1 体系整体架构
体系包含网关体系、各种传感器
、服务器和手机终端，如图1所示。网关体系由电源部分、STM32操控器、ZigBee模块、GSM模块、WiFi模块、蓝牙模块以及网口构成。传感器包含温湿度传感器、气体传感器、人体感应传感器、继电器模块等。各传感器别离经过ZigBee传送数据到网关，网关经过WiFi以UDP协议上传数据到服务器。手机终端既能够拜访服务器检测各传感器的情况而且能够发送操控指令抵达网关，再从网关经过ZigBee操控继电器，然后完结长途家电操控。
2 硬件原理规划
2.1 网关硬件原理规划
网关选用输出为5 V的电源适配器供电，经过LM117电源芯片稳压到3.3 V给体系供电。主操控器芯片选意图法半导体公司的STM32F107芯片;ZigBee芯片选用TI公司的CC25 30，用于SMS和CPRS功用的模块选用SIM900A;WiFi芯片选用TI的CC3200;蓝牙芯片选用TI公司的BLE低功耗蓝牙芯片CC2540;网口驱动芯片选用以太网操控芯片DP83848CVV;Zig Bee芯片、WiFi芯片和蓝牙芯片都以模块化的方法经过RS232串口和STM32主控器衔接，SIM900模块也经过RS232串口和STM32主控器衔接，硬件框图如图2所示。
2.2 温湿度子体系硬件原理规划
温湿度子体系选用可充电锂电池供电，经过TP4054充电芯片完结给锂电池充电。锂电池输出3.7 V，经过TPS63031电源稳压芯片将电压稳到3.3 V，然后给体系供电。操控器芯片选用TI公司的CC2530，温湿度传感器选用SHT1x，丈量的温室度值传送给操控器，然后显现在OLED显现屏而且经过ZigBee发送到网关。网关硬件框图如图3所示。
2.3 人体感应和气体勘探体系硬件原理
人体感应与气体传感器体系除了传感器不同以外，其他部分都相同。体系选用可充电锂电池供电，可经过TP4054充电芯片完结给锂电池充电。锂电池输出3.7 V，经过TPS63031电源稳压芯片可将电压稳到3.3 V，然后给操控部分供电;经过CN5136升压稳压芯片将电压安稳到5 V给传感器模块供电。人体感应传感器选用HC—SR501人体感应模块;气体传感器选用MQ-2气体传感器模块，可检测液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等。各传感器的情况经过ZigBee发送到网关，硬件框图如图4所示。
2.4 家电操控子体系硬件规划
家电操控室经过操控继电器的开关来完结，家电操控子体系选用可充电锂电池供电，经过TP4054充电芯片完结给锂电池充电。锂电池输出3.7 V，经过TPS63031电源稳压芯片可将电压安稳到3.3 V，然后给操控部分供电;经过CN5136升压稳压芯片将电压安稳到5 V给继电器模块供电。CC2530单片机将本地按键操控和长途操控继电器的情况传送到网关;别的也承受网关发来的指令操控继电器的开闭，硬件框图如图5所示。
3 体系软件功用规划
体系中各传感器子体系经过ZigBee把数据传送到网关，网关经过WiFi传送到服务器，当温度超越设定值、室内有人或无人、气体浓度超支或正常，家电翻开与封闭时网关会经过SMS方法告诉用户。手机终端可拜访服务器检查各传感器的值和情况，还能够经过SMS发送操控指令抵达网关，然后网关经过ZigBee操控家电的开关。
3.1 网关子体系软件规划
网关子体系完结两个功用：一是ZigBee模块接纳各传感器子体系的情况，经过串口发送到STM32处理器，处理器经过组帧、判别，然后经过GPRS/WiFi上传到服务器;二是接纳手机终端的指令然后经过ZigBee下发到各传感器。网关功用程序流程如图6所示。
3.2 温湿度子体系软件规划
温湿度子体系能够取得环境温湿度值，体系上电后，CC2530操控器每隔5 s取得数字温湿度传感器SHT1收集到环境的温湿度值，经过I2C发送到OLED显现屏显现，而且进行温湿度组帧经过ZigBee把温度和湿度值实时传送到网关。网关判别当两次传送的温度值或湿度值有改动时，会把改动的温湿度值组帧后上传到服务器。当网关判别温度值超越40 ℃时会发送报警短信告诉用户。温度和湿度值可准确到个位数，如温度25℃，湿度56%。温湿度子体系框图如图7所示。
3.3 人体感应和气体勘探体系软件规划
