一种基于ZigBee的智能家居系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能家居系统，具体是一种基于ZigBee的智能家居系统。
【背景技术】
[0002]随着现代科学技术的发展，自动化、智能化的概念已深入人心，各种智能家居产品也开始进入我们的生活。目前各种智能家居体系和产品之间缺乏严格的标准和通用的接口，且受当前技术条件以及经济成本制约，智能家居的具体应用并未得到广泛的普及，如何设计并实现一套简便高效、成本低、通用性强、扩展性好的智能家居系统，对于智能家居在实际应用中的推广使用具有一定的社会价值和经济价值。
[0003]本作品针对现有智能家居控制系统的特点及不足，提出了以ZigBee无线传感器网络作为家庭控制子网，以家用PC机作为家庭网关以及家居控制中心，在Android平台上通过WIFI无线数据通信技术接入家庭子网，实现对家居系统设备的智能控制及远程监控。
[0004]首先，深入分析了 ZigBee协议标准及相关概念，采用深圳安联德电子公司的2530ZigBee开发模块，设计并实现了网络拓扑结构、网络配置、网络关联、端点绑定及数据传输机制。可完成灯光、窗帘、抽油烟机、温湿度、煤气报警等功能的智能控制。
[0005]其次，基于微软MFC框架的体系结构，探讨了基于MFC框架的PC机应用程序和基于Android平台移动设备应用程序的设计方法，以及MFC框架下WindowsSocket网络通信的实现。研宄了 WIFI网络的接入手段，实现了家庭网关程序的编写和Android智能手机客户端开发。家庭网关界面简洁，操作方便，且控制可靠。智能手机客户端能实现对家庭环境信息的查看，以及对家电的控制。
[0006]再次，本系统采用三星公司的ARM9S3C2440最小系统板，基于嵌入式Linux操作系统，在开发板上搭建BOA服务器，利用摄像头采集实时视频数据，实现远程无线可移动的视频监控，并且在客户端上利用客户端界面或浏览器通过无线网络访问开发板，实现客户端的实时监控功能。
[0007]最后，本系统采用NXP公司的MFRC522非接触刷卡模块以及步进电机实现了智能门禁功能。并采用GSM模块SIM900A实现了非家人进入房间时的短信提醒。
[0008]基于ZigBee技术的智能家居系统是一个功能强大，性能优越的系统。该系统能克服现有的智能家居系统中普遍存在的一些问题，但对于智能家居系统的整体实现与应用以及智能家居的普及来讲，还有许多地方需要改进和扩展。例如:家庭控制子网协议仅涉及较为简单的模拟量和开关量信号，对于数字电视机顶盒等较为复杂的设备缺乏相应的支持。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种基于ZigBee的智能家居系统，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0010]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0011]一种基于ZigBee的智能家居系统，包括家居设备节点、家居主节点、家庭网关和智能移动客户端，所述家居设备节点和家庭网关之间通过家居主节点进行无线连接。
[0012]作为本发明进一步的方案:所述家居设备节点包括射频收发模块、运算和控制单元、传感和执行模块，所述家居设备节点的硬件核心为基于CC2530的ZigBee无线收发模块，所述家居设备节点的底层终端主要包括三表计量节点、环境温度湿度监测和控制节点、报警信号采集节点、家电控制节点、灯光控制节点。
[0013]作为本发明再进一步的方案:所述家居设备节点采用ZigBee精简型设备，所述家居主节点采用全能型设备。
[0014]作为本发明再进一步的方案:所述家居主节点包括至少一个ZigBee网络的FFD设备。
[0015]作为本发明再进一步的方案:所述家居主节点的工作过程包括:(I)系统初始化；(2)网络拓扑结构更新；(3)节点通信。
[0016]作为本发明再进一步的方案:在家庭环境中布置ZigBee模块作为家居设备节点以无线通信方式组织成网络，家居设备节点负责监测周围一定范围内的环境状态、收发信号并进行数据处理，以ZigBee无线传感器网络作为家庭控制子网，以家用PC机作为家庭网关以及家居控制中心，在Android平台上通过WIFI无线数据通信技术接入家庭子网，实现对家居系统设备的智能控制及远程监控。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:简便高效、成本低、通用性强、扩展性好。
[0018]特色与创新
