CN103207594A

CN103207594A - 基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统

Info

Publication number: CN103207594A
Application number: CN2012104488710A
Authority: CN
Inventors: 尹纪庭; 余建波; 袁佳; 焦志曼
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明涉及一种基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统。本系统由家庭网关和若干个基于ZigBee技术的无线通信终端节点组成，在家庭网关和每个终端节点上都接有一个ZigBee模块，数据通过模块在网关和终端节点传送。ZigBee模块负责组建家庭内部无线通信网络，终端节点负责控制家庭设备、监测家庭环境和各种故障报警数据，家庭网关与Internet网络连接，家用PC或远程PC实现对整个系统的控制，RS485总线或以太网与小区管理中心通信，液晶屏显示小区通知、系统各部分工作状况和数据。此系统采用ZigBee技术组建家庭网络，相对蓝牙、红外，具有组网简单灵活、形式多样，且带有路由的自组网功能，适合有大量终端设备、数据传输量小且成本要求低的家庭网络，具有很好的通用性和可扩展性。

Description

基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统

技术领域

本发明属于智能家居控制技术领域，具体指一种基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统。

背景技术

随着科技的发展和生活质量的提高，人们越来越追求家庭生活现代化、居住环境舒适化、安全化等，即家居智能化。目前国内外提出了“智慧城市”、“智能家居”、“智能小区”的概念和开发了相关产品，同时，物联网络的出现也推动了智能家居系统的发展和应用，家居智能化正在逐渐成为现实。

传统的家居系统多采用有线的方式进行组建，这会存在布线繁琐、工程量大、影响美观、系统的扩展性差、维护不方便等缺点。在智能家居系统中，采用无线网络技术可以提供更大的灵活性、流动性，更符合家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点，将无线网络技术应用于家庭网络已经成为主流趋势。从现今的应用来看，每一种无线技术都有自己的一些特点，在实际应用环境中,低速率、低成本的无线通信在自动控制、无线传感器网络、家居自动化等诸多更贴近日常生活的领域具有广泛的市场。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，工作在2.4GHz和868/928MHz频段，相对蓝牙、红外，ZigBee技术组网简单灵活、形式多样，且具有带有路由的自组网功能，非常适合有大量终端设备、数据传输量小且成本要求低的家庭网络。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Internet和ZigBee技术的智能家居控制系统，能够省去家庭内布线的繁琐，提高系统的灵活性，将家庭中许多相对独立的设备构成一个统一的系统，方便对各种设备进行统一的控制和管理，并且，通过家庭网关将家庭内网与Internet连接，实现整个系统的远程控制。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，由家庭网关和若干个基于ZigBee技术的无线通信终端组成，其特征在于所述的家庭网关采用32位ARM芯片作为核心处理器，具有显示、操作和数据传送功能，通过ZigBee模块与家庭中的ZigBee无线通信终端节点进行通信，控制电灯的开关和亮度，控制窗帘、烟雾煤气报警器的开关，控制人员入侵布防/撤防等；与Internet网络连接，实现远程控制，当有人员入侵或室内环境异常，自动向用户和管理中心报警；与小区总线连接，通过液晶屏显示小区通知；与家庭内部PC连接，实现家用PC对整个系统的控制。所述的ZigBee无线通信终端节点包括人体红外探测终端、烟雾探测终端、煤气探测终端、温度采集终端、窗帘控制终端、灯光控制终端和按键遥控终端。

所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统中所述的家庭网关包括以下几个部分：核心控制器：采用32位ARM微处理器； ZigBee协调器即ZigBee模块：与家庭中的无线通信终端进行组网和通信；以太网通信模块：连接网络路由器，实现PC对整个系统的控制；485通信模块：连接小区总线，与小区管理中心通信；显示模块：利用液晶屏显示小区通知、系统各部分工作状况及数据；控制按键模块：特殊情况下系统的手动控制。

