一種基于ZigBee的智能家居環(huán)境信號采集與控制系統(tǒng)設計

　　軟件選型：在pcDuino上運行OpenWrt，并安裝Nginx、SQLite和PHP作為家用主控服務器，采用Python2.7.1作為主控程序的編程語言，采用開發(fā)板自帶的IRH7.6版本的IDE即可將程序燒制到開發(fā)板的ROM中。關于云端服務器，可以采用阿里云，配置為CentOS6.4版本，運行Nginx、MySQL5.2和PHP5.3即可作為云端服務器。

　　關于傳感器數(shù)據(jù)收集和云端服務器的內容，相關文獻已較多在此不再贅述。關于配置模塊，是用戶安裝時初始化的必要的一步。由于每個住戶的居家環(huán)境和配置方案都不同，需要在初始安裝時指定設備的擺放位置，并匹配相關的傳感器和家電設備。為了提升用戶體驗，需要對初始化進行測試，用戶滿意方可通過，如圖8所示。

　　家電控制模塊分為紅外家電和Wi-Fi家電控制兩類。其中，紅外家電包括空調、電扇、電視等設備，相應的控制代碼是串行的，依賴紅外轉發(fā)模塊來實現(xiàn)，大多數(shù)基于38KHz的NEC紅外載波協(xié)議，所以可以通過學習遙控器按鈕控制代碼來實現(xiàn)。關于Wi-Fi家電的控制格式，均為IP地址：端口+控制代碼的格式實現(xiàn)，各品牌型號的具體代碼各不相同，大部分品牌還帶有加密密鑰，所以必須在初始化配置時指定好正確的型號和地址(如有必要，最好在路由器上把家電mac地址綁定不變)，即可實現(xiàn)對家電的控制。

　　安防報警模塊需要用戶手動開啟或解除。主要基于被動人體紅外(PIR)傳感器，當安防模式開啟后，如果家中有人闖入，激活紅外信號即開啟報警，以短信的形式通知住戶和安保物業(yè)人員，其中攝像頭拍照取證為可選功能。關于環(huán)境報警信息，主要是有害氣體、火災或漏電行為的檢測，如圖9所示，由系統(tǒng)監(jiān)聽傳感器和家電狀態(tài)信息獲得。

　　家電的遠程控制與訪問查詢，需要APP端或PC瀏覽器來實現(xiàn)。在主控設備的程序中編寫監(jiān)聽程序，接收控制指令，如圖10所示。

　　主控設備定期與云端進行同步，為了保障用戶的隱私，在云端僅保存最近的數(shù)據(jù)供APP訪問使用，以及安防報警的證據(jù)留存。云端數(shù)據(jù)庫的架構及描述如圖11所示。

3 總結

　　本方案采用低功耗的ZigBee協(xié)議與WLAN結合，不僅節(jié)省了智能家居的裝修成本，而且使得居住環(huán)境的信息采集和遠程查詢控制的實現(xiàn)都成為可能。本方案的兼容性更好，可以適用于較多廠商的品牌兼容。本項目為華科大學生創(chuàng)業(yè)作品，“感知i家”系列產品已注冊商標，并受到華中科技大學大學生科技創(chuàng)新基金的支持。系統(tǒng)的主要功能包括：安防、災害預警、家電控制和住戶行為識別，以及不同品牌設備之間的互聯(lián)互通。

參考文獻：

　　[1]張亮.基于ZigBee技術的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[D].武漢科技大學, 2009.

　　[2]苑毅,潘崢嶸.一種Zigbee傳感器實現(xiàn)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表, 2013(2):53-54.

　　[3]侯麗玲.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].長春工程學院學報:自然科學版, 2015(4).

　　[4]張科.基于ZigBee智能家居控制系統(tǒng)的研究與設計[D].江蘇科技大學, 2013.

　　[5]周瑜.ZigBee傳感器網(wǎng)絡在家庭可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)中的應用[J].信息通信,2016(1).

　　[6]馬燦.一種Zigbee傳感器與手機通信接口的設計與實現(xiàn)[D].大連理工大學,2014.

　　[7]黃瀲之.基于Zigbee傳感器網(wǎng)絡的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].哈爾濱理工大學,2012.

本文來源于《電子產品世界》2017年第1期第52頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。