宗建，吴会敏 . 基于物联网的智能家居系统探索
[J]. 电子测试，2013(6) ：79-80. [3] 王龙山，马珺 . 基于物联网的家居综合监测系统 [J]. 电子
40 DCUOPL
1 GND
2 GND
3 GND
4 GND P1.5/SCLK
5 P1_5 P1.4/CS
6 P1_4 P1.3
7 P1_3 P1.2
8 P1_2 P1.1
9 P1_1
10 DVDD2
CC2530
RBIAS 30 AVDD0 29 AVDD1 28 AVDD2 27
RF_N 26 RF_P 25 AVDD3 24 XOSC_Q2 23 XOSC_Q1 22 AVDD5 21
本系统主要由终端子节点、ZigBee 路由节点和协调器节 点、中央控制单元、GSM/GPRS 和以太网通信单元等部分组成。中 央控制器是该系统的核心，采用高性能、低成本、低功耗的 32 位 ARM Cortex-M3 内核增强型处理器 STM32F103R6 芯片。智能家居 系统总体设计如图 1 所示。
给路由节点，由路由节点再将信息传递给 ZigBee 协调器 ；同样， 操作。该模块由 AT89C52 和光敏电阻、热释电传感器和继电器驱
当工作站或者运行平台发出命令时也是通过路由节点传递到各 动构成。ZigBee 无线收发模块通过串口方式与灯具控制器相连，
个终端设备。第二层网络层，在该层中央控制器是核心，在系统中 可将采集到的信息传送到用户手机，用户通过手机即可控制灯光
在 系 统 中，Zigbee 协 调 器 负 责 启 动 网 络，根 据 情 况 选 择 合适的信息组建网络，同时，通过串口与中央控制器相连，实现 信息汇聚和用户命令向下发放，Zigbee 协调器是系统的桥梁。 Zigbee 协调器软件流程如图 4 所示。
N
空调控制 灯光控制 门窗控制 家居安全检测 安防系统
技术应用，2013(39) ：78-81.
启动网络 其他设备加入网络
开始传输数据 图 5 协调器软件流程
27
C10
12 XTAL2
C8
2 3.6V 1uF
15pF C11
15pF
31 AVDD6
32 P2_4X/OSC32K_Q1
33 P2_3X/OSC32K_Q2 P2.2
34 P2_2 P2.1
35 P2_1
36 P2_0 P1.7/MISO
37 P1_7 P1.6/MOSI
38 P1_6
39 DVDD1
0 引言
2 系统组成及工作原理
智能家居是通过计算机技术、布线技术、网络通信技术将家 庭中零碎的、无序的子系统组织在一起，通过网络化技术对家居 环境进行管理和控制。但是目前大多数智能家居产品采用有线 通信方式，存在布线麻烦、安装困难等缺点。随着新一代信息技术 物联网技术的兴起，可以将物联网技术融入智能家居系统，解决 了传统智能家居系统的弊端。本文以 STM32 为核心处理器，基于 ZigBee 无线通信技术组建无线传感网络，与 GSM/GPRS 和以太网 技术融为一体，实现用户对智能家居的远程监控。
用户通信，从而实现人与物之间的互联。第三层应用服务层，借助 MM1192 将空调控制器进行改进 , 进而实现对空调系统的远程控
GSM/ GPRS 网络可以将采集信息传送至手持设备、PC 客户端，实 制。
现用户的远程监测和控制，为用户提供一个人机交互平台 [2]。 3.4 无线通信模块
3 硬件设计
3.1 家居检测模块
Y 是否异常？
N 温湿度检测
是否异常？ Y N
可燃气体检测
是否异常？ Y N
光照强度检测
Y 是否异常？
N 烟雾检测
Y 是否异常？
N 结束
图 4 系统总体流程图
GPRS告知用户 以太网告知控制中心
5 结论
本文以 STM32 和 ARM 系统为核心构成中央平台，实现对家居 环境的检测和控制 ；并利用物联网技术，借助 Zigbee 无线传输 模块，采用星型网络拓扑结构，实现检测控制终端和中央控制器 之间的无线通信。同时，用户还可以通过 GSM/GPRS 网络实现远程 监控。该系统具有低功耗、监测效率高、覆盖范围大、实时性好等 特点，具有较好的应用前景。
[5] 严萍 . 基于物联网技术的智能家居系统 [J]. 南京大学学 报，2012(1) ：26-32.
