齊佳惠 何美惠 趙嬌
摘要:在信息化環(huán)境的基礎(chǔ)上充分利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù),將“智慧化”理念普及到家庭,使用戶享受到智能、高端的技術(shù)成果。家庭中利用Zigbeeug線技術(shù)布網(wǎng),無需布線,低功耗,環(huán)保。遠(yuǎn)程利用6SM技術(shù)連接用戶與家庭,用以時(shí)刻查詢家中的各種環(huán)境信息,并控制家中的相關(guān)電器。手機(jī)可作為智能終端,因6SM需要收取短信費(fèi),所以在家中手機(jī)利用藍(lán)牙無線技術(shù)控制家中的相關(guān)設(shè)施??傊缭搅司嚯x,跨越了種族,跨越了人與物。
關(guān)鍵詞:ZigBee技術(shù);智慧家居;傳感器技術(shù);6SM技術(shù)
1研究背景
家居智能化系統(tǒng)的概念起源于20世紀(jì)70年代的美國,隨后,傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發(fā)展。在我國,智能家居這一概念推廣較晚,約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國內(nèi),但發(fā)展速度驚人。所謂智能家居是現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它能夠自動(dòng)控制和管理家電設(shè)備,對(duì)家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警,并且能夠?yàn)樽籼峁┌踩孢m、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。與普通的家居相比,智能家居不僅具備傳統(tǒng)的居住功能,提供舒適溫馨,高效安全的高品位生活環(huán)境,還將一個(gè)被動(dòng)靜止的居住環(huán)境提升為一個(gè)有一定智慧協(xié)助能力的體貼的生活幫手,進(jìn)一步優(yōu)化住戶的生活質(zhì)量。
2研究目的與意義
雖然目前智能家居系統(tǒng)有了一定的發(fā)展,并且市場(chǎng)上也開始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品,但從總體的發(fā)展來看,不容樂觀,特別是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威產(chǎn)品的缺乏嚴(yán)重影響了家居智能化的發(fā)展。智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案,使住戶的控制更便捷,更高效,更能為家庭的日?;顒?dòng)節(jié)約不必要的能耗。而且在現(xiàn)在這個(gè)注重綠色環(huán)保的世界里,智能的為住戶控制好空氣的濕度、溫度等,檢查分析空氣成分,讓住戶安心入住。智慧家居結(jié)構(gòu)如圖l所示。
3智慧家居設(shè)計(jì)構(gòu)想
模塊一:PC機(jī)(個(gè)人筆記本電腦)一端口與協(xié)調(diào)器連接,在各個(gè)Zigbee節(jié)點(diǎn)上連接有傳感器(溫濕度傳感器、煙霧傳感器、熱釋電紅外傳感器、光敏傳感器等)、繼電器。傳感器用于采集信息,繼電器可以判斷門窗開關(guān)等。將其傳送到協(xié)調(diào)器,再發(fā)送至PC機(jī)顯示室內(nèi)狀況信息。
模塊二:另一端口與短信貓相連,利用GSM技術(shù)、2G網(wǎng)絡(luò),可以通過發(fā)送短信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢。
模塊三:同時(shí)利用繼電器連入電路,控制開斷路,由藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)無線控制技術(shù)達(dá)到控制電器開關(guān)的目的,在手機(jī)里安裝編寫好的APP,就可以利用藍(lán)牙控制家中相關(guān)設(shè)施。
4技術(shù)簡介
4.1實(shí)現(xiàn)模塊
實(shí)現(xiàn)模塊一中的硬件包括網(wǎng)蜂Zigbee節(jié)點(diǎn),DTH11溫度傳感器,MOZ煙霧傳感器,光敏電阻等和繼電器。其中各類傳感器等感知設(shè)備是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的末端,感知設(shè)備必須依附于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一主體才能實(shí)現(xiàn)彼此的互聯(lián)互通。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主體是由Zigbee無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的,它構(gòu)成了傳感數(shù)據(jù)的傳輸通道。Zigbee是基于IEEE802.15.4協(xié)議規(guī)范的短距離、低功耗無線通信技術(shù),有自組織和低數(shù)據(jù)速率等特點(diǎn)。Zigbee節(jié)點(diǎn)設(shè)備分為協(xié)調(diào)器(coordinator)、路由器(Rouger)和終端(EndDevice)三類,終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的最大通信距離為200米,若在二者之間加入路由器,則通信距離可擴(kuò)展至400米,這樣的通信覆蓋面積可滿足家庭無線傳感網(wǎng)建設(shè)需要。
