本實用新型涉及智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展以及生活水平的提高，傳統(tǒng)家居所能提供的的簡單居住環(huán)境已不再滿足人們對高質(zhì)量生活的追求，智能家居這一概念應(yīng)運而生。廣泛應(yīng)用的智能家居系統(tǒng)無線組網(wǎng)一般利用WiFi或藍牙實現(xiàn)，Wi-Fi采用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，信息安全是隱患，有媒體相繼報道某些公司的智能家居產(chǎn)品被黑客輕松攻破的新聞足以說明WiFi傳輸?shù)牟话踩?，藍牙技術(shù)的協(xié)議較復雜、功耗高、成本高、傳輸距離近等特點也不適合與智能家居通信。WFi、藍牙的這些缺點制約了智能家居的發(fā)展。與Wi-Fi、藍牙相比，ZigBee是一種低功耗、低成本、安全性能高的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。藍牙和Wi-Fi網(wǎng)端只能接入10個端口，而ZigBee的每個網(wǎng)絡(luò)端口可以最多接入6.5萬多個端口，有效范圍可達200米，在智能家居中的使用性能要優(yōu)于其他無線技術(shù)，完全滿足普通家庭的使用需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)。

為實現(xiàn)本實用新型的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)，包括，

一個構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)的主處理中心且以CC2530芯片為主核心的ZigBee協(xié)調(diào)器，

多個與所述的ZigBee協(xié)調(diào)器無線通信且以CC2530芯片為主核心的ZigBee終端，

分別與所述的ZigBee終端通訊連接的傳感器模塊，

用于人機交互且與所述的ZigBee協(xié)調(diào)器通訊連接的按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊；

以及電源模塊，所述的電源模塊包括固定電源模塊和活動電源模塊。

所述的固定電源模塊包括變壓整流濾波單元，與所述的變壓整流濾波單元輸出連接的開關(guān)穩(wěn)壓芯片，與所述的開關(guān)穩(wěn)壓芯片輸出連接的線性穩(wěn)壓芯片，所述的線性穩(wěn)壓輸出芯片輸出供能電壓，所述的開關(guān)穩(wěn)壓芯片的輸出同時為繼電器供電。

所述的活動電源模塊包括鋰離子電池，與所述的鋰離子電池連接的低壓穩(wěn)壓芯片，所述的低壓穩(wěn)壓芯片輸出供能電壓。

所述的ZigBee終端包括殼體、與所述的殼體固定連接的連接部，所述的活動電源模塊以及傳感器模塊和CC2530芯片設(shè)置在所述的殼體內(nèi)，所述的殼體上設(shè)置有與所述的CC2530芯片可控連接的指示燈。

所述的開關(guān)穩(wěn)壓芯片為LM2596，所述的線性穩(wěn)壓芯片為7333用以將電壓穩(wěn)定至3.3V并為CC2530芯片供電。

所述的傳感器模塊包括防盜監(jiān)控模塊、煙霧檢測模塊、溫濕度模塊以及無線開關(guān)模塊。

所述的煙霧檢測模塊為MQ-2型煙霧傳感器，所述的溫濕度模塊為DHT11溫濕度傳感器。

所述的無線開關(guān)模塊包括單刀雙擲光耦型繼電器。

所述的防盜模塊包括人體熱釋電紅外傳感器與霍爾門磁傳感器。

所述的溫濕度傳感器終端安放在臥室，煙霧傳感器終端安放在廚房，防盜監(jiān)控模塊中的人體紅外傳感器終端放置在客廳，霍爾門磁傳感器終端粘貼在門窗上邊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型采用TI公司的CC2530芯片及配套的ZigBee2007/PRO協(xié)議棧，針對家庭中的實際情況設(shè)計了一套ZigBee無線傳輸控制系統(tǒng)。該家用電器的無線網(wǎng)實現(xiàn)了多節(jié)點易燃氣體、溫濕度等參數(shù)的監(jiān)測，有人入侵狀況的監(jiān)視，消除了家中火災、中毒、被盜等諸多安全隱患。同時利用該網(wǎng)絡(luò)還可以通過對繼電器的控制實現(xiàn)遠程控制電燈、空調(diào)、熱水器等家用電器，真正實現(xiàn)家居的可監(jiān)可控，系統(tǒng)還可以根據(jù)各自戶型的特點，進行定制安裝，擁有很高的兼容性和可選擇性，在智能家居應(yīng)用廣泛。