VBATI+
SIM手机卡 电源模块
开始 系统初始化
RXD0 TXD0 /RINGO /IGT
STM32
图 3 MC35i 硬件电路图
4 软件设计
系统软件设计采用模块化的编程思想进行，包括主程序、 终 端采集子程序、ZigBee 无线通信子程序、RS232 通信子程序。当 系统启动后，系统根据当前状态进行分析，如果正常执行各部分 子程序，当有警报发生时，系统打开 GSM/GPRS 通讯模块进行报 警。系统是基于 ARM 嵌入式的开发平台进行的，采用模块式设计 结构。
P0.2/RX 17 P0_2
P0.1 18 P0_1
P0.0 19 P0_0
RESET 20 RESET_N
图 2 无线通信模块
26
2013.21
设计与研发
源自文库
过该模块的异步串行收发器与其交互。MC35i 需要外接天线，而 且自带 SIM 接口，硬件连接如图 3 所示。
MC35i
天线
[4] 张红琴，夏婷 . 基于物联网的智能家居系统设计 [J]. 南京 大学学报，2012(1) ：26-32.
图 1 系统结构框图
25
设计与研发
2013.21
根据物联网的结构，本系统由三层构架组成。第一层数据感 3.3 家居控制模块
知层，由各类传感器搭载 ZigBee 无线通信模块组成终端子节
家居控制模块主要完成灯光、空调和门窗的远程控制。灯光
点，终端子节点将采集到的信息通过 ZigBee 无线通信模块传送 控制可以使用户通过控制移动设备完成对各灯具的开关、调光等
1 物联网介绍
物联网是顾名思义是物与物之间相互联系的互联网。物联 网将传感器技术、网络通信技术、识别技术融为一体，按约定的协 议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，这意味 着人与物之间、物与物之间都可以通过网络进行信息的交换和处 理。物联网具有三层构架 ：第一层是用来识别和采集信息的感知 层 ；第二层是网络信息汇聚层 ；第三层是应用服务层 [1]。
承担网络中继的作用，主要实现协调器融合的内部网络信息与外 系统。
部网络之间通信构建物联网。在该层通过 ZigBee 收发模块实现
空调远程控制模块实现用户通过手机即可远程控制空调。
采集终端的数据和前端设备通信，通过 GSM 或者网络形式实现与 但 是 在 现 今 空 调 采 用 HBS 总 线 方 式，利 用 HBS 总 线 通 信 模 块
Design of Smart Home IntegTrahtiendgsSystem Based on Internet of
Zhang Huiying
(Jilin Institute Of Chemical Technology,Jilin 132022)
Abstract ： In this paper, due to a new generation of information technology, an smart home integrated system based on IOT is designed.The core processors of this system is STM32, the parameters of home environment and household equipment and security systems linked by using ZigBee technology,so that wireless data communication could be realized.Through Internet，so that the remote monitoring of home environment can be achieved ；using GSM / GPRS communication technology ,so that remote control of the user's is achieved. Test results show that the system runs stably、widely covered, measure accurately、installed easily. Keywords ：Internet of Things;STM32;smart home; GSM / GPRS
