基于ZigBee技术的智能家居系统的制作方法

本实用新型涉及智能家居领域，具体而言，涉及一种基于ZigBee技术的智能家居系统。

背景技术：

智能家居，或称智能住宅，在英文中常用Smart Home。综合利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居网络不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

近年来，随着网络技术和通信技术的迅速发展，以及我国实行“小康型”社会的需要，人们不仅对家居的自动化和信息化程度要求越来越高，而且对家用设备控制的灵活性以及对外部信息获取的方便性提出了更高的要求。这就需要建立完善的智能家居网络，并构建智能化小区，从而真正满足家庭自动化和信息化的要求，有效提高家庭生活质量。尤其是人们对多媒体业务的需求量日益增大，在传统的传感器网络中增加麦克风、摄像头等传感器模块，侧重音频、图像、视频等 大信息量媒体的采集与处理。为传统智能家居网络增加多媒体业务将满足人们的多媒体需求，提高人们的生活质量。

因此，如何建立完善的、低功耗的、短距离的智能家居网络，从而人们可以实时了解家居环境的状态情况，以提高智能家居安全性，是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee技术的智能家居系统，以改善上述问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种基于ZigBee技术的智能家居系统，应用于智能家居系统，所述智能家居系统还包括云服务器和报警模块，所述基于ZigBee技术的智能家居系统包括中心协调器、路由器、传感器模块、ZigBee终端设备及ZigBee通讯模块，所述ZigBee终端设备与所述传感器模块耦合，所述ZigBee终端设备与所述路由器耦合，所述路由器与所述中心协调器耦合，所述中心协调器与所述ZigBee通讯模块耦合，所述ZigBee通讯模块与所述云服务器耦合，所述云服务器与所述报警模块耦合；所述传感器模块用于将采集的家居环境的状态参数数据传输给所述ZigBee终端设备；所述ZigBee终端设备用于接收所述家居环境的状态参数数据，并将所述状态参数数据传输给所述路由器；所述路由器用于将所述状态参数数据转发给所述中心协调器；所述中心协调器用于将所述状态参数数据通过所述ZigBee通讯模块发送给所述云服务器；所述云服务器用于接收所述状态参数数据，并根据所述状态参数数据获取所述家居环境的状态情况，根据所述家居环境的状态情况对应的报警信号发送给所述报警模块；所述报警模块用于根据所述云服务器发送的所述报警信号进行报警。

一种智能家居系统，所述智能家居系统包括云服务器、报警模块和基于ZigBee技术的智能家居系统，所述云服务器分别与所述报警模块、所述基于ZigBee技术的智能家居系统耦合。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型实施例提供一种基于ZigBee技术的智能家居系统，通过传感器模块采集家居环境的状态参数数据传输给所述ZigBee终端设备，再通过ZigBee终端设备将所述状态参数数据传输给所述路由器，路由器将所述状态参数数据转发给所述中心协调器，所述中心协调器再将所述状态参数数据通过所述ZigBee通讯模块发送给所述云服务器，所述云服务器接收所述状态参数数据，并根据所述状态参数数据获取所述家居环境的状态情况，根据所述家居环境的状态情况对应的报警信号发送给所述报警模块，所述报警模块根据所述云服务器发送的所述报警信号进行报警，通过建立完善的、低功耗的、短距离的ZigBee网络，使得人们可以实时了解家居环境的状态情况，从而提高了智能家居安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种智能家居系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种智能家居系统的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的一种ZigBee终端设备的结构框图；

图4为本实用新型实施例提供的一种中心协调器的结构框图。

图标：200-智能家居系统；210-云服务器；220-报警模块；100-基于ZigBee技术的智能家居系统；110-传感器模块；120-ZigBee终端设备；121-信号调制模块；122-第一数传模块；1221-ADC模块；1222-第一消息收发模块；1223-第一控制模块；1224-第一ZigBee数传模块；1225-第一调试模块；123-第一电源模块；124-第一时钟模块；125-第一LCD模块；126-第一天线模块；130-路由器；140-中心协调器；141-第二电源模块；142-第二数传模块；1421-串口模块；1422-第二消息收发模块；1423-第二控制模块；1424-第二调试模块；1425-第二ZigBee数传模块；143-第二时钟模块；144-第二LCD模块；145-第二天线模块；150-ZigBee通讯模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“耦合”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的一种智能家居系统200的结构框图，所述智能家居系统200包括云服务器210、报警模块220和基于ZigBee技术的智能家居系统100，所述云服务器210分别与所述报警模块220、所述基于ZigBee技术的智能家居系统100耦合。