附圖說明

圖1所示為本實用新型的基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖所示，本實用新型的基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)，包括ZigBee協(xié)調(diào)器，多個ZigBee終端，傳感器模塊，按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊，以及電源模塊，

ZigBee協(xié)調(diào)器為構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)的主處理中心，它的主要任務(wù)是建立并監(jiān)督無線網(wǎng)絡(luò)的正常運行；其為以CC2530F256芯片為主核心的模塊，TI公司CC2530F256芯片為主核心的模塊，CC2530是用于ZigBee的一個真正的片上系統(tǒng)。片內(nèi)置有增強型8051CPU，工作電壓為2V～3.7V。

與所述的協(xié)調(diào)器無線通信的多個ZigBee終端，其為以CC2530F256芯片為主核心的模塊，

所述的傳感器模塊用以感測不同的參量變化且分別與所述的ZigBee終端通訊連接，

按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊用于人機交互且與所述的協(xié)調(diào)器通訊連接，實現(xiàn)參數(shù)的配置以及數(shù)據(jù)顯示等，

所述的電源模塊包括為固定電源模塊和活動電源模塊，具體來說，所述的固定電源模塊包括將220V變壓到12V的變壓器，與所述的變壓器次級輸出整流濾波電路，與整流濾波電路輸出連接的開關(guān)穩(wěn)壓芯片，如LM2596，與所述的開關(guān)穩(wěn)壓芯片的5V輸出連接的線性穩(wěn)壓芯片，如7333，所述的線性穩(wěn)壓輸出芯片輸出CC2530芯片的供能電壓，如3.3V，所述的整流濾波電路的輸出側(cè)同時為繼電器供電。所述的活動電源模塊包括鋰離子電池，與所述的鋰離子電池連接的低壓穩(wěn)壓芯片，所述的低壓穩(wěn)壓芯片輸出供能電壓。由于開關(guān)穩(wěn)壓芯片或鋰離子電池的電壓紋波大，所以采用線性穩(wěn)壓芯片7333或低壓穩(wěn)壓芯片與之配合，減少干擾，保證主核心單片機的正常運行。

作為另一種實施方式，所述的活動電源模塊包括鋰離子電池、鋰離子電池充電模塊、DC-DC升壓模塊，以及DC-DC降壓模塊，所述的DC-DC升壓模塊為傳感器供電，所述的DC-DC降壓模塊為CC2530供能。兩次電壓的變化，能有效保證電壓的穩(wěn)定性。

電源是一個系統(tǒng)運行的關(guān)鍵，本實用新型結(jié)合實際使用和安裝方便本，采用兩種方式進行供電。協(xié)調(diào)器和執(zhí)行控制節(jié)點需長期供電且不用移動位置，它們利用市電變壓供電；而檢測節(jié)點需要檢測家中任意位置，為方便移動，采用單節(jié)3.7V鋰電池對其獨立供電，提高了設(shè)備布置的便利性，提供使用感受。

本實用新型根據(jù)模塊化設(shè)計思想將硬件劃分為多種獨立模塊，可以根據(jù)各自戶型的不同進行增刪，與傳統(tǒng)方式相比，不僅擁有很高的兼容性和可選擇性，而且降低了施工成本和安裝周期。利用TI公司的CC2530單片機基于ZigBee2007/PRO協(xié)議棧的ZigBee技術(shù)建立了底層無線組網(wǎng)，實現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)中溫濕度、煤氣、煙霧等參數(shù)的實時監(jiān)測，并且能夠根據(jù)實際情況更改閾值控制用電設(shè)備自動開啟關(guān)閉。相比于WiFi、藍牙等傳統(tǒng)組網(wǎng)方案，本文提出的基于ZigBee的無線組網(wǎng)方案安全性高、功耗低，終端節(jié)點還可根據(jù)實際情況不斷添加多種傳感器和控制設(shè)備實現(xiàn)無限擴展。