[0019](I)基于ZigBee技术实现了智能家居系统的家电控制、家庭环境监测、安防等功能，并实现了远程监控。
[0020](2)该系统在实际应用时，家里有人可采用室内终端模式，由家庭网关或智能终端进行操控；离开家时可采用外出模式，此时可借助智能终端进行监测与控制。
[0021](3)通过修改视频服务器MJPG的源码，实现多平台移植，可同时移植到LINUX\UNIXWINDOffS ;视频采集接入设备可同时兼容USB和COMS设备。
[0022](4)客户端软件基于Android4.0Socket编程，结合自行设计的手机专用视频控件，可以在任意一台连接网的PC机和手机上进行实时信息监控与控制。
[0023]本发明针对现有智能家居控制系统的特点及不足，提出了以ZigBee无线传感器网络作为家庭控制子网，以家用PC机作为家庭网关以及家居控制中心，在Android平台上通过WIFI无线数据通信技术接入家庭子网，实现对家居系统设备的智能控制及远程监控。
[0024]首先，深入分析了 ZigBee协议标准及相关概念，设计并实现了网络拓扑结构、网络配置、网络关联、端点绑定及数据传输机制。可完成灯光、窗帘、抽油烟机、温湿度、煤气报警以及人体红外等功能的智能控制。
[0025]其次，基于微软MFC框架的体系结构，探讨了基于MFC框架的PC机应用程序和基于Android平台移动设备应用程序的设计方法，以及MFC框架下WindowsSocket网络通信的实现。研宄了 WIFI网络的接入手段，实现了家庭网关程序的编写和Android智能手机客户端开发。使得家庭网关不仅界面简洁，操作方便，且控制可靠。智能手机客户端可实现对家庭各种信息的查看和控制。
[0026]再次，本系统采用三星公司的ARM9S3C2440最小系统板，基于嵌入式Linux操作系统，在开发板上搭建BOA服务器，利用摄像头采集实时视频数据，实现远程无线可移动的视频监控，并且在客户端利用客户端界面或浏览器通过无线网络访问开发板，实现客户端的实时监控功能。
[0027]最后，本系统采用NXP公司的MFRC522非接触刷卡模块以及步进电机实现了智能门禁功能。并采用GSM模块SIM900A实现了非家人进入房间时的短信提醒，使门禁系统可进行远程操控。
[0028]基于ZigBee技术的智能家居系统虽然是一个功能强大，性能优越的系统。但对于智能家居系统的整体实现与应用以及智能家居的普及来讲，还有许多地方需要改进和扩展。这将会是我们未来发展的方向与目标。
[0029]意义:智能家居的设计是为了让人们过上更舒适、更安全、更便捷的生活方式的一种设计。它不仅仅是一项技术的创新与科技的进步，更是人们对更高层次生活的向往与追求。因此，智能家居的设计与未来的发展将会成为人类追求更高级生活方式的目标。它将对人类的未来生活产生深远的意义。
【附图说明】
[0030]图1为基于ZigBee的智能家居系统的总体框图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]请参阅图1，本发明实施例中，一种基于ZigBee的智能家居系统，包括家居设备节点、家居主节点、家庭网关和智能移动客户端。
[0033]家居设备节点包括以下三部分部件:射频收发模块、运算和控制单元、传感和执行模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的网络无线连接和无线数据或指令的收发。节点终端的传感和执行模块，主要进行非法闯入或者有毒气体等意外灾难情况的探测、三表数据的采集、对各种网络家电的控制。这种控制或者检测功能需要通过运算和控制单元操作完成。在本系统中家居设备节点的硬件核心为基于CC2530的ZigBee无线收发模块。CC2530可以用于的应用包括远程控制、消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。
[0034]在家庭子网中网络协调器FFD设备充当家居主节点，FFD负责监督网络的正常运行，由它主导ZigBee无线传感器网络的建立，完成网络的初始化、设备控制、数据采集等功能。子网中精简功能设备充当家居设备节点，主要完成传感采集、查询响应等功能，家居设备节点相互之间不能进行通信，只能与家居主节点进行通信。家居主节点与家庭网关之间使用串口连接，可将数据上传到家庭网关中。家庭网关是智能家居控制系统的核心部分，主要完成家庭内部网络各种设备之间的信息交换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能。所述家居设备节点的底层终端主要包括三表计量节点、环境温度湿度