所述云服务器210用于对获取的家居环境的状态参数数据进行分析，以获取家居环境的状态情况，并根据所述家居环境的状态情况对应的报警信号发送给所述报警模块220。该云服务器210(Elastic Compute Service,简称ECS)是一种处理能力可弹性伸缩的计算服务， 其管理方式比物理服务器更简单高效。所述云服务器210具有高性能吞吐量计算能力、高密度、虚拟化、横向扩展和并行计算等优点。

请参照图2，图2为本实用新型实施例提供的另一种智能家居系统200的结构框图，其中，所述基于ZigBee技术的智能家居系统100包括中心协调器140、路由器130、传感器模块110、ZigBee终端设备120及ZigBee通讯模块150，所述ZigBee终端设备120与所述传感器模块110耦合，所述ZigBee终端设备120与所述路由器130耦合，所述路由器130与所述中心协调器140耦合，所述中心协调器140与所述ZigBee通讯模块150耦合，所述ZigBee通讯模块150与所述云服务器210耦合，所述云服务器210与所述报警模块220耦合。

首先由中心协调器140的网络控制器建立ZigBee通讯模块150，同时创建一个网络邻接表，随后为每个路由器130分配一个PANID，此地址在该网络中有效，并将该地址信息添加到该网络邻接表中，网络节点的添加就完成了。当ZigBee通讯模块150下层的家居设备传感器模块110想加入该网络时，将自身64位的IEEE地址即全球唯一标识符等发送给ZigBee终端设备120，再由ZigBee终端设备120将此信息转发给各传感器模块110，将此传感器模块110添加到网络邻接表中，标志终端设备家居设备被添加到此ZigBee通讯模块150中。

所述传感器模块110用于将采集的家居环境的状态参数数据传输给所述ZigBee终端设备120，其中，家居环境的状态参数数据可以包括家居环境的温度数据、湿度数据、烟雾数据等数据。作为一种实施例方式，所述传感器模块110可以包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、红外对射传感器，例如，温度传感器可用于采集家居环 境的温度数据，该温度传感器可采用型号为AD590的温度传感器，AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3～30V，输出电流223μA(-50℃)～423μA(+150℃)，灵敏度为1μA/℃。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差，适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。湿度传感器用于采集家居环境的湿度数据，该湿度传感器可采用HIH-4010/4020/4021、HIH-4030/4031、HIH-4602、HIH-3602/3610、HCH-1000、HIH-4000、HIH-5030/5031等多个系列的湿度传感器，烟雾传感器用于采集家居环境的湿度数据，该烟雾传感器可采用型号为GQQ0.1的烟雾传感器，红外对射传感器用于检测家居环境变化，该红外对射传感器可以采用型号为KU-502，或者型号为ABO-20L的红外对射传感器。当发生火灾、水灾或者其他意外情况时，通过传感器模块110检测到环境变化，将采集的数据传输至相应的ZigBee终端设备120，ZigBee终端设备120通过路由器130将家居环境的状态参数数据传输至中心协调器140，再通过ZigBee通讯模块150发送至云服务器210，云服务器210通过获取的家居环境的状态参数数据获取家居环境的状态情况，从而来判断是否发生火灾、水灾等各种意外情况，从而控制报警模块220进行报警。

请参照图3，图3位本实用新型实施例提供的一种ZigBee终端设备120的结构框图，所述ZigBee终端设备120用于接收所述家居环境的状态参数数据，并将所述状态参数数据传输给所述路由器130。所述ZigBee终端设备120是ZigBee组网中用于加入网络采集数据的设备，所述ZigBee终端设备120包括信号调制模块121、第一数传 模块122、第一电源模块123、第一时钟模块124、第一LCD模块125及第一天线模块126，所述传感器模块110均与所述信号调制模块121耦合，所述信号调制模块121与所述第一数传模块122耦合，所述第一数传模块122分别与所述第一电源模块123、所述第一时钟模块124、所述第一LCD模块125、所述第一天线模块126耦合，所述第一电源模块123还与所述信号调制模块121耦合，所述第一天线模块126与所述路由器130耦合。

