zigbee智能主机解决方案.docx
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zigbee智能主机解决方案
zigbee智能主机,解决方案
篇一：
Zigbee智能家居整体方案
Zigbee智能家居整体方案
一、智能家居简介
智能家居是以互联网为核心最终实现的家居互联，将家中各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、防盗报警、环境监测、三表抄送等多种功能和手段。
构建高效的住宅设施与家庭日程事务的智能管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
二、智能家居系统组成
1.照明系统
实现对全宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现。
并可用定时控制、电话远程控制、手机控制等多种控制方式实现功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。
另一方面与窗帘自动控制系统结合，实现室内自动调光，根据室外天气情况自动开关窗。
控制：
就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等；
安全：
通过弱电控制强电方式，控制回路与负载回路分离；
简单：
智能灯光控制系统采用模块化结构设计，简单灵活、安装方便；
灵活：
根据用户的不同需求，只需做软件修改设置就可以实现灯光布局的改变和功能扩充。
2.电器控制系统
电器控制采用弱电控制强电方式，即安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对在家里电视、空调、饮水机、插座、地暖、投影机、新风系统等进行智能控制。
系统可以做到让客厅、餐厅、卧室等多个房间的电视机共享家庭影音库，并可以通过遥控器选择自己喜欢的音源进行观看。
避免饮水机在夜晚反复加热影响水质，在外出时断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患。
以及对空调地暖进行定时或者远程控制，让您到家后马上享受舒适的温度和新鲜的空气。
方便：
手机控制、就地控制、场景控制、遥控控制、电话电脑远程控制等；
控制：
通过红外或者协议信号控制方式，安全方便不干扰；
健康：
通过智能检测器，可以对家里的温度、湿度、亮度进行检测，并驱动电器设备自动工作；
安全：
系统可以根据生活节奏自动开启或关闭电路，避免不必要的浪费和电气老化引起的火灾。
3.安防监控系统
随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。
安防门禁系统通过RFID实现非法进门报警，远程开关门功能，配合视频监控系统可以让用户通过网络时时查看家里的情况，充分发挥监控的实时性和主动性。
为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，安防监控系统的“智能化”就显得尤为重要。
安全：
安防系统可以对陌生人入侵、煤气泄漏、火灾等情况提前及时发现并通知主人；
简单：
操作非常简单可以通过手机或者门口控制器进行布防或者撤防；
实用：
视频监控系统可以依靠安装在室外的摄像机可以有效的阻止小偷进一步行动，并且也可以
在事后取证给警方提供有利证据。
4.场景自定义系统
当人们回家的时候，希望家里的空调先打开、窗帘自动打开、放好洗澡水、打开舒适的音乐等等一系列的动作，并且每位用户根据家庭的情况其具体的设置各不相同，所以众志物联网提供自定义场景系统，人们可以根据自己的喜好设置打包成一个“回家模式”，用户只要一键确认，就可以完成自己设置好的动作，较常用的模式有：
“回家模式”、“离开模式”
、“睡觉模式”。
安全：
由于场景系统一旦确认，会启动很多动作，所以每个模式的操作系统都要求用户再次确认；
方便：
只需要一键，就可以同时启动预先的设置；
灵活：
用户可以非常方便地自定义动作组成，设置成属于自己个性的智能家居系统。
1.软件独立于硬件
智能家电的通信协议和方式五花八门，还没有形成一个比较统一的标准，智能系统必须能通过相关技术措施屏蔽掉这些差异才能可能实现高效率地搭建智能系统。
2.可定制性
智能系统所面向的客户是个人，所以智能系统的软件平台特别是人机交流这一块必须是高度可定制的，二次开发人员可以为客户定制个性化、风格各异的智能家电管理控制平台。
3.高度扩展性
由于每个智能家庭对智能家电的需求是不一样的，这要求智能控制系统可以根据家庭的需要随意模块化地组合各种家电，并实现智能系统和硬件的无缝配合。