智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)使用的Zigbee模塊帶有USB轉(zhuǎn)串口功能,通過方口USB或5V直流電源、3.7V鋰電池供電,帶有DEBUG接口可兼容TI標(biāo)準(zhǔn)仿真工具,同時(shí)所有的10口及常用串口引腳被引出。
與5l單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境Keil相類似,Zigbee的開發(fā)環(huán)境為IAR.7.60A,其最大優(yōu)勢(shì)是能直接使用TI公司提供的Z-Stack協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā),開發(fā)過程中只需要調(diào)用API接口函數(shù)即可。除了開發(fā)環(huán)境和協(xié)議棧的安裝,還要進(jìn)行仿真器cc DEBUGGER的驅(qū)動(dòng)程序安裝,在安裝成功后,會(huì)在主機(jī)的設(shè)備管理器中Cebalcontrolleddevices分支下顯示出仿真器的名稱SmartRF04EB。
4.2傳感器數(shù)據(jù)采集
傳感器數(shù)據(jù)采集包括溫濕度傳感采集、光敏傳感采集、熱釋電紅外傳感器采集和煙霧傳感器采集。溫度使用的溫濕度傳感器為DHT11數(shù)字溫濕度傳感器,它由電阻式感濕元件和NTC測(cè)溫元件組成。根據(jù)溫濕度傳感器的電子特性,其應(yīng)用電路如圖2所示。
圖中由CC2530的P0.6口對(duì)DHT11的電平輸出進(jìn)行檢測(cè),在Zigbee節(jié)點(diǎn)編程時(shí),需要依次對(duì)DHT11的10口初始化、串口初始化,編寫溫濕度檢測(cè)函數(shù),檢測(cè)函數(shù)涉及溫濕度的ASC碼轉(zhuǎn)換與串口數(shù)據(jù)接收、打印。
其他傳感器數(shù)據(jù)采集的操作和溫濕度傳感器的相似,在《ZigBee實(shí)戰(zhàn)演練》一書中都有提及,在此不做詳細(xì)論述。
4.3 GSM簡介
實(shí)現(xiàn)模塊二所需的硬件有GsM模塊,sIM卡。模塊二以上功能實(shí)現(xiàn)都建立在用VB編寫的軟件基礎(chǔ)上,在此軟件上,包括主人信息,室內(nèi)實(shí)時(shí)狀況,短信自動(dòng)回復(fù),打印主人想要的數(shù)據(jù)等,其中使用的是office access2013數(shù)據(jù)庫。
PC(個(gè)人筆記本電腦)一端口與短信貓西門子TC35i相連,利用GSM技術(shù)、2G網(wǎng)絡(luò),可以通過發(fā)送短信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢。即TC35i是實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)功能主要電子元件,是一種基于無線GSM技術(shù)的工業(yè)級(jí)的MODEM配件,是一種內(nèi)嵌GSM無線通信模塊,與外圍電路及電路板結(jié)合,插入移動(dòng)運(yùn)營商的手機(jī)SIM卡,可以與移動(dòng)運(yùn)營商的短信中心建立無線連接,本地通過與PC的連接可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自由的短信收發(fā)。
4.4藍(lán)牙技術(shù)簡介
實(shí)現(xiàn)模塊三所需要的硬件有藍(lán)牙,繼電器。所需軟件是安卓app,如圖3所示。
所謂藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù),實(shí)際上是一種短距離無線通信技術(shù)。說得通俗一點(diǎn),就是藍(lán)牙技術(shù)使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動(dòng)通信設(shè)備和電腦設(shè)備,不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng),并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因特網(wǎng),其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等信息家電,組成一個(gè)巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
這里需要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙控制繼電器以達(dá)到最終控制電器的目的。