该模块由 ZigBee 无线通信模块和传感器组成，传感器主要 完成数据的采集。将温湿度传感器 SHT11、烟雾传感器 MQ-6、气 敏传感器 TGS813 和开关型可见光照强度传感器 ON9668 连接到 CC2530 的 P2.0- P2.4 口上，实现家居环境检测 [3]。
本设计采用美国 TI 公司生产的 CC2530 射频芯片来完成 ZigBee 组网通信。CC2530 是一款内部具有增强型 8051 微控制 器内核的无线微型控制器，它兼容 2.4GHz、IEEE802.15.4 协议 和 ZigBee 技术的片上芯片，拥有 128KB 的系统内可编程闪存和 8KBRAM ；具有强大的 5 通道 DMA，低功耗、低电流等特点。CC2530 与 STM32 处理器连接也很简单，电路如图 2 所示。
R1 56KΩ
L2
2nH
C1
C3
18pF C2 18pF
1pF L1 2nH
C5
1pF
Y1
1
2
XTAL1
C6
C7
27pF
27pF
C4 2.2pF
P1.0 11 P1_0
P0.7 12 P0_7
P0.6 13 P0_6
P0.5 14 P0_5
P0.4/CTS 15 P0_4
P0.3/TX 16 P0_3
3.2 红外监测模块
该模块采用豪恩公司的普通双源被动红外传感器 LH-912E 安装在室内，当有人员入侵时进行判断报警。该探测器采用红外 融合微波技术，可以准确无误的判断并实现报警。
3.5 GSM/GPRS 通讯模块
通讯模块采用 Siemens 公司的新一代 GSM/GPRS 双频模块 MC35i，该模块外围电路简单，工作频段可以是 900 MHz 和 1800 MHz 两个频段。该模块集成基带处理器和射频电路，微处理器通
设计与研发
基于物联网的智能家居综合系统设计
张慧颖 ( 吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林 132022)
摘要 ：本文结合新一代信息技术物联网技术，设计了基于物联网的智能家居综合系统。该系统以 STM32 为核心处理器，采用 ZigBee 技术将家居环境参数和家用设备及安防系统联系起来，以实现数据的无线通信。可通过以太网实现家居环境远程监 控 ；可利用 GSM/GPRS 通信技术实现用户的远程控制。测试结果表明该系统运行稳定、覆盖面广、测量准确、安装简单。 关键词 ：物联网、STM32、智能家居、GSM/GPRS
初始化Zigbee协议栈
设置网络PAN ID 设置网络PAN
Co-ordinator短地址 选择射频频率通道
参考文献
[1] 田景熙 . 物联网概论 [M]. 南京 ：东南大学出版社，2010. [2] 魏宏飞，黄宗建，吴会敏 . 基于物联网的智能家居系统探索
[J]. 电子测试，2013(6) ：79-80. [3] 王龙山，马珺 . 基于物联网的家居综合监测系统 [J]. 电子
40 DCUOPL
1 GND
2 GND
3 GND
4 GND P1.5/SCLK
5 P1_5 P1.4/CS
6 P1_4 P1.3
7 P1_3 P1.2
8 P1_2 P1.1
9 P1_1
10 DVDD2
CC2530
RBIAS 30 AVDD0 29 AVDD1 28 AVDD2 27
RF_N 26 RF_P 25 AVDD3 24 XOSC_Q2 23 XOSC_Q1 22 AVDD5 21
本系统主要由终端子节点、ZigBee 路由节点和协调器节 点、中央控制单元、GSM/GPRS 和以太网通信单元等部分组成。中 央控制器是该系统的核心，采用高性能、低成本、低功耗的 32 位 ARM Cortex-M3 内核增强型处理器 STM32F103R6 芯片。智能家居 系统总体设计如图 1 所示。
给路由节点，由路由节点再将信息传递给 ZigBee 协调器 ；同样， 操作。该模块由 AT89C52 和光敏电阻、热释电传感器和继电器驱
当工作站或者运行平台发出命令时也是通过路由节点传递到各 动构成。ZigBee 无线收发模块通过串口方式与灯具控制器相连，
个终端设备。第二层网络层，在该层中央控制器是核心，在系统中 可将采集到的信息传送到用户手机，用户通过手机即可控制灯光
在 系 统 中，Zigbee 协 调 器 负 责 启 动 网 络，根 据 情 况 选 择 合适的信息组建网络，同时，通过串口与中央控制器相连，实现 信息汇聚和用户命令向下发放，Zigbee 协调器是系统的桥梁。 Zigbee 协调器软件流程如图 4 所示。
N
空调控制 灯光控制 门窗控制 家居安全检测 安防系统
技术应用，2013(39) ：78-81.