4.多对多的控制
智能系统必须能够在任何一个地方实现完全相同的控制功能，比如在客厅和主卧可以实现完全相同的控制功能。
篇二：
zigbee智能家居解决方案
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
基于智能家居的最新定义，参考ZigBee技术的特点，设计出的本系统，在包含了智能家居必备系统控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统）的基础上，加入了家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统和家庭环境控制系统。
在智能家居的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的家居系统才能称为智能家居。
因此，本系统可以称为是智能家居。
1系统设计方案
该系统设计由家庭内被控制设备和远程控制设备组成。
其中家庭内被控制设备主要有能访问Internet的计算机、控制中心、监控节点和选择添加的家用电器控制器。
远程控制设备主要由远程计算机和手机组成。
系统组成如图1所示。
系统的主要功能有：
1）网页前台页面的浏览，后台信息管理；2）通过Internet和手机两种远程控制方式实现室内家用电器、安防和灯光的开关控制；3）通过RFID模块实现用户识别，从而完成室内安防状态的开关，在盗贼入侵时通过短信息向用户报警；4）通过中央控制管理系统软件完成室内灯光及家电的本地控制和状态显示；5）利用数据库完成个人信息存储和室内设备状态存储，通过中央控制管理系统方便用户查询室内设备状态。
2系统硬件设计
系统硬件设计包括控制中心、监控节点和选择添加的家用电器控制器的设计。
2．1控制中心
控制中心主要功能有：
1）组建无线ZigBee网络，把所有监控节点加入网络中，并实现新设备的接收；2）用户身份识别，用户在离家或归来时通过用户卡实现室内安防的开关；3）当有盗贼入侵室内时，通过向用户发送短信息报警。
用户也可通过短信息控制室内安防、灯光及家电；4）系统单机运行时，液晶显示当前系统状态，方便用户查看；5）存储电器设备状态并发送至PC机，以实现系统联机。
根据控制中心的功能设计出它的组成框图如图2所示。
选用TI公司的CC2430单片机作为ZigBee模块的控制器，它是一款高性能、低功耗的805l内核的单片机。
也是一款符合IEEE802．15．4规范的2．4GHz的射频器件，硬件支持载波监听多路访问／冲突检测，2．0～3．6V的工作电压有利于实现系统低功耗。
通过连接在控制中心的ZigBee协调器模块，在室内建立无线星形ZigBee网络．并将所有监控节点、选择添加的家用电器控制器作为该网络中的终端节
点加入网络中，从而实现室内安防及家电的无线ZigBee网络控制。
控制中心MCU采用8位单片机ATMegal28，该器件是一款高性能、低功耗的RISC结构的单片机，大多数指令可在1个时钟周期内完成，最高工作于16MHz，具有128K的系统内可编程Flash，4K字节的EEPROM和2个串行接口。
它与GSM模块、RFID模块、液晶模块、ZigBee协调器和PC机相连，是整套硬件系统的核心，完成对中央控制管理系统的响应和对各模块的驱动。
GSM模块采用TC35i模块。
它通过串行UART接口直接与控制中心MCU相连。
RFID模块采用ZLG500模块，其内部集成了MFRC500型ISO14443A读卡器，能够读写RC500内的．EEPROM。
由于ZLG500并不是采用标准SPI接口规范，故只能与单片机的通用I／O接口相连才能实现通信。
液晶模块选用1602液晶，采用4线接口与控制中心MCU的通用I／O接口相连。
ZigBee协调器与控制中心MCU采用2线接口即可实现两者间的数据双向传输。
控制中心MCU与计算机RS232串口相连，传输数据稳定、可靠，实时性好。
2．2监控节点
监控节点的功能有：
1）人体信号的检测，当盗贼入侵时进行声光报警；2）灯光的控制，其控制方式分为自动控制和手动控制，自动控制是根据室内光线的强弱自动打开／关闭灯光，手动控制是通过中央控制管理系统实现灯光控制：
3）将报警信息及其他信息发送至控制中心，并接收来自控制中心的控制指令以完成设备控制。
从监控节点的功能出发，监控节点组成如图3所示。
红外加微波的探测模式是目前在人体信号检测时最常用的方式。
热释电红外探头这里选用
RE200B，放大器件采用BISS0001。
RE200B由3～10V电压供电，内置热释电双敏感红外元件，当元件接收红外光时在每个元件两极发生光电效应而积累电荷。
BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。
它与RE200B及少量元件就可构成被动式热释电红外开关。
微波传感器选用ANT-G100模块，中心频率是10GHz，建立时间最大值是6μs。
与热释电红外模块复合使用，可有效降低目标探测错误率。
灯光控制模块主要由光敏电阻和灯光控制继电器组成。
将光敏电阻与10kΩ的可调电阻串联，再将光敏电阻另一端接地，可调电阻另一端接高电平。
通过单片机的模数转换器获取两个电阻连接点的电压值，从而判定当前灯光是否打开。
可调电阻可供用户调节，以满足用户设置灯光刚刚打开时的光线强度。
室内灯光的开关通过继电器控制。
只需一个输入输出口即可实现。
2．3选择添加的家用电器控制器
选择添加的家用电器的控制主要根据设备功能实现设备控制，这里以电风扇为例。
电风扇控制就是控制中心将上位机下达的电风扇控制指令通过ZigBee网络发送至电风扇控制器实现，不同的家电识别码是不同的，例如，本协议规定电风扇的识别码是122，家用彩电的识别码是123，这样就实现控制中心对不同家电的识别。
而对于相同的指令代码，不同家电执行的功能是不一样的。
图4为选择添加的家用电器组成。
3系统软件设计
系统软件设计主要包括6部分，分别为远程控制网页设计、中央控制管理系统设计，控制中心主控制器ATMegal28程序设计、CC2430协调器程序设计、CC2430监控节点程序设计、CC2430选择添加设备的程序设计。
3．1ZigBee协调器的程序设计
协调器首先完成应用层初始化，将应用层状态和接收状态设为空闲，然后打开全局中断并初始化I／O端口。
接着协调器开始建立无线星形网络。
协议中，协调器自动选择2．4GHz的频段，每秒发送的最大比特数为62500，默认的个域网网络号是0x1347，最大的堆栈深度为5，最大单次发送的字节数为93，串口的波特率是57600bit／s，SL0WTIMER每秒产生中断10次。
在ZigBee网络建立成功后，协调器将其地址传送给控制中心MCU。
这里，控制中心MCU将ZigBee协调器识别为监控节点的一员，它被识别的地址为0。
程序进入主循环。
首先判断是否有终端节点发送的新数据，如果有，则直接把这个数据传送至控制中心MCU；判断控制中心MCU是否有指令下传，如果有则将下传的指令发送到相应的ZigBee终端节点；判断安防是否打开，是否有盗贼入侵，如果有则把报警信息传送至控制中心MCU；判断灯光是否处于自动控制状态，如果是，则打开模数转换器进行采样，采样值是灯光打开或关闭的关键，如果发生灯光状态改变则把新的状态信息传送到控制中心MC-U。
ZigBee协调器程序流程如图5所示。
3．2ZigBee终端节点的程序设计
ZigBee终端节点是指由ZigBee协调器控制的无线ZigBee节点，在系统中主要是监控节点和选择添加的家用电器控制器。
ZigBee终端节点的初始化同样包括应用层初始化，打开中断和初始化I／O口。
接着尝试加入ZigBee网络，需要强调的是：
只有和ZigBee协调器设置一致的终端节点才能加入到网络中。
如果ZigBee终端节点尝试加入网络失败，则每两秒重新尝试一次，直至顺利加入到网络中。
加入网络成功后，Zi-gBee终端节点将其注册信息发送至ZigBee协调器，再由ZigBee协调器转发至控制中心MCU以完成ZigBee终端节点的注册。
ZigBee终端节点如果是监控节点，则实现灯光及安防的控制，程序与ZigBee协调器部分类似，只是监控节点需将数据发送到ZigBee协调器，再由ZigBee协调器将数据传送至控制中心MCU。
ZigBee终端节点如果是电风扇控制器，则只需接收上位机的数据，而不必上传状态，故它的控制可以在无线数据接收中断中直接完成。
在无线数据接收中断中，所有终端节点都是将接收的控制指令翻译成对节点本身的控制参数，在节点主程序中不对接收的无线指令进行任何处理。
4联机调试
由中央控制管理系统下发的对固定设备的指令编码递增的指令，通过计算机串口发送至控制中心MCU，并通过两线接口发送至协调器，再由协调器发送至ZigBee终端节点，在终端节点接收完成时将数据再次通过串口发送至PC机，在这台PC机上完成ZigBee终端节点接收的数据与控制中心所发送的数据的比较。
中央控制管理系统每一秒发送2条指令，经过5h的测试，测试软件显示共接收数据包数量为36000包时停止测试。
多协议数据传输测试软件测试结果如图6所示。
正确数据包36000，错误数据包数为0，正确率为100％。
5结束语
通过ZigBee技术实现智能家居内部组网，具有远程控制方便，添加新设备灵活和控制性能可靠等优点。