所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统中所述的人体红外探测终端、烟雾探测终端、煤气探测终端包括四个部分：ZigBee模块、传感器、A/D转换电路。监测到异常时，自动报警，通过ZigBee模块将环境信息传送至用户和控制中心。

所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统中所述的温度采集终端包括ZigBee模块和传感器。传感器采集室内温度，经ZigBee模块传送至网关，经液晶屏实时显示。

所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统中所述的窗帘控制终端、灯光控制终端由ZigBee模块和电机、灯光驱动电路组成，采用PWM控制方式实现电灯亮度和电机转速控制。

所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统中所述的按键遥控终端包括ZigBee模块、显示屏和控制按键，按键控制信号通过ZigBee模块发送出去，网关接收到控制信号并分析处理后发送到指定的家居设备上，反馈回来的设备状态在液晶屏上显示。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：在家居中，采用ZigBee无线网络技术组网为系统提供更大的灵活性、流动性，更符合家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点，融合成熟的以太网技术，将家居设备接入互联网，实现远程智能化监控和管理，具有很强的实用和推广价值

附图说明

图1基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统结构图。

图2 家庭网关结构图。

图3 ZigBee终端节点结构图。

图4 Ethernet通讯模块电路原理图。

图5 RS485通讯模块电路原理图。

图6液晶显示模块接口电路。

图7 ZigBee模块电路原理图。

图8 报警器电路原理图。

具体实施方式

实施例一：

参见图1、2，基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统由家庭网(1)和若干个基于ZigBee技术的无线通信终端节点组成，所述的家庭网关采用32位ARM芯片作为核心处理器，具有显示、操作和数据传送功能，通过ZigBee模块与家庭中的ZigBee无线通信终端进行通信，控制电灯的开关和亮度，控制窗帘、烟雾煤气报警器的开关，控制人员入侵布防/撤防等；与Internet网络连接，实现远程控制，当有人员入侵或室内环境异常，自动向用户和管理中心报警；与小区总线连接，通过液晶屏显示小区通知；与家庭内部PC连接，实现家用PC对整个系统的控制。所述的ZigBee无线通信终端包括人体红外探测终端(2)、烟雾探测终端(3)、煤气探测终端(4)、温度采集终端(5)、窗帘控制终端(6)、灯光控制终端(7)和按键遥控终端(8)。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述家庭网关(1)包括以下几个部分：核心控制器(11)：采用32位ARM微处理器，联接并控制以下各模块：ZigBee协调器即ZigBee模块(14)：与家庭中的无线通信终端进行组网和通信；Ethernet模块(12)：连接网络路由器，实现PC对整个系统的控制；RS485模块(13)：连接小区总线，与小区管理中心通信；显示模块(15)：利用液晶屏显示小区通知、系统各部分工作状况及数据；控制按键模块(16)：特殊情况下系统的手动控制；报警器(17)：监测对象异常报警。

家庭网关(1)的核心控制器(11)采用ST公司生产的具有5个USART接口、3个SPI端口、2个IIC接口以及以太网10/100MAC模块的微处理器ARM芯片STM32F107VCT6。

见附图4，家庭网关(1)的Ethernet通讯模块(12)采用高性价比的DM9161AEP作为10M/100M以太网PHY芯片，采用MⅡ接口与处理器STM32F107VCT6内部的IEEE1588 MAC连接，标准RJ45接口。

见附图5，家庭网关(1)的RS485通讯模块(13)采用MAX485芯片与处理器串口通讯引脚连接，完成电平转换。

见附图6，家庭网关(1)的液晶显示模块(15)采用3.2寸TFT触摸液晶屏，32针液晶显示接口，通过SPI总线与处理器连接。

见附图7，ZigBee模块(14)采用CC2430芯片，融合MSSTATE_LRWPAN协议实现无线组网和通信。在ZigBee网络中,每个节点都有两种地址模式:64位的IEEE MAC长地址和16位短地址，可以通过任一地址实现对指定节点的控制。IEEE MAC地址由IEEE组织进行分配,用于设备的唯一标识;16位短地址用于本地网络中的设备标识。如果是处于不同的网络中,有可能具有相同的短地址。当一个节点加入网络的时候,由它的父节点给它分配短地址。

