基于ZigBee技术的远程智能家居控制系统

～　黄萍王颖钱良李林　Ｈｕａｎｇ　Ｐｉｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｙｉｎｇ　Ｑｉａｎ　Ｌｉａｎｇ　Ｌｉ　Ｌｉｎ　（南昌Ｉ　程学院，江西南昌３３００９９）　（Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００９９）　摘要：随着社会经济和科学技术的发展，以及物质生活水平的提高，使得人们对家居设施的要求越来　越高，智能家庭和物联网成为了研究热点。为了实现家居安防智能化控制，本文提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ技术　的远程智能家居控制系统，阐述了智能家庭网络的功能和总体构成，以ＣＣ２５３０无线芯片为核心，构建了基　于ＺｉｇＢｅｅ技术的智能家居软硬件系统。　关键词：智能家居；ＺｉｇＢｅｅ；无线网络　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—４７９２（２０１４）０３—００５６．０４　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｃｉａｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｉｖｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｐｅｏｐｌｅ　ｈａｖｅ　ｍｕｃｈ　ｈｉｇｈｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ．Ａｓ　ｒｅｓｕｌｔ，ｓｍａｒｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｍｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｈｏｔｓｐｏｔ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏ—　ｐｏｓｅｓ　ａ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｍａｒｔ　ｈｏｍｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＺｉｇＢｅｅ，ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｈｏｍｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｂｕｉｌｄｓ　ａｎ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＺｉｇＢｅｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＣＣ２５３０　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｈｉｐ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｍａｒｔ　Ｈｏｍｅ；ＺｉｇＢｅｅ；Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　０引言　『古１有的布线麻烦、可扩展性差等缺点，无线网络技术　应用于家庭网络已成为必然趋势。这不仅因为无线　智能家居系统（Ｓｍａｒｔ　Ｈｏｍｅ）最早源于欧美发达　Ｉ　家，是指以住宅为平台，利用现代计算机网络通　网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去了浪费在　综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭　网络的通信特点。　利用无线网络技术构建价格低廉、性能可靠的　汛、自动化控制技术、传感器技术、无线通讯技术、音　视频技术，通过社区综合布线、丰＿卜区局域网、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　联网．采用系统集成方式，将智能家居、家居安防、　家居娱乐融为一体，逐步建立一个安全、舒适、方便、　智能家居系统将有重大的社会价值和巨大的商业潜　力。在智能家居安防系统中需要对家居监控数据进　行采集、分析和传递，因此网络通信技术是智能家居　安防系统中的关键技术。ＺｉｇＢｅｅ技术是一种近距　快捷的综合信息交互系统。智能家居技术的发展经　历了有线方式和无线　‘式两个阶段。由于有线网络　★瓞金项日：２０１３年汀西省大学生创新创业训练计　离、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术…。　划资助项ｆ＿１（编号：２０１３１　１３１９０３１）　５６　基　于　Ｎ　’　【Ｉ丁　（Ｄ　（Ｄ　技　术　的　远　程　智　能　家　居　控　制　系　统　要的模１式。　鞴舸　酾罢＼摹蚕　圈／／／删辱擎　。害　羔．。　外玻璃卜安装破碎探测器，主要通道及房问　●＼　’’　一／　　．