通过RFTD技术实现用户身份识别，提高系统的安全性。
通过GSM模块的接入，实现了远程控制和报警功能。
篇三：
基于ZigBee的物联网智能家居解决方案
基于ZigBee的物联网智能家居解决方案
一．智能家居背景简介
智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（UnitedTechnologiesBuildingSystem）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
经过多年的需求累积，目前通常把智能家居定义为利用计算机、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地组合成一个系统。
具体来说，就是首先在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。
其次，它们都要通过一定的网络平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求。
最终达到满足人们对安全、舒适、方便和绿色环保的需求。
随着社会经济结构、家庭人口结构以及信息技术的的发展变化以及人类对家居环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大大增加，同时越来越多的家庭要求智能家居产品不仅要满足一些基本的需求，更要求智能家居系统在功能扩展、外延甚至服务方面能够做到简单、方便、安全。
二．市场需求分析
随着社会的进步，科技的发展，人们对于自己生活质量上的追求也在不断进步着，从20世纪中期人民期盼的“楼上楼下，电灯电话”到现在的“手机、空调、洗衣机”，人们对于自己的生活追求是逐步提升的，到了21世纪初，尤其是近几年，一种新型的智能化家庭概念，彻底改变了人们对于家庭智能化的认知，它就是智能家居。
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
三．ZigBee技术物联网背景下智能家居的理解
ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。
随着物联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用机会。
物联网的网络边缘应用最多的就是传感器或控制单元，这些是构成物联网的最基础最核心最广泛的单元细胞，而ZigBee能够在数千个微小的传感传动单元之间相互协调实现通信，并且这些单元只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。
这种技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容，易使用，易维护、便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。
目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性。
值得注意的是，物联网的兴起将给ZigBee带来广阔的市场空间。
因为物联网的目的是要将各种信息传感传动单元与互联网结合起来从而形成一个巨大的网络，在这个巨大网络中。
传感传动单元与通信网络之间需要数据的传输，而相对其他无线技术而言，ZigBee以其在投资、建设、维护等方面的优势，必将在物联网型智能家居领域获得更广泛的应用。
四．方案示意图
作为一个标准的智能家居，需要覆盖多方面的应用。
其简单示意图如下图所示：
如上所示，一个典型的智能家居系统需要包含无线网关以及多种传感器控制设备。
五．方案解决
为了解决上述典型的智能家居系统，我们将抽象出如下图所示的网络架构图：
多种传感器或者控制设备，通过ZigBee网络与家庭无线网关交互通信。
最后通过无线网关将上述控制信息在互联网上共享。
六．相关设备简要说明
无线网关
是所有无线传感器和无线联动控制设备的信息收集控制终端。
所有传感、探测器将收集到的信息通过无线网关传到授权手机、平板电脑、电脑等管理设备；另外某些控制命令由管理设备通过无线网关发送给联动设备。
比如家中无人时门被打开，门磁侦测到有人闯入，则将闯入报警通过无线网关发送给主人手机，手机收到信息发出震动铃声提示，主人确认后发出控制指令，电磁门锁自动落锁并触发无线声光报警器发出报警。
无线智能调光开关
该开关可直接取代家中的墙壁开关面板，通过它不仅可以像正常开关一样使用，更重要的是它已经和家中的所有物联网设备自动组成了一个无线传感控制网络，可以通过无线网关向其发出开关、调光等指令。