启动网络 其他设备加入网络
开始传输数据 图 5 协调器软件流程
27
C10
12 XTAL2
C8
2 3.6V 1uF
15pF C11
15pF
31 AVDD6
32 P2_4X/OSC32K_Q1
33 P2_3X/OSC32K_Q2 P2.2
34 P2_2 P2.1
35 P2_1
36 P2_0 P1.7/MISO
37 P1_7 P1.6/MOSI
38 P1_6
39 DVDD1
0 引言
2 系统组成及工作原理
智能家居是通过计算机技术、布线技术、网络通信技术将家 庭中零碎的、无序的子系统组织在一起，通过网络化技术对家居 环境进行管理和控制。但是目前大多数智能家居产品采用有线 通信方式，存在布线麻烦、安装困难等缺点。随着新一代信息技术 物联网技术的兴起，可以将物联网技术融入智能家居系统，解决 了传统智能家居系统的弊端。本文以 STM32 为核心处理器，基于 ZigBee 无线通信技术组建无线传感网络，与 GSM/GPRS 和以太网 技术融为一体，实现用户对智能家居的远程监控。
用户通信，从而实现人与物之间的互联。第三层应用服务层，借助 MM1192 将空调控制器进行改进 , 进而实现对空调系统的远程控
GSM/ GPRS 网络可以将采集信息传送至手持设备、PC 客户端，实 制。
现用户的远程监测和控制，为用户提供一个人机交互平台 [2]。 3.4 无线通信模块
3 硬件设计
3.1 家居检测模块
Y 是否异常？
N 温湿度检测
是否异常？ Y N
可燃气体检测
是否异常？ Y N
光照强度检测
Y 是否异常？
N 烟雾检测
Y 是否异常？
N 结束
图 4 系统总体流程图
GPRS告知用户 以太网告知控制中心
5 结论
本文以 STM32 和 ARM 系统为核心构成中央平台，实现对家居 环境的检测和控制 ；并利用物联网技术，借助 Zigbee 无线传输 模块，采用星型网络拓扑结构，实现检测控制终端和中央控制器 之间的无线通信。同时，用户还可以通过 GSM/GPRS 网络实现远程 监控。该系统具有低功耗、监测效率高、覆盖范围大、实时性好等 特点，具有较好的应用前景。
[5] 严萍 . 基于物联网技术的智能家居系统 [J]. 南京大学学 报，2012(1) ：26-32.
VBATI+
SIM手机卡 电源模块
开始 系统初始化
RXD0 TXD0 /RINGO /IGT
STM32
图 3 MC35i 硬件电路图
4 软件设计
系统软件设计采用模块化的编程思想进行，包括主程序、 终 端采集子程序、ZigBee 无线通信子程序、RS232 通信子程序。当 系统启动后，系统根据当前状态进行分析，如果正常执行各部分 子程序，当有警报发生时，系统打开 GSM/GPRS 通讯模块进行报 警。系统是基于 ARM 嵌入式的开发平台进行的，采用模块式设计 结构。
P0.2/RX 17 P0_2
P0.1 18 P0_1
P0.0 19 P0_0
RESET 20 RESET_N
图 2 无线通信模块
26
2013.21
设计与研发
源自文库
过该模块的异步串行收发器与其交互。MC35i 需要外接天线，而 且自带 SIM 接口，硬件连接如图 3 所示。
MC35i
天线
[4] 张红琴，夏婷 . 基于物联网的智能家居系统设计 [J]. 南京 大学学报，2012(1) ：26-32.
