科技的前进以及人们物质日子水平的进步，逐步推动了智能家居概念的呈现。现在，身为物联网的十大运用范畴之一，智能家居的运用与日子休戚相关。各种无线通讯技能的不断发展，使家庭智能体系的智能化和长途操控成为一种实践。关于家庭网络通讯而言，传输数据量小，在传输速率上要求不高，网络容量大，家电设备多，所以要求信息实时性好、时延短、本钱低。
ZigBee作为一种新式无线网络通讯技能，它的低本钱、低功耗和较宽的掩盖规模，使其运用在智能家居范畴具有很大的优势。针对现在市场上的智能家居产品结构杂乱、通用功用不强及用户体会欠安等问题，本文规划并完成了一种更为完善的智能家居体系。
1 体系全体方案规划
1.1 体系构成
智能家居体系主要由家庭网关、ZigBee模块、GSM／GPRS模块、Wi-Fi模块、液晶触摸屏、各类传感器以及手机软件终端等组成。家庭网关是整个体系的中心操控部分，其间ZigBee和谐器担任无线收集和操控网络的链接、数据的剖析以及指令的下达；ZigBee各模块则是收集环境信息并依据指令对底层设备进行操控。体系全体框图如图1所示。
用户可通过长途网络或许手机软件把操控指令发送给家庭网关，由ZigBee和谐器对下面担任环境信息收集或操控家电的各个ZigBee模块进行操控，家庭网关也能通过GPRS或Wi-Fi向手机软件反应设备运转状况和收集到的数据。当设置在家中的传感器探测到有异常情况时，不只家中的报警器会开端报警，体系还会通过GSM／GPRS模块向用户的手机发送报警短信。
1.2 ZigBee网络拓扑结构
ZigBee的网络拓扑结构主要有3种：星形、树形、网形。星形网结构简略，本钱低，可是通讯会遭到间隔的约束，掩盖规模小；树形网存在路由，所以掩盖规模比星形网要大，可是一旦某个路由产生毛病，与其相连的节点就会从网络中断开；网形网结构较杂乱，掩盖规模大，牢靠功用较高。
居住面积不大的家庭用星形网有较高的性价比，假如居住面积较大则用网形网络会有更好的作用。本智能家居体系选用星形网络树立拓扑结构。
2 体系硬件规划
2.1家庭网关主操控器
本智能家居体系的规划中，网关主操控器的操控芯片选用了三星公司的S3C6410，它是16/32位RISC微处理器，选用ARM1176JZF-S内核，主频到达667 MHz，可以满意体系对实时性的要求。S3C6410支撑最大分辨率为1 024×1 024的TFT 24 bit LCD屏，具有2路IIC、4路UART以及全功用的SPI，它还有两个PCM Audio接口、两个USB接口和SD／MMC接口，可以十分方便地进行外围扩展。S3C6410价格低、功用高且功耗低，完全契合本规划要求。在添加了电源模块、GSM／GPRS模块、触摸屏以及Wi-Fi模块等外围电路后，便组成了家庭网关主操控器。网关内中心模块联系图如图2所示。
2.2 ZigBee模块
本规划中ZigBee模块分为射频收发模块和底层操控板两个部分。
射频收发模块选用美国德州仪器公司的CC2530芯片作为操控芯片。CC2530芯片是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE上的一个真正片上体系解决方案，它可以用低本钱的资料组成强壮的网络节点，可以友爱地支撑低功耗无线通讯。底层操控板与射频收发模块相连，上面有一个8位拨码开关输入、2路数字量输入、2路数字量输出、1路模仿量输入、1路模仿量输出以及1个I%&&&&&%总线接口。其间，ZigBee和谐器模块通过RS232串口与家庭网关相衔接。底层操控板的通用性杰出，依据8位拨码开关可挑选本身的功用，用户可以依据需求对底层的节点进行扩展。
2.3 GSM／GPRS模块
本规划中选用了晨讯科技的GSM／GPRS模块SIM300。SIM300是小体积即插即用模组中完善的GSM／GPRS解决方案，它内嵌强壮的TCP／IP协议栈，可以以小尺度和低功耗完成语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM300上电后主动附着在GPRS网络上，并与数据中心树立通讯链路，随时收发远端用户设备和操控中心的数据。网关通过RS232串口与SIM300衔接，并以AT指令操控其打电话、发短信。