人体感应和气体勘探子体系能够得到室内是否有人和室内气体浓度情况。MQ-2气体传感器模块检测到气体浓度超支后会在输出端输出低电平，气体浓度正常时会在输出端输出3.3 V高电平。当体系上电后操控器CC2530部分会每隔5 s检测传感器的输出端，并会把传感器的输出经过ZigBee传送到网关，网关判别两次传送值不相一起，会把数据组帧后上传到服务器并短信告诉用户气体浓度超支或许正常。人体感应传感器HC-SR501，人进入其感应规模则输出端输出3.3 V高电平，人脱离感应规模则主动延时封闭3.3 V高电平，输出端输出低电平。体系上电后操控部分会每隔5 s检测传感器的输出端，并把传感器的输出经过ZigBee传送到网关，网关判别两次传送到网关的值一起会把数据上传到服务器，并短信告诉用户有人进入或人脱离。子体系框图如图8所示。
3.4 家电操控子体系软件规划
家电操控子体系可完结对室内灯和家电的开关操控。继电器可外接灯和家电，对灯和家电的开关操控室经过操控继电器的开关来完结。操控继电器的开闭有两种方法：一种是经过本地按键，当短按按键时CC2530输出低电平，继电器开封闭合;当长按按键时CC2530单片机输出3.3 V电平常继电器开关断开;按键操控继电器开封闭合和断开时会经过ZigBee把继电器的这两种情况传送到网关，网关再经过WiFi传送到服务器。另一种是手机软件经过SMS发送开关指令抵达网关，网关再经过ZigBee操控继电器的开闭，然后完结长途操控家电和灯的开关，经过长途操控继电器，继电器翻开和闭合后操控部分会把这两种情况传送到网关，网关再经过WiFi传送到服务器并经过短信奉告用户。子体系框图如图9所示。
3.5 手机监控软件规划
手机终端用于长途监测气体浓度是否超支、屋里是否有人、室内温湿度值和家电的开关情况以及长途操控家电的开关。监控软件首要包含注册本机手机号码到网关、经过改写拜访服务器取得各传感器的最新情况和长途操控灯的开关，软件框图如图10所示。
4 体系运转测验
体系以手机终端为用户操作界面，能够实时长途监测温湿度、家电情况、室内是否有人和室内气体浓度是否超支，还能够长途操控家电开关，然后完结长途家庭安防，长途火灾报警、长途家电操控等家庭根本的家居操控功用。体系操作过程简略，运转体系前需求进行设置，网关设置首要使WiFi能参加WiFi热门然后接通互联网，设置服务器的IP和端口号，使数据能上传到服务器。手机终端设置首要是需求注册用户手机号码，经过发送短信给网关使网关保存用户的手机号码，以便网关给用户发送报警短信。
网关设置首要是对WiFi模块的设置，WiFi模块需求设置无线热门的SSID和暗码、数据传输协议以及服务器的IP和端口号。
(1)翻开串口调试帮手，挑选波特率为115 200bit·s-1，数据位为8位，中止位为1位。在字符串输入框输入“+++”点击发送，在看到数据接纳框中收到“+OK”后标明设置成功，如图11所示。
(2)封闭串口调试帮手，翻开UART—WIFI装备管理程序，点击查找，就会呈现WiFi的设备ID，在右边设置无线热门称号和数据传输协议以及服务器的IP和端口号如图12所示，设置完结后点击提交修正，呈现参数修正完结的提示，WiFi模块设置成功。
在网关设置完结后，给网关上电运转。然后手机装置掌上乐居APP，翻开应用程序，呈现如图13所示界面，点击设置，在号码输入框输入网关SIM卡的11位手机号码点击注册新号码，收到网关发回来的“号码注册成功”短信内容后，标明网关存储用户手机号码成功。
当用户手机号码改动时，翻开手机终端，输入原有的网关手机号码，点击“铲除一切号码”，当收到网关发来的短信“号码铲除成功”，此刻网关存储的用户本来的手机号码就被擦出。接下来可从头向网关注册新的手机号码。
敞开在WiFi模块里设置的无线热门，给网关上电运转，WiFi会参加此热门，然后敞开各传感器子体系，传感器子体系会参加网关ZigBee的网络中。手机终端能够检查室内各传感器的情况并操控家电的开关。如图14所示。
5 结束语
体系选用现在干流的ZigBee无线技能、移动通讯技能、互联网技能和嵌入式体系与接口技能。ZigBee无线技能具有近距离、低复杂度、自组网、低功耗、低数据速率、低成本的特色。体系选用ZigBee无线技能完结了各传感器与网关的数据传送。网关选意图法半导体出产的STM32F107单片机作为主操控器组成嵌入式操控体系，完结了数据的传输链路转化和体系操控;选用WiFi/CPRS模块完结了网关接入互联网，然后把数据上传到服务器中，完结了手机终端实时监测与操控;选用SIM900A模块把网关接入移动通讯网络中，完结短信报警功用。
