CN107942714A - 一种基于ZigBee的家居控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee的家居控制系统，包括主控电路、GPRS电路、智能移动终端、ZigBee协调器、ZigBee无线终端节点、智能电器、环境参数传感器和电子锁，利用ZigBee无线传输技术实现智能家居控制系统的无线组网，克服了传统家居控制系统存在的布线麻烦、扩展困难及维护成本高等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其是一种基于ZigBee的家居控制系统。
背景技术
随着电子技术和物联网技术的发展，人们对居住环境及信息获取的要求越来越高，现代家庭正从以往单纯地追求开阔的居住空间及奢华的家居装修转向家居智能化，享受智能化带来的舒适、安全、便利的生活环境。智能家居利用智能化电子技术、网络技术和综合布线技术，将家居生活有关的各种家用电器、通信设备及安防设备等综合为一体，通过提供全方位的信息交换功能，优化了人们的生活方式，增强了家居生活的安全性与舒适性。
然而，目前的智能家居控制系统的组网方式可分为有线组网和无线组网两种，有线组网方式的发展较为成熟，但总线、电话线、以太网及电力线等技术普遍存在布线麻烦、扩展不易、安装和维护成本高、移动性能差等缺陷，尤其不适合现有普通住房的智能化改造。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于ZigBee的家居控制系统，利用ZigBee无线传输技术实现智能家居控制系统的无线组网，克服了传统家居控制系统存在的布线麻烦、扩展困难及维护成本高等缺点。
本发明所采用的技术方案是：一种基于ZigBee的家居控制系统，包括主控电路、GPRS电路、智能移动终端、ZigBee协调器、ZigBee无线终端节点、智能电器、环境参数传感器和电子锁，所述ZigBee无线终端节点包括第一ZigBee无线终端节点、第二ZigBee无线终端节点和第三ZigBee无线终端节点，所述主控电路与GPRS电路、ZigBee协调器连接，所述GPRS电路与智能移动终端连接，所述ZigBee协调器与ZigBee无线终端节点连接，所述第一ZigBee无线终端节点与智能电器连接，所述第二ZigBee无线终端节点与环境参数传感器连接，所述第三ZigBee无线终端节点与电子锁连接。
进一步地，所述家居控制系统还包括报警电路，所述ZigBee无线终端节点还包括第四ZigBee无线终端节点，所述第四ZigBee无线终端节点与报警电路连接。
进一步地，所述智能移动终端包括手机。
进一步地，所述智能电器包括照明灯和/或电动窗帘和/或清洗机器人。
进一步地，所述环境参数传感器包括烟雾传感器和/或温度传感器和/或湿度传感器和/或光强传感器。
进一步地，所述主控电路为S3C2440A芯片及其外围电路。
进一步地，所述GPRS电路包括SIM300C芯片。
进一步地，所述ZigBee无线终端节点为CC2430芯片及其外围电路。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于ZigBee的家居控制系统，包括主控电路、GPRS电路、智能移动终端、ZigBee协调器、ZigBee无线终端节点、智能电器、环境参数传感器和电子锁，利用ZigBee无线传输技术实现智能家居控制系统的无线组网，克服了传统家居控制系统存在的布线麻烦、扩展困难及维护成本高等缺点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种基于ZigBee的家居控制系统的一具体实施例示意图；
图2是本发明一种基于ZigBee的家居控制系统的环境参数传感器和第二ZigBee无线终端节点的一具体实施例示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种基于ZigBee的家居控制系统，包括主控电路、GPRS电路、智能移动终端、ZigBee协调器、ZigBee无线终端节点、智能电器、环境参数传感器和电子锁，ZigBee无线终端节点包括第一ZigBee无线终端节点、第二ZigBee无线终端节点和第三ZigBee无线终端节点，主控电路与GPRS电路、ZigBee协调器连接，GPRS电路与智能移动终端连接，ZigBee协调器与ZigBee无线终端节点连接，第一ZigBee无线终端节点与智能电器连接，第二ZigBee无线终端节点与环境参数传感器连接，第三ZigBee无线终端节点与电子锁连接。
本发明一种基于ZigBee的家居控制系统，包括主控电路、GPRS电路、智能移动终端、ZigBee协调器、ZigBee无线终端节点、智能电器、环境参数传感器和电子锁，利用ZigBee无线传输技术实现智能家居控制系统的无线组网，克服了传统家居控制系统存在的布线麻烦、扩展困难及维护成本高等缺点。
作为技术方案的进一步改进，家居控制系统还包括报警电路，ZigBee无线终端节点还包括第四ZigBee无线终端节点，ZigBee协调器与第四ZigBee无线终端节点连接，第四ZigBee无线终端节点与报警电路连接。
作为技术方案的进一步改进，参考图1，图1是本发明一种基于ZigBee的家居控制系统的一具体实施例示意图；本系统基于ARM—Linux开发平台，采用三星公司的S3C2440A作为主控电路的主控制器，嵌入式控制中心是整个家居系统的核心处理模块，而嵌入式处理器则是家庭控制中心的核心部件。其性能的好坏直接决定了整个系统的运行效果。目前主流的嵌入式微处理器有ARM、MIPS、PowerPC、X86、MC68K/Coldfire等。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，是一种可扩展、可移植、可集成的处理器。其中，ARM9系列微处理器采用ARMV4T(Harvard)结构，五级流水线，指令与数据分离的Cache，平均功耗为0.7mW/MHz，时钟频率为120—200MHz，在高性能低功耗特性方面提供最佳的性能。本设计中，采用mini2440开发板完成智能家居控制器的设计，该开发板采用基于ARM920T内核的S3C2440微处理器，并配有64MbyteSDRAM、128MbyteNandFlash、3个串口、1个100M以太网RJ一45口、1个GPIO接口和1个系统总线接口，资源丰富，便于各种嵌人式系统的开发。另外，配置电源电路为主控电路供电；还设置有触摸屏用于信号输入，触摸屏与主控电路连接。