２智能安防　＼　．、　／　・　像头　槛控。当有人在家或离家Ｈ寸，　＼矗　／　／　若有人非法入侵时，家庭控制器发出声光报　图一远程智能家居控制系统结构示意图　～　３基于ＺｉｇＢｅｅ技术的远程智能家居控制系统软件　构架　在远程智能家居控制系统中采用ＺｉｇＢｅｅ技术　实现数据的传输和处理。ＺｉｇＢｅｅ协议栈是ＴＩ公司　在通信中定义的协议，规定了软硬件应如何工作。　其中ＺｉｇＢｅｅ协议栈分为５层，各层次功能如下：　（１）设备对象层，即ＺＤＯ（ＺｉｇＢｅｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｏｂ—　ｊｅｅｔ）层，提供了管理一个ＺｉｇＢｅｅ节点所要使用的功　能函数。ＺＤＯ为协调器、路由器和终端设备提供了　应用端点的管理函数，其中包括：建立、发现和加入　一个ＺｉｇＢｅｅ网络，绑定应用端点和安全管理。　（２）应用框架层，即ＡＦ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｆｒａｍｅ．　ｗｏｒｋ）层，提供了针对协议栈的应用端点（Ｅｎｄ—　Ｐｏｉｎｔｌ～２４０）和设备对象端点（ＥｎｄＰｏｉｎｔ０）接口，其中　主要包含：设备描述数据结构和数据收、发函数［４］。　（３）应用支持子层，即ＡＰＳ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｓｕｂｌａｙｅｒ）层，为设备对象和应用实体提供了一系列　的支持服务。　（４）网络层，即ＮＷＫ（ＺｉｇＢｅｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ）层，为上　层提供了管理服务和数据服务。　（５）介质访问层，即ＺＭＡＣ层，在８０２．１５．４　ＭＡＣ与网络层之间提供接口。　ｚｉ８］３ｅｅ网络的构成主要由协调器节点、终端节　点和路由器节点构成。如果一个ＺｉｇＢｅｅ网路中所需　节点数目较少，网络覆盖范围不大。也可只用协调　器节点和终端节点来构成星形拓扑结构的网络。协　调器节点和终端节点的系统流程如图二、图三所示。　在ＺｉｇＢｅｅ协议中，ＯＳＡＬ任务系统维持网络的　正常工作。ＯＳＡＬ首先初始化系统，然后通过ＯＳ．　ａｌ　ａｄｄ　ｔａｓｋ函数添加任务到任务列表中。通过顺序　图二协调器节点系统流程图　图三终端节点系统流程图　的执行任务列表中的任务来完成整个系统的运行。　在ＺｉｇＢｅｅ协议中程序是从ｍａｉｎ函数开始的，ｍａｉｎ　函数的主要功能是完成初始化，然后再进入操作系　统。　Ｍａｉｎ函数代码如下：　ｉｎｔ　ｍａｉｎ（ｖｏｉｄ）　｛　ｏｓａｌｉｎｔｄｉｓａｂｌｅ（ＩＮＴＳ—ＡＬＬ）；／／关闭中断　——ＨＡＬＢＯＡＲＤＩＮＩＴ０；／／初始化一些相关硬件　＿＿ｚｍａｉｎｖｄｄｃｈｅｃｋ（）；　／／电压检测　＿＿ＩｎｉｔＢｏａｒｄ（ＯＢ—ＣＯＬＤ）；　Ｎ初始化Ｉ／Ｏ端口　ＨａｌＤｒｉｖｅｒｌｎｉｔ０；　／／ＨＡＬ驱动初始化　ｏｓａｌｎｖ—ｉｎｉｔ（ＮＵＬＬ）；　／／ＮＶ系统初始化　ＺＭａｃｌｎｉｔ０；　／／ＭＡＣ初始化　ｚｍａｉｎ　ｅｘｔ　ａｄｄｒ０；／／确定６４位扩展地址　ｚｇｌｎｉｔ（）；　／／初始化基本ＮＶ条目　ｏｓａｌｉｎｉｔ＿—ｓｙｓｔｅｍ０；ＨＯＳＡＬ系统初始化　ｏｓａｌｉｎｔ—ｅｎａｂｌｅ（ＩＮＴＳ—ＡＬＬ）；　／／使能中断　ＩｎｉｔＢｏａｒｄ（ＯＢ—ＲＥＡＤＹ）；　／／最终初始化硬件　ｚｍａｉｎｄｅｖ＿＿ｉｎｆｏ０；　／／设备信息显示　ｏｓａｌｓｔａｒｔ＿＿ｓｙｓｔｅｍ（）；　／／任务系统（不会退出）　ｒｅｔｕｒｎ０；　／／不执行　｝　４结束语　随社会经济和科学技术的发展，人们的物质生　活水平不断提高，对家居环境的要求也越来越高，作　为家居智能化的核心部分一智能家居控制系统也　越发显得重要。家居智能化控制的开发和建设是未　来国家、经济发展的必然趋势。作为智能家居的核心　基　控制系统，它的设计功能的完善必将推动住宅智能　于　Ｎ　化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化　ｃＩ】’　ｃＤ　以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋　技　ｃＤ　势系统也将逐步迈向绿色化。　术　，的　远　程　参考文献　智　能　［１】纪晴，段培永，李连防，等．基于ＺｉｇＢｅｅ无线　居　家　传感器网络的智能家居系统［Ｊ］．计算机工程与设计，　控　制　２００８，２９（１２）：３０６４—３０６７．　系　统　［２】刘主链，宋跃，何志辉，等．无线模块与ＧＳＭ　实现的智能远程家居控制系统［Ｊ］．计算机测量与控　制，２０１１，１９（０９）：２１３３．２１３５，２１３９．　［３］黄晓亮，徐晓辉，宋军华，等．智能家居系统中　无线传感器网络的设计［Ｊ］．电子设计工程，２０１１，１９　（０４）：３５－３７．　［４】周武斌，罗大庸．ＺｉｇＢｅｅ路由协议的研究［Ｊ］．　计算机工程与科学，２００９，３１（０６）：１２—１４，２９．　作者简介　王颖（１９７３一），女，汉族，河南商丘人，硕士，副　教授，主要研究方向：电子信息及智能控制；　黄萍（１９９１一），男，学生，电子信息工程；　钱良（１９９３一），男，学生，电子信息工程；　李林（１９８９一），男，学生，电子信息工程。　５９