见附图8，采用音频功率放大器LM386驱动8Ω/0.5W扬声器进行报警。ZigBee终端将检测对象信息

发送到网关，监测数据出现异常时，微处理器控制扬声器进行报警。

见附图3，每个终端上都有ZigBee模块(0)，根据不同的应用连接不同的应用电路，烟雾、煤气传感器(21)经A/D转换电路(22)连接ZigBee模块(0)，感知和采集室内烟雾、CO气体浓度；温度传感器DS18B20(71)连接ZigBee模块(0)，实时采集室内温度；电机驱动电路(52)连接电机(51)和ZigBee模块(0)，通过控制电机(51)正反转和转速实现对窗帘的控制；灯光驱动模块(62)连接电灯(61)和ZigBee模块(0)，实现电灯(61)的开、关和亮度调节；遥控终端以按键的形式实现，通过网关控制其他节点。

图4、图5、图6、图7和图8分别示出一种Ethernet通讯模块电路、RS485通讯模块电路、液晶显示模块接口电路、ZigBee模块电路和报警器电路。

Claims

1.一种基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，由家庭网关(1)和若干个基于ZigBee技术的无线通信终端组成，其特征在于所述的家庭网关(1)采用32位ARM芯片作为核心处理器，具有显示、操作和数据传送功能，通过ZigBee模块与家庭中的ZigBee无线通信终端进行通信；控制电灯的开关和亮度，控制窗帘、烟雾煤气报警器的开关，控制人员入侵布防/撤防；与Internet网络连接，实现远程控制，当有人员入侵或室内环境异常，自动向用户和管理中心报警；与小区总线连接，通过液晶屏显示小区通知；与家庭内部PC连接，实现家用PC对整个系统的控制；所述的ZigBee无线通信终端包括人体红外探测终端(2)、烟雾探测终端(3)、煤气探测终端(4)、温度采集终端(5)、窗帘控制终端(6)、灯光控制终端(7)和按键遥控终端(8)。

2.根据权利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，其特征在于所述家庭网关(1)包括以下几个部分：核心控制器(11)：采用32位ARM微处理器，联接并控制以下各模块：ZigBee协调器即ZigBee模块(14)：与家庭中的无线通信终端进行组网和通信；Ethernet模块(12)：连接网络路由器，实现PC对整个系统的控制；RS485模块(13)：连接小区总线，与小区管理中心通信；显示模块(15)：利用液晶屏显示小区通知、系统各部分工作状况及数据；控制按键模块(16)：特殊情况下系统的手动控制；报警器(17)：监测对象异常报警。

3.根据权利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，其特征在于所述的人体红外探测终端(2)、烟雾探测终端(3)和煤气探测终端(4)的传感器检测终端包括一个ZigBee模块(0)经一个A/D转换电路(22)与红外、烟雾、煤气传感器(21)连接，监测到异常时，自动报警，通过ZigBee模块将环境信息传送至用户的核心控制器(11)和控制中心。

4.根据权利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，其特征在于所述的温度采集终端(5)包括ZigBee模块(0)连接温度传感器(71)，温度传感器(71)采集室内温度，经ZigBee模块(0)传送至家庭网关(1)，经液晶屏实时显示。

5.根据权利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，其特征在于所述的窗帘控制终端(6)和灯光控制终端(7)由ZigBee模块(0)分别连接电机驱动电路(52)和灯光驱动电路(62)构成，采用PWM控制方式实现电灯亮度和电机转速控制。

6.根据权利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系统，其特征在于所述的按键遥控终端(8)由ZigBee模块(0)连接显示屏(82)和遥控按键(81)构成，按键控制信号通过ZigBee模块(0)发送出去，家庭网关(1)接收到控制信号并分析处理后发送到指定的家居设备上，反馈回来的设备状态在液晶屏上显示。