具體來說，為實現(xiàn)各個終端的便捷布置，所述的ZigBee終端包括殼體、與所述的殼體固定連接的連接部，所述的活動電源模塊以及傳感器模塊和CC2530芯片等設(shè)置在所述的殼體內(nèi)，所述的殼體上設(shè)置有與所述的CC2530芯片可控連接的指示燈。如終端上電后首先檢測電池電壓，如電量不足，則通過閃爍終端模塊上的LED提醒用戶充電。其中，所述的連接部為掛鉤、磁吸、膠帶等，采用多種形式的連接部，可調(diào)使用的適配性。

具體來說，所述的傳感器模塊包括防盜監(jiān)控模塊、煙霧檢測模塊、溫濕度模塊以及無線開關(guān)模塊。掛載在各個終端上的不同的傳感器模塊，大部分時間休眠，只在設(shè)定的固定時間段喚醒進行采集數(shù)據(jù)并回傳，消耗電流少。可以被放置在家中的不同位置，采集各種信息并無線回傳到協(xié)調(diào)器用于用戶處理。

優(yōu)選地，所述的煙霧檢測模塊為MQ-2型煙霧傳感器，當檢測當家庭廚房天然氣的泄漏或發(fā)生火災時產(chǎn)生的煙霧時，連接煙霧傳感器的終端將信息發(fā)送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器報警，提醒家人進行妥善處理。

其中，所述的無線開關(guān)模塊包括單刀雙擲光耦型繼電器，如松樂SRD-12VDC-SL-C型繼電器組成，最大允許電流高達10A，通過光耦實現(xiàn)強弱電隔離，既能消除繼電器動作對單片機的影響，又能防止觸電事故的發(fā)生。

本實用新型采用紅外熱釋電傳感器系統(tǒng)采用人體熱釋電紅外傳感器與霍爾門磁傳感器相結(jié)合作為防盜模塊，紅外熱釋電傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，判斷是否有人非法入侵?；魻栭T磁傳感器由安裝在門框上的霍爾傳感器和安裝在門上的霍爾門磁傳感器組成，當門窗關(guān)好時，永磁鐵位于霍爾傳感器的正下方，當門窗沒有關(guān)好或者是在自動安防模式下盜賊破門而入時，霍爾傳感器不會檢測到磁鐵?；诨魻栐砟軌?qū)崿F(xiàn)家中的防盜監(jiān)控以及對門窗開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控。

所述的溫濕度模塊優(yōu)選為DHT11溫濕度傳感器，溫濕度檢測范圍為：20－90％RH 0－50℃。滿足家庭的日常應(yīng)用。

系統(tǒng)采用TI公司提供的ZigBee協(xié)議棧，利用C語言在官方提供的Z-Stack通用模版的基礎(chǔ)上，調(diào)用協(xié)議棧封裝好的API實現(xiàn)具體的功能。系統(tǒng)采用星型結(jié)構(gòu)。上電后，協(xié)調(diào)器會在ZigBee2007/PRO協(xié)議棧的調(diào)配下初始化并建立自己的網(wǎng)絡(luò)，同時為建立的網(wǎng)絡(luò)分配區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)標識符PANID。當掛載有不同傳感器的終端模塊得電后同自動搜索網(wǎng)絡(luò)并加入，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自組。

整個系統(tǒng)軟件中協(xié)調(diào)器與終端的軟件建立在同一個工程當中，通過修改IAR編譯器預編譯項的宏定義來區(qū)分協(xié)調(diào)器及終端的程序。