其中，所述信号调制模块121用于将所述传感器模块110采集的数据信号进行信号调制，以获取有用的信号，该数据信号携带有家居环境的状态参数数据。作为一种实施方式，该信号调制模块121可采用乘法器进行电路设计，以对信号进行调制，其具体的电路设计在本实施例中不做特别说明。

所述第一数传模块122用于将调制后的数据信号通过第一天线模块126传输至路由器130，所述第一数传模块122包括ADC模块1221、第一消息收发模块1222、第一控制模块1223、第一ZigBee数传模块1224及第一调试模块1225，所述ADC模块1221与所述信号调制模块121耦合，所述ADC模块1221和所述第一消息收发模块1222均与所述第一控制模块1223耦合，所述第一控制模块1223还分别与所述第一电源模块123、所述第一调试模块1225、所述第一ZigBee数传模块1224、所述第一时钟模块124、所述第一LCD模块125耦合，所述第一ZigBee数传模块1224与所述第一天线模块126耦合。

所述ADC模块1221用于将接收的模拟数据信号转换为数字信号，该ADC模块1221可以采用编码器，或者单片机，或者CPLD实现。

所述第一消息收发模块1222用于数据的收发，例如，将上述ADC模块1221的数字信号发送给第一控制模块1223，作为一种实施方式，该第一消息收发模块1222可以采用DMA控制器实现。

所述第一控制模块1223用于对该第一数传模块122中的各个电路模块进行控制，该第一控制模块1223可以为处理器，该处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本实用新型实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述第一ZigBee数传模块1224用于进行数据的传输，该第一ZigBee数传模块1224可以采用CC2430射频芯片进行设计，这里不再过多赘述。

所述第一调试模块1225用于对第一控制模块1223进行检查和验证，以保证第一控制模块1223的正常工作，该第一调试模块1225可以采用三极管进行电路设计。

所述第一电源模块123用于对该ZigBee终端设备120中的各个电路模块进行供电，该第一电源模块123是可以直接贴装在印刷电路 板上的电源供应器。分类有很多，如通信用高频开关电源模块，不间断电源模块等。特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。

所述第一时钟模块124用于对所述第一控制模块1223提供时钟服务，该第一时钟模块124可以采用DS12B887、SD2401等型号的芯片。

所述第一LCD模块125用于提供显示功能，LCD模块是LCM(LCDModule)即LCD显示模组，是指将玻璃和LCD驱动器集成到一起的LCD显示产品，它提供用户一个标准的LCD显示驱动接口(有4位、8位、VGA等不同类型)，用户按照接口要求进行操作来控制LCD正确显示。

所述第一天线模块126用于将所述状态参数数据传输给所述路由器130，该第一天线模块126可采用GPS天线，用于进行数据的传输。

所述路由器130用于将所述状态参数数据转发给所述中心协调器140，路由器130(Router)又称网关设备(Gateway)是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器130的路由功能来完成。因此，路由器130具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器130只接受源站或其他路由器130的信息，属网络层的一种互联设备。在本实施例中，所述路由器130为ZigBee网络中用于进行数据转发的设备，该 路由器130可通过路由决定数据的正确转发，也就是将状态参数数据准确无误转发给该组网中的中心协调器140。

请参照图4，图4为本实用新型实施例提供的一种中心协调器140的结构框图。所述中心协调器140用于将所述状态参数数据通过所述ZigBee通讯模块150发送给所述云服务器210，该中心协调器140是ZigBee网络组织的管理者，负载建立和维护ZigBee网络。所述中心协调器140包括第二电源模块141、第二数传模块142、第二时钟模块143、第二LCD模块144及第二天线模块145，所述电源模块与所述第二数传模块142耦合，所述第二数传模块142分别与所述第二时钟模块143、第二LCD模块144、第二天线模块145耦合，所述第二天线模块145与所述路由器130耦合，所述第二数传模块142与所述云服务器210耦合。

其中，所述第二电源模块141用于对该中心协调器140中的各个电路模块进行供电，该第二电源模块141是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器。分类有很多，如通信用高频开关电源模块，不间断电源模块等。特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。