GPRS(GeneralPacketRadioService)即通用分组无线服务技术，是GSM移动电话用户可用的一种数据传输业务。它使用分组交换技术，以封包(Packet)的方式传输数据，具有使用费用低廉、接人时间短以及传输速率高(可达115kbps)等特点。本发明的GPRS电路选用SIMCOM公司的SIM300C，该模块尺寸小、功耗低、易于开发，典型工作电压4.2V，峰值电流2A，可工作在900/1800/1900MHz工作频段，在使用时无需申请频段，只需一张SIM卡即可。它提供通用的AT控制命令，使用户不需移植TCP/IP协议就能利用GPRS服务与终端建立连接、实现数据传输，缩短用户的开发周期。通过串口将GPRS电路与主控制器(ARM)相连接，可将环境参数传感器采集到的环境数据经ZigBee网络传输给主控电路，再由主控电路向GPRS电路发送AT指令将环境数据传送到用户手机，也可通过手机向GPRS电路发送短信的方式，控制智能家电的工作状态。
参考图1，ZigBee协调器作为网络的中心节点，负责建立和维护网络、发送网络信标、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找节点间路由信息、允许其他设备入网等。本系统由一个ZigBee协调器和若干个ZigBee无线终端节点组成，按星型网络拓扑结构，ZigBee协调器通过SPI总线与主控电路(ARM)连接，用于接收来自主控电路的各种控制信号；ZigBee无线终端节点用于连接分布于室内的智能电器、环境参数传感器、电子锁和报警电路，其中，目前市场上符合ZigBee协议标准的无线收发模块种类较多。本设计中ZigBee无线终端节点采用TI公司生产的CC2430芯片。该芯片集成了高性能2.4GHzDSSS射频收发器核心，采用增强型8051MCU、32/64/128KB闪存、8KBSRAM等高性能模块，并内置了ZigBee协议栈，多种运行模式的设计保证了它极低的功耗。可任意加入网络节点的动态自组网特性极大地方便了智能家居控制系统的功能扩展。参考图2，图2是本发明一种基于ZigBee的家居控制系统的环境参数传感器和第二ZigBee无线终端节点的一具体实施例示意图；以第二ZigBee无线终端节点为例，除了CC2430芯片之外，还设置有调试接口、晶振、电源和无线收发装置(即天线)。
本方案中，ZigBee无线终端节点还用于连接分布于室内的各种环境参数传感器，参考图2，环境参数传感器将采集到的数据经A/D转换后，通过无线收发装置发送给ZigBee协调器。环境参数传感器包括烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器、光强传感器，温度传感器选用热电阻Pt1000，热阻式测温是根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，当Pt1000在0℃时阻值为1000欧姆，它的阻值会随着温度上升而增长。常用于医疗、电机、工业、温度计算等高精温度设备，应用范围非常广泛。光强传感器采用光敏电阻。
具体地，智能电器包括照明灯、电动窗帘、清洗机器人，智能电器与第一ZigBee无线终端节点连接，则用户可以通过手机控制智能电器的工作；清洗机器人的执行结构为电机驱动，清洗机器人包括水果清洗机器人和洗碗机器人。而报警电路为蜂鸣器等。
本系统基于ARM—Linux开发平台，采用三星公司的S3C2440A作为主控制器，用ZigBee无线组网技术完成家庭内网的组建，其终端节点连接各种智能电器、环境参数传感器、电子锁及报警电路，通过GPRS电路，用户可以通过手持终端登录家居管理系统，随时查询家居环境及家电的工作状态，若有险情发生，系统将第一时间向用户的手机发送报警信息并控制报警电路进行报警；另外，用户可以远程控制电子锁开门。本发明采用ZigBee技术实现智能家居控制系统的无线组网，克服了传统家居控制系统存在的布线麻烦、扩展困难及维护成本高等缺点，尤其适合现有普通住房的智能化改造，其研究成果也可用于学校、医院等公共场所的智能化改造工程。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，包括主控电路、GPRS电路、智能移动终端、ZigBee协调器、ZigBee无线终端节点、智能电器、环境参数传感器和电子锁，所述ZigBee无线终端节点包括第一ZigBee无线终端节点、第二ZigBee无线终端节点和第三ZigBee无线终端节点，所述主控电路与GPRS电路、ZigBee协调器连接，所述GPRS电路与智能移动终端连接，所述ZigBee协调器与ZigBee无线终端节点连接，所述第一ZigBee无线终端节点与智能电器连接，所述第二ZigBee无线终端节点与环境参数传感器连接，所述第三ZigBee无线终端节点与电子锁连接。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述家居控制系统还包括报警电路，所述ZigBee无线终端节点还包括第四ZigBee无线终端节点，所述第四ZigBee无线终端节点与报警电路连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述智能移动终端包括手机。
4.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述智能电器包括照明灯和/或电动窗帘和/或清洗机器人。
5.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述环境参数传感器包括烟雾传感器和/或温度传感器和/或湿度传感器和/或光强传感器。
6.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述主控电路为S3C2440A芯片及其外围电路。
7.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述GPRS电路包括SIM 300C芯片。
8.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的家居控制系统，其特征在于，所述ZigBee无线终端节点为CC2430芯片及其外围电路。
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