當上電完成后協(xié)調(diào)器有在網(wǎng)絡(luò)中有三項任務(wù)：

第一、建立并維護無線網(wǎng)絡(luò)的正常運行，這一部分在Z-Stack協(xié)議棧中自動完成。

第二、解析用戶的輸入將相應(yīng)命令發(fā)給終端設(shè)備。

第三、接收從終端節(jié)點返回來的信息，在LCD屏幕上顯示，實現(xiàn)人機交互。

在協(xié)議棧自帶操作系統(tǒng)osal中，這三項任務(wù)幾乎是同時進行的。osal順序執(zhí)行task任務(wù)，主要功能函數(shù)編寫在用戶自定義任務(wù)當中。其中SYS_EVENT_MSG事件不可屏蔽，該項發(fā)生后，系統(tǒng)提取消息包，如果提取到的命令為AF_INCOMING_MSG_CMD說明協(xié)調(diào)器通過射頻RF收到了數(shù)據(jù)，隨即調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)。收到的信息包括clusterId串和真正的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)給每個終端分配各自的clusterId串，在數(shù)據(jù)處理函數(shù)中通過區(qū)別clusterId串來識別不同的終端模塊，進而將不同終端節(jié)點傳來的的信息進行相應(yīng)的處理，如將家中其他設(shè)備的實時狀態(tài)顯示在LCD屏幕上供用戶觀察等。

ZigBee終端軟件設(shè)計

在Z-Stack協(xié)議中，ZigBee模塊之間的通訊方式有3種，分為廣播，組播和單播。協(xié)調(diào)器向終端廣播信息，終端向協(xié)調(diào)器單播信息。終端之間不能相互直接通信，需要中控中心的協(xié)調(diào)器作為兩者之間的中轉(zhuǎn)站。終端上電后，首先檢測電源電壓，如果電壓不足則閃爍LED提醒用戶更換電池，如果電壓正常，則osal輪詢?nèi)蝿?wù)，與協(xié)調(diào)器相同，當SYS_EVENT_MSG事件發(fā)生，消息列表里包含的命令為ZDO_STATE_CHANGE時，說明本設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變，如果本設(shè)備被分配為終端節(jié)點，則開啟一個定時任務(wù)，進入休眠計時，到設(shè)定時間喚醒設(shè)備進行信息采集回傳，回傳完畢再次休眠。

終端、協(xié)調(diào)器之間數(shù)據(jù)傳輸時，ZigBee 2007/PRO協(xié)議棧中封裝的校驗環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)進行校驗，防止出錯。為進一步保證協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備正確通訊，設(shè)計了一種由結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的簡單數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。信息交互時，都以此種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包為最小單位項。

收到數(shù)據(jù)后，接收方不僅可以得到具體的數(shù)據(jù)，還可以得到發(fā)送方的地址。其中校驗位是在數(shù)據(jù)發(fā)送前將真正數(shù)據(jù)進行異或處理的單字節(jié)，發(fā)送完成后，接收方將接收到到數(shù)據(jù)后再次進行異或校驗，將校驗的結(jié)果與發(fā)送過來的校驗位比較，如果相同說明數(shù)據(jù)傳送正確，否則丟棄。這樣兩重校驗保證了數(shù)據(jù)的正確傳輸，消除誤碼。

將收到的最小項數(shù)據(jù)包中的真正數(shù)據(jù)提煉出后，協(xié)調(diào)器或終端進行解碼并執(zhí)行預定的命令。

整套系統(tǒng)易于安裝、成本低廉、維護簡單，為智能家居技術(shù)的發(fā)展進行了新的探索，相信具有很好的應(yīng)用前景。考慮到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，后續(xù)將以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計無線網(wǎng)關(guān)以及手機APP，實現(xiàn)家居的遠程監(jiān)控，進一步完善整套系統(tǒng)的性能，給實際使用帶來更加方便舒適的體驗。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。