所述第二数传模块142用于将调制后的数据信号通过第二天线模块145传输至云服务器210，所述第二数传模块142包括串口模块1421、第二消息收发模块1422、第二控制模块1423、第二调试模块1424及第二ZigBee数传模块1425，所述串口模块1421与所述云服务器210耦合，所述串口模块1421、所述第二消息收发模块1422、所述第二电源模块141、所述第二调试模块1424、所述第二ZigBee 数传模块1425、第二时钟模块143、第二LCD模块144及第二天线模块145均与所述第二控制模块1423耦合，所述第二天线模块145与所述第二ZigBee数传模块1425耦合。

所述串口模块1421用于该将家居设备的状态参数数据发送至云服务器210，该串口模块1421为串行通信接口或串行通讯接口(通常指COM接口)，是采用串行通信方式的扩展接口。

第二消息收发模块1422用于数据的收发，作为一种实施方式，该第二消息收发模块1422可以采用DMA控制器实现。

第二控制模块1423用于对该第二数传模块142中的各个电路模块进行控制，该第二控制模块1423可以为处理器，该处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本实用新型实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

第二调试模块1424用于对第二控制模块1423进行检查和验证，以保证第二控制模块1423的正常工作，该第二调试模块1424可以采用三极管进行电路设计。

第二ZigBee数传模块1425用于进行数据的传输，该第二ZigBee数传模块1425可以采用CC2430射频芯片进行设计，这里不再过多赘述。

第二时钟模块143用于对所述第二控制模块1423提供时钟服务，该第二时钟模块143可以采用DS12B887、SD2401等型号的芯片。

所述第二LCD模块144用于提供显示功能，LCD模块是LCM(LCDModule)即LCD显示模组，是指将玻璃和LCD驱动器集成到一起的LCD显示产品，它提供用户一个标准的LCD显示驱动接口(有4位、8位、VGA等不同类型)，用户按照接口要求进行操作来控制LCD正确显示。

所述第二天线模块145用于接收所述状态参数数据，该第二天线模块145可采用GPS天线，用于进行数据的传输。

其中，所述ZigBee终端设备120、所述路由器130和所述中心协调器140均采用Z-Stack协议栈。

作为一种实施方式，所述ZigBee通讯模块150可以为ZigBee SOC CC2530F256芯片，或者为SMA天线。

云服务器210根据获取的家居环境的状态参数数据与预先存储的家居环境的正常状态参数数据进行比对，从而获取所述家居环境的状态情况，并根据所述家居环境的状态情况对应的报警信号发送给所述报警模块220；所述报警模块220用于根据所述云服务器210发送的所述报警信号进行报警。也就是，当发现家居环境的状态情况为危险情况时，则生成对应的报警信号发送给报警模块220。例如，当云服务器210获取的家居环境的温度数据为60度，而预先存储的家居环境的正常温度为50度，则此时的温度高于正常温度，则判断为危险情况，则生成报警信号发送给报警模块220。

作为一种实施方式，所述报警模块220包括蜂鸣器和语音模块，所述蜂鸣器、所述语音模块均与所述云服务器210耦合，蜂鸣器用于 根据报警信号发出报警提示音，语音模块用于根据报警信号发出语音提示，使得用户能及时知晓自身的身体状况是否处于危险中，从而避免不幸的事情发生。另外，语音模块可采用型号为ISD4003-04MP的语音芯片。

综上所述，本实用新型实施例提供一种基于ZigBee技术的智能家居系统，通过传感器模块采集家居环境的状态参数数据传输给所述ZigBee终端设备，再通过ZigBee终端设备将所述状态参数数据传输给所述路由器，路由器将所述状态参数数据转发给所述中心协调器，所述中心协调器再将所述状态参数数据通过所述ZigBee通讯模块150发送给所述云服务器，所述云服务器接收所述状态参数数据，并根据所述状态参数数据获取所述家居环境的状态情况，根据所述家居环境的状态情况对应的报警信号发送给所述报警模块，所述报警模块根据所述云服务器发送的所述报警信号进行报警，通过建立完善的、低功耗的、短距离的ZigBee网络，使得人们可以实时了解家居环境的状态情况，从而提高了智能家居安全性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。