3 体系软件规划
体系软件的规划包括3个部分：网关操控部分、ZigBee网络部分以及手机运用软件。体系软件结构图如图3所示。
3.1 网关主操控器的程序规划
网关主操控器选用Linux体系作为开发渠道。它的驱动程序十分丰富，支撑多任务及各种干流的硬件设备，用户可以依据自己的需求对它进行修正。
网关初始化之后可以接纳来自手机端和触摸屏的指令及ZigBee和谐器的数据，之后依据指令和对数据剖析的成果通过ZigBee和谐器向底层设备发送操控指令，并将底层设备的运转状况通过Wi-Fi发送至手机软件。网关的主程序流程图如图4所示。
3.2 ZigBee模块的程序规划
ZigBee模块的程序包括了和谐器和子节点两个部分。
和谐器是整个ZigBee网络的中心，担任整个ZigBee网络的树立、节点之间信息的传递以及和家庭网关交流数据。
和谐器在初始化之后开端主动扫描，若有节点请求参加网络，和谐器会检查该节点是否入过网，若是没有，和谐器会给该节点分配一个16位的网络地址和节点编号并在节点地址表中添加该节点的信息。和谐器会收集子节点发送的数据，并按设定好的周期和数据格式将其送至家庭网关；家庭网关向和谐器传达指令后，和谐器通过剖析再将指令转发至相应的节点。和谐器的程序流程图如图5所示。
子节点由环境数据收集、安防报警和家电操控3个类型组成。子节点初始化之后向和谐器请求入网，请求通过后会被分配一个网络地址和一个独有的编号，接着子节点会开端与和谐器进行数据信息交流。环境收集节点通过传感器周期性地收集温湿度、光照度以及空气质量等数据并将这些数据上传至和谐器，若是某一数据超过了设定规模，便会宣布相应的设备操控指令使之回到设定规模内。安防报警节点则包括玻璃破碎、烟雾、二氧化碳浓度、燃气、红外对射等传感设备，当某一节点触发了报警信息，则该节点会将此信息上传至和谐器并发动警报。家电操控节点会将其衔接的家电运转状况上传至和谐器，并通过网关和和谐器的操控指令对家电进行操控。
3.3 运用操控软件的规划
本体系的运用软件就是依据Android体系规划的，开发渠道为Eclipse。手机软件包括界面美化、体系形式切换、报警短信接纳设置、节点信息检查以及家电操控几个部分。软件界面规划尽可能简略、漂亮且人性化，软件截图如图6所示。
其间，体系形式分为离家／在家、白日／夜晚和正常／睡觉6种。当挑选离家形式时，体系会将一切的安防报警节点悉数启用，并在触发报警后将报警短信发送至设定好的手机号码；挑选在家形式时，体系会部分设防并通过警报器来报警；白日／夜晚形式通过光照度来主动切换，体系也会依据光照度来对窗布进行操控；在睡觉形式，家中的红外感应灯开端启用，而且设定为弱光防止影响眼睛。
通过Wi-Fi与家庭网关进行衔接，用户不只可以依据设定在手机软件上分房间检查各节点设备的作业状况和收集到的数据，而且还能直接通过手机软件对接入体系的家电进行操控。
4 体系模仿测验
将规划好的体系搭建在一个小屋傍边，硬件悉数敞开之后翻开手机软件衔接Wi-Fi并登入体系。子节点收集到的环境数据在触摸屏和手机上都能检查到，而且通过触摸屏和手机下达的指令可以很好地履行；形式切换时节点作业无异状，安防报警正常作业。通过24小时测验，该体系稳定性杰出，各项功用也都契合规划的要求。实践搭建好的体系如图7所示。
5 定论
本文规划了一种依据ZigBee技能的智能家居体系，具体介绍了体系的全体构架，给出了硬件设备和软件的完成办法。相关于传统的智能家居体系而言，本规划结构简略、本钱较低、便于扩展且防止了杂乱的布线问题；一起因智能手机软件的参加，使整个体系的操作变得愈加便当，用户体会度进步。依据ZigBee底层操控板的通用性，用户可以依据需求改动节点的功用，愈加人性化。全体来说，本体系具有杰出的实用性、稳定性和安全性，很合适在家庭、公司等场合运用。
