基于Zigbee和紅外的智能家居控制系統(tǒng)

[摘 要] 基于Zigbee技術(shù)的紅外類家居設(shè)備控制器，可以通過傳感器檢測溫度、濕度等信號來隨時控制家居設(shè)備的工作狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的目的，并支持手動操作和實(shí)時顯示。

[關(guān) 鍵 詞] Zigbee；智能網(wǎng)關(guān)；紅外控制器；傳感器

[中圖分類號] TN919 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）33-0121-01

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起和家電智能化的浪潮，消費(fèi)者希望能夠簡便地將各種家居設(shè)備連接到一起，進(jìn)行統(tǒng)一集中控制，并能進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。而目前智能家居還沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家的設(shè)備難以互聯(lián)。本文通過結(jié)合Zigbee和紅外控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一套通用的智能家居控制系統(tǒng)。

一、總體設(shè)計方案

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，并具有自組網(wǎng)能力。使用Zigbee技術(shù)進(jìn)行家居設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接，每個終端節(jié)點(diǎn)通過自帶學(xué)習(xí)功能的紅外模塊，實(shí)現(xiàn)對紅外遙控類家居設(shè)備的統(tǒng)一控制。并且可通過傳感器實(shí)時檢測狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動控制家居設(shè)備的工作模式。

基于Zigbee技術(shù)的紅外類家居設(shè)備控制器，包括AC/DC電源電路模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、Zigbee模塊、CPU控制模塊、紅外學(xué)習(xí)模塊、手動控制按鍵、傳感器檢測模塊和LCD顯示模塊。

電平轉(zhuǎn)換模塊由MAX232芯片及輔助電路構(gòu)成，兩端通過232芯片分別與Zigbee模塊和CPU控制模塊對接。

Zigbee模塊由無線定位模塊和智能網(wǎng)關(guān)構(gòu)成無線通信單元。

CPU控制模塊采用雙串口STC12C5A60S2單片機(jī)。

傳感檢測模塊包括溫度信號傳感器、濕度信號傳感器和無線紅外入侵探測器。

LCD顯示模塊采用12864液晶模塊。

Zigbee模塊的TTL電平是3.3V。

CPU控制模塊的TTL電平是5V。

AC/DC電源電路模塊將220V交流電變換成5V直流電。

電平轉(zhuǎn)換模塊將5V電平轉(zhuǎn)成3.3V。

紅外學(xué)習(xí)模塊用于學(xué)習(xí)各種紅外遙控器。

手動控制按鍵用于手動操作控制家用電器。

LCD顯示模塊用于顯示家居設(shè)備的工作狀態(tài)。

二、模塊設(shè)計方案

（一）電源模塊設(shè)計

基于Zigbee技術(shù)的紅外類家電控制器，包括AC/DC電源電路，其將220V交流電變換成5V直流電；電平轉(zhuǎn)換模塊，其主要由MAX232芯片及輔助電路構(gòu)成，將5V電平轉(zhuǎn)成3.3V；Zigbee模塊的TTL電平是3.3V；CPU控制模塊的TTL電平是5V，為了方便，電平轉(zhuǎn)換模塊的兩端通過232芯片分別與Zigbee模塊和CPU控制模塊對接。

（二）通信控制模塊設(shè)計

Zigbee模塊采用順舟SZ05-STD和智能網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)無線通信，智能網(wǎng)關(guān)的Zigbee模塊作為中心節(jié)點(diǎn)模式，每個家居設(shè)備的Zigbee模塊作為終端節(jié)點(diǎn)模式。為實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)通信，Zigbee各模塊須配置到相同網(wǎng)段下。中心節(jié)點(diǎn)須配置為源地址輸出模式，這樣中心節(jié)點(diǎn)可以從收到的Zigbee數(shù)據(jù)中解析出發(fā)送源的mac地址；終端節(jié)點(diǎn)不配置為源地址輸出模式，因?yàn)槊總€終端節(jié)點(diǎn)只允許和中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互通信，不需要解析mac地址。為避免系統(tǒng)信號的干擾，智能家居系統(tǒng)的其他設(shè)備須配置到其他網(wǎng)段。

CPU控制模塊采用雙串口STC12C5A60S2單片機(jī)；紅外學(xué)習(xí)模塊通過學(xué)習(xí)記憶各種家居設(shè)備紅外遙控器，具備控制家居設(shè)備功能；手動控制按鍵，用于手動操作控制家居設(shè)備。

（三）狀態(tài)檢測模塊設(shè)計

使用傳感器來進(jìn)行狀態(tài)檢測，包括檢測溫度的溫度信號傳感器和檢測濕度的濕度信號傳感器；LCD顯示模塊，其采用12864液晶模塊，實(shí)時顯示家居設(shè)備的工作狀態(tài)。

針對家庭安防需求，采用了無線紅外入侵探測器。若智能家居系統(tǒng)設(shè)置為布防模式，則打開紅外入侵檢測。當(dāng)探測到人體紅外信息后，在報警延時的時間內(nèi)若未撤防，會觸發(fā)語音報警，并上報給家庭智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)會通過短信方式向預(yù)設(shè)的接警手機(jī)報警。

三、系統(tǒng)工作流程

家庭智能網(wǎng)關(guān)作為中心控制節(jié)點(diǎn)，接收到控制指令后，進(jìn)行指令的解析和安全驗(yàn)證，并轉(zhuǎn)換成通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式。智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)協(xié)議規(guī)定解析出要控制的設(shè)備和控制命令，通過Zigbee模塊向家居設(shè)備發(fā)送無線遙控指令。家居設(shè)備的Zigbee模塊接收到指令后返回應(yīng)答數(shù)據(jù)給智能網(wǎng)關(guān)，并通過Zigbee模塊的I/O口將指令送給CPU控制模塊，CPU控制模塊通過紅外學(xué)習(xí)模塊發(fā)射預(yù)先學(xué)習(xí)記憶的相應(yīng)紅外指令，實(shí)現(xiàn)控制紅外類家居設(shè)備如空調(diào)、熱水器等的工作模式。

通過傳感器檢測溫度濕度等信號來隨時檢測家居設(shè)備的工作狀態(tài)，以便智能控制設(shè)備工作模式，達(dá)到節(jié)能目的。

中心控制設(shè)備配有手動操作按鍵，可實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的手動操作；LCD顯示模塊實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控顯示。

本系統(tǒng)利用了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、Zigbee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、成熟的紅外控制和傳感器檢測方案，通過統(tǒng)籌管理，實(shí)現(xiàn)了對各種紅外遙控類家居設(shè)備的自動化智能控制，讓家居生活更加舒適、安全、高效，并具有較好的適用性和擴(kuò)展性，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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