图 1 系统结构框图
25
设计与研发
2013.21
根据物联网的结构，本系统由三层构架组成。第一层数据感 3.3 家居控制模块
知层，由各类传感器搭载 ZigBee 无线通信模块组成终端子节
家居控制模块主要完成灯光、空调和门窗的远程控制。灯光
点，终端子节点将采集到的信息通过 ZigBee 无线通信模块传送 控制可以使用户通过控制移动设备完成对各灯具的开关、调光等
1 物联网介绍
物联网是顾名思义是物与物之间相互联系的互联网。物联 网将传感器技术、网络通信技术、识别技术融为一体，按约定的协 议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，这意味 着人与物之间、物与物之间都可以通过网络进行信息的交换和处 理。物联网具有三层构架 ：第一层是用来识别和采集信息的感知 层 ；第二层是网络信息汇聚层 ；第三层是应用服务层 [1]。
承担网络中继的作用，主要实现协调器融合的内部网络信息与外 系统。
部网络之间通信构建物联网。在该层通过 ZigBee 收发模块实现
空调远程控制模块实现用户通过手机即可远程控制空调。
采集终端的数据和前端设备通信，通过 GSM 或者网络形式实现与 但 是 在 现 今 空 调 采 用 HBS 总 线 方 式，利 用 HBS 总 线 通 信 模 块
Design of Smart Home IntegTrahtiendgsSystem Based on Internet of
Zhang Huiying
(Jilin Institute Of Chemical Technology,Jilin 132022)
Abstract ： In this paper, due to a new generation of information technology, an smart home integrated system based on IOT is designed.The core processors of this system is STM32, the parameters of home environment and household equipment and security systems linked by using ZigBee technology,so that wireless data communication could be realized.Through Internet，so that the remote monitoring of home environment can be achieved ；using GSM / GPRS communication technology ,so that remote control of the user's is achieved. Test results show that the system runs stably、widely covered, measure accurately、installed easily. Keywords ：Internet of Things;STM32;smart home; GSM / GPRS
该模块由 ZigBee 无线通信模块和传感器组成，传感器主要 完成数据的采集。将温湿度传感器 SHT11、烟雾传感器 MQ-6、气 敏传感器 TGS813 和开关型可见光照强度传感器 ON9668 连接到 CC2530 的 P2.0- P2.4 口上，实现家居环境检测 [3]。
本设计采用美国 TI 公司生产的 CC2530 射频芯片来完成 ZigBee 组网通信。CC2530 是一款内部具有增强型 8051 微控制 器内核的无线微型控制器，它兼容 2.4GHz、IEEE802.15.4 协议 和 ZigBee 技术的片上芯片，拥有 128KB 的系统内可编程闪存和 8KBRAM ；具有强大的 5 通道 DMA，低功耗、低电流等特点。CC2530 与 STM32 处理器连接也很简单，电路如图 2 所示。
R1 56KΩ
L2
2nH
C1
C3
18pF C2 18pF
1pF L1 2nH
C5
1pF
Y1
1
2
XTAL1
C6
C7
27pF
27pF
C4 2.2pF
P1.0 11 P1_0
P0.7 12 P0_7
P0.6 13 P0_6
P0.5 14 P0_5
P0.4/CTS 15 P0_4
P0.3/TX 16 P0_3
3.2 红外监测模块
该模块采用豪恩公司的普通双源被动红外传感器 LH-912E 安装在室内，当有人员入侵时进行判断报警。该探测器采用红外 融合微波技术，可以准确无误的判断并实现报警。
3.5 GSM/GPRS 通讯模块
通讯模块采用 Siemens 公司的新一代 GSM/GPRS 双频模块 MC35i，该模块外围电路简单，工作频段可以是 900 MHz 和 1800 MHz 两个频段。该模块集成基带处理器和射频电路，微处理器通