基于ZigBee技術(shù)的智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

邢俊鑫

一、ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

ZigBee是一種新興的具有短距離、低速率特點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由ZigBee聯(lián)盟在IEEE定義的個(gè)人無(wú)線局域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4的基礎(chǔ)上制定而成[1]。它是被廣泛的認(rèn)為是最有可能應(yīng)用在家庭自動(dòng)化和工業(yè)控制領(lǐng)域的無(wú)線通信技術(shù)[2]。

二、基于ZigBee智能家居監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中將家電、設(shè)備、傳感器組織起來(lái)，形成一個(gè)協(xié)調(diào)有序的系統(tǒng)是一項(xiàng)非常重要的工作。結(jié)合本系統(tǒng)的功能要求選擇了ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的組網(wǎng)方式。該系統(tǒng)主要由家庭內(nèi)部網(wǎng)關(guān)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成。

三、監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件是用戶(hù)與ZigBee系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)交互的中間者[3]，將用戶(hù)的語(yǔ)音、鼠標(biāo)控制、遙控器控制等控制命令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的內(nèi)部命令，將控制命令通過(guò)串口傳送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，接受串口傳來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別并把相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示在界面上。監(jiān)控軟件的顯示界包括：串口通信模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊、心電采集模塊及相關(guān)信息顯示區(qū)域。串口通信模塊包括接收模塊和發(fā)送模塊，接收模塊實(shí)現(xiàn)了串口的配置、串口的打開(kāi)、串口數(shù)據(jù)的接收功能，發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)了向串口發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。為了實(shí)現(xiàn)串口通信功能，系統(tǒng)采用了32位API函數(shù)編寫(xiě)串口通信程序。在打開(kāi)串口之前需要對(duì)串口進(jìn)行相應(yīng)的配置，如圖1所示系統(tǒng)中選擇的串口為COM1，波特率率為57600。為了程序可以處理串口數(shù)據(jù)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)添加了兩個(gè)工作者線程分別實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的功能。

語(yǔ)音識(shí)別模塊，將用戶(hù)的語(yǔ)音控制命令識(shí)別并轉(zhuǎn)化為機(jī)器可以執(zhí)行的命令，從而控制系統(tǒng)的功能[3]。系統(tǒng)選擇微軟的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具包Microsoft Speech SDK作為二次開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，Microsoft Speech SDK提供了關(guān)于語(yǔ)音處理的一套應(yīng)用程序編程接口SAPI（Speech Application Programing Interface），在SAPI中提供了語(yǔ)音識(shí)別（Speech Recognition）程序的基本接口函數(shù)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中通過(guò)應(yīng)用程序編程接口調(diào)用SR引擎，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能[2]。再在程序中在添加一些相關(guān)的代碼即可完成語(yǔ)音識(shí)別編程工作。當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別程序運(yùn)行時(shí)會(huì)通過(guò)函數(shù)BOOL CSREngine：：Start （ ）啟動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別引擎，當(dāng)有語(yǔ)音識(shí)別WM_RECOEVENT消息觸發(fā)語(yǔ)音識(shí)別處理函數(shù)afx_msg void OnRecoEvent（WPARAM wParam， LPARAM lParam）來(lái)進(jìn)行相應(yīng)處理，將用戶(hù)的語(yǔ)音命令轉(zhuǎn)化成內(nèi)部控制命令，再通過(guò)串口發(fā)送到ZigBee功能節(jié)點(diǎn)，完成相應(yīng)的功能。

在心電采集模塊中，在對(duì)話框程序的基礎(chǔ)上添加了虛擬示波器類(lèi)Cscope類(lèi)，該類(lèi)是MFC類(lèi)庫(kù)中Cstatic類(lèi)的一個(gè)派生類(lèi)。利用Cscope類(lèi)動(dòng)態(tài)根據(jù)數(shù)據(jù)的變化來(lái)顯示波形，在初始化時(shí)首先繪制圖形背景面板，其后在上面插入位圖、設(shè)置字體類(lèi)型，在其內(nèi)部封裝了大量的接口函數(shù)和消息響應(yīng)機(jī)制。在Cscope類(lèi)中繪制圖形的過(guò)程中采用了內(nèi)存繪圖技術(shù)，提高了畫(huà)面的穩(wěn)定性和程序的執(zhí)行效率。

監(jiān)控軟件的主要程序流程圖如圖2所示。

四、總結(jié)

本文利用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并結(jié)合射頻芯片及串口通信、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，具有較好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李文仲，段朝玉. ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與實(shí)戰(zhàn)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)，2007.

[2] 李勁等.基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)[J].測(cè)控技術(shù)，2007，21（8）：63-65.

[3] IEEE 802.15.4，Zigbee Specification[S].Zigbee Alliance.2004.