其意义在于主人离家后无需担心家中所有的电灯是否忘了关掉，只要主人离家，所有忘关的电灯会自动关闭。
或者在你睡觉时你无需逐个房间去检查灯是否开着，你需要做的只需按下装在床头的睡眠按钮，所有灯光会自动关闭，同时你夜间起床时，灯光会自动调节至柔和，从而保证睡眠的质量。
无线温湿度传感器
主要用于探测室内、室外温湿度。
虽然绝大多数空调都有温度探测功能，但由于空调的体积限制，它只能探测到出风口空调附近的温度，这也正是很多消费者感觉感觉其温度不准的重要原因。
有了无线温湿度探测器，你就可以确切地知道室内准确的温湿度。
其现实意义在于当室内温度过高或过低时能够提前启动空调调节温度。
比如当你在回家的路上，家中的无线温湿度传感器探测出房间温度过高则会启动空调自动降温，等你回家时，家中已经是一个宜人的温度了。
另外无线温湿度传感器对于你早晨出门也有着特别意义，当你呆在空调房间时，你对户外的温度是没有感觉的，这时候装在墙壁外的温湿度传感器就可以发挥作用，它可以告诉你现在户外的实时温度，根据这个准确温度你就可以决定自己的穿着了，而不会出现出门后才穿多或者穿少的尴尬了。
无线智能插座
主要用于控制家电的开关，比如通过它可以自动启动排气扇排气，这在炎热的夏天对于密闭的车库是一个有趣的应用。
当然它还可以控制任何你想控制的家电，只要将家电的插头插上无线智能插座即可，比如饮水机、电热水器等等。
无线红外转发器
这个产品主要是用于家中可以被红外遥控器控制的设备，比如空调、电动窗帘、电视等等。
通过无线红外转发器，你可以远程无线遥控空调，你也可以不用起床就关闭窗帘等。
这是个很有意义的产品，它可以将传统的家电立即转换成智能家电。
无线红外防闯入探测器
这个产品主要用于防非法入侵，比如当你按下床头的无线睡眠按钮后，关闭的不仅是灯光，同时它也会启动无线红外防闯入探测器自动设防，此时一旦有人入侵就会发出报警信号并可按设定自动开启入侵区域的灯光吓退入侵者。
或者当你离家后它会自动设防，一旦有人闯入，会通过无线网关自动提醒你的手机并接受你手机发出的警情处理指令。
无线空气质量传感器
该传感器主要探测卧室内的空气质量是否混浊，这对于要回家休息的你很有意义，特别是有婴幼儿的家庭尤其重要。
它通过探测空气质量告诉你目前室内空气是否影响健康，并可通过无线网关启动相关设备优化调节空气质量。
无线门铃
这种门铃对于大户型或别墅很有价值。
出于安全考虑，大多数人睡觉时会关闭房门，此时有人来访按下门铃，在房间内很难听到铃声。
这种无线门铃能够将按铃信号传递给床头开关提示你有人造访。
另外在家中无人时，按门铃的动作会通过网关传递给你的手机，而这对你了解家庭的安全现状和来访信息非常重要。
无线门磁、窗磁
主要用于防入侵。
当你在家时，门、窗磁会自动处于撤防状态，不会触发报警，当你离家后，门、窗磁会自动进入布防状态，一旦有人开门或开窗就会通知你的手机并发出报警信息。
与传统的门窗磁相比，无线门窗磁无需布线，装上电池即可工作，安装非常方便，安装过程一般不超过2分钟。
另外对于有保险柜的家庭来说，这种传感器还能够侦测并记录下保险柜每次被打开或者关闭的时间并及时通知授权手机。
太阳能无线智能阀门
这是通过太阳能供电的无线浇灌系统。
一般工作流程是土壤湿度传感器将土壤含水情况发送给无线网关，一旦土壤缺水，无线网关就会发出控制指令给无线智能阀门通知供水，同时将供水时间和供水量传递给网关，并通过网关保存在手机或其它设备上。
无线床头睡眠按钮
这是个可以固定或粘贴在床头木板上的电池供电装置，它的作用主要是帮助你在睡觉时关闭所有该关闭的电器同时启动安全系统进入布防状态。
比如启动无线红外防闯入探测器、窗磁、门磁等进入预警布防状态。
另外它也能帮助你启动夜间的照明模式，比如当你夜间起床时，打开的灯光就会很柔和，而不会像进餐时那么明亮，即使这是同一盏灯。
无线燃气泄漏传感器
该传感器主要是探测家中的燃气泄漏情况，它无需布线，一旦有燃气泄漏会通过网关发出报警并通知授权手机。
无线辐射传感器、无线空气污染传感器
对于一些对太阳辐射敏感的人来说，这种传感器具有特别的意义，通过它你可以准确知道出门前是否需要采取防太阳辐射或者防污染防尘措施，而你唯一要做的就是看一下手机屏幕，因为户外的辐射、污染等情况已经通过无线网关传到了你手机上了。
七．解决方案总结
以上是一个典型的基于ZigBee物联网智能家居系统，用户可采用以智鹤科技研发的ZH-IOT-S1为基础进行开发。
该开发系统以CortexM3处理器作为无线网关，通过嵌入lwIP轻型TCP/IP协议栈，实现多个传感器与多个网络的交互。
用户可在此基础上实现上述所分析的智能家居系统。
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