第１９卷第４期 ２０１４年８月 新余学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＮＹＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ１．１９．ＮＯ．４ Ａｕｇ．２０１４ 基于无线传感器网络的智能家居控制系统设计 ●赵昌友 （毫州职业技术学院 电子与电气工程系， 安徽摘毫州２３６８００） 要：智能家居改变传统了的家居生活模式，使人们的生活变得更加舒适。详细阐述了利用ＡＲＭ处理器、ＧＰＲＳ模 块、无线传感器模块和功能模块构建智能家居控制系统的设计过程。 关键词：无线传感器网络；数据采集；远程控制；智能家居 中图分类号：ＴＰ２１２．９文献标识码：Ａ文章编号：２０９５—３０５４（２０１４）０４—００１９—０３ １引言 图１所示。无线传输是各控制模块与控制平台 之间联络纽带，处理器通过ＵＳＢ接口安装摄像 头，实现对室内外一定范围场所的实时监控，视角可 适当调节，用户远程控制和即时查看可通过ＧＰＲＳ和 因特网方式实现 。 无线传感器网络技术是一门交叉学科，是把计 算技术、网络技术、传感器技术、无线通信技术、信息 处理技术综合在一体的新学科，具有灵活性好、动态 调整能力、移动能力等优点。无线传感器网络由多 个无线传感器节点组成，各个节点间通过无线方式 传输，各个节点扮演着数据采集、数据中转站的角 色，采集的数据通过路由协议传输给远方的基站或 汇聚结点 。 智能家居是互联网物联化发展的体现，与普通 家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还兼 备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化等功能，是 种集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、 安全、便利、环保的居住环境。智能家居可以进行全 方位的信息交互操作，使家庭与外部信息交流保持 畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时 间，增强家居生活的安全性。 ２控制系统硬件总体设计 无线传感器网络是由各房间里的传感器节点组 成，通过无线通信方式形成一个自组织的网络系统， 其目的是感知、采集和处理感知对象的信息，并发给 管理者，管理者可通过网络进行相关控制。无线传 感器智能家居系统由传感器网络节点组成，以多个 无线通信模块作为网络的中心节点，可以与下一级 任何一个节点进行通信，网络节点可将采集的信息 送到节点中心。 家庭智能控制模块包括安防报警模块、窗户控 制模块、门控制模块、智能照明控制模块及空调远程 控制模块、ＧＰＲＳ无线通信模块、煤气检测报警模块 和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信等部分组成。其总体框架结构图如 一图１系统硬件框图 ３无线传感器网络设计 无线传感器网络是通过众多的无线传感器节点 来实现的，单一的无线传感器节点是无线传感器网 络实现应用功能的底层核心，具有为节点提供计算 资源，为通信提供协议、数据、实现任务调度、功耗管 理等功能。性能优良的无线传感器网络，其传感器 节点必须满足低功耗、灵活性、稳定性、低成本等要 求。 无线传感器通过无线方式来准确采集环境中所 收稿日期：２０１３—１２—０３ 作者简介：赵昌友（１９７５一），男，安徽庐江人，讲师，硕士。 一１９— 新余学院学报 需的参数，并进行处理，接收监控中心的数据请求命 （１）可燃气检测模块 管道输送天然气是碳原子数为４的碳氢化合物， 令，采集数据发往处理器。无线传感器节点的 组成如图２示。 ［二二［二 二］ 图２无线传感器节点模块 ３．１处理器模块 无线传感器的核心部件为微处理器模块，所有 的设备控制、功能的协调、通信协议执行、数据整合 和程序的转存都由这个模块来执行。处理器是传感 器节点功能能否发挥作用的关键，传感器节点使用 的处理器应尽量满足一定的条件：集成高，低功耗， 运行速度快，要有足够多的Ｏ／Ｉ和扩展接口，成本 低，安全性能好等。 主控制系统采用ＡＲＭ９系列的￥３Ｃ２４００Ａ作为 主控芯片，集成的６４ＭＢ ＳＤＲＡＭ内存，６４ＫＢ的Ｎａｎｄ ＦＬａｓｈ存储器。模块上具有很多接口：ＳＤ卡接口、 Ｒｓ２３２接口、ＪＴＡＧ接口、ＵＳＢ接口、Ｅｔｈｅｍｅｔ接口等。 ６４ＭＢ的ＳＤＲＡＭ用作程序运行空间，完成系统初始 化和程序代码调入，在Ｎａｎｄ ＦＬａｓｈ存储器上执行启 动代码。中心节点采用ＣＣ２４２０射频收发器，构成了 网络节点和主控芯片之间无线传输的桥梁＿３ Ｊ。 ３．２无线通信模块 无线通信模块用于传感器节点间的数据通信， 解决无线通信中载波频段选择、信号调制方式、数据 传输速率、编码方式等问题，并通过天线进行节点 间、节点与基站间数据收发。 传感器网络与节点硬件平台有关的主要是物理 层和ＭＡＣ层，ＭＡＣ层负责数据流的多路复用、数据 帖检测、媒体接人和差错控制等，保证传感器网络节 点到点之间连接。ＭＡＣ层采用超低功耗的ＩＥＥＥ． ８０２．１５．４无线数据通信协议和Ｚｉｇｂｅｅ协议。 ＣＣ１０００是Ｃｈｉｐｃｏｎ公司应用ＳｍａｒｔＲＦ技术制造 的一种超高频无线收发通信芯片。其工作频带为 ３１５ ＭＨｚ、８６８ ＭＨｚ及９１５ＭＨｚ，利用软件编程会调整 工作频率在３００～１０００ＭＨｚ之间。工作电压为２．３～ ３．６Ｖ，功率损耗极低，灵敏度高，采用小尺寸ＴＳＳＯＰ 一２８封装。集成了位同步器，其ＦＳＫ数传可达７２． ８Ｋｂｐｓ，芯片的主要参数可通过串行总线接口编程改 变，使用非常灵活。 ３．３主要功能模块 一２Ｏ一 主要成分为甲烷，采用煤气传感器ＭＱ一５检测是否 有煤气泄露，当房间的煤气浓度达到一定程度时，传 感器传达信号到主控制系统，从而用户的手机上会 出现报警信息，用户可通过手机发指令到窗户控制 模块打开窗户，降低房间里煤气浓度，同时用户会即 时安排相关人员排除险情。 （２）窗户控制模块 当户外下雨或起大风时，传感器接收相应的信 号时，通过主控制系统发出提醒信息到用户的手机 上，当用户看到信息后，即时通过无线传输方式发出 指令到达控制系统，主控制系统通过传感器无线网 络把信号命令带到相应的节点，窗户关合控制系统 得到命令后会即时合上窗户。 （３）智能照明模块 照明控制模块选择单片机作为终端控制，Ｚｉｇｂｅｅ 通信模块ＣＣ２４２０收发模块终端通过通信方式与照 明系统控制系统相连，从而可以通过手机对照明控 制系统实现各种控制命令。 （４）空调远程控制模块 无线传感器网络节点通过ＣＣ１０００与空制 器进行控制信号传输，空调的控制靠单片机来执行， 与单片机相连的ＨＢＳ通信模块ＭＭ１ １９２是一种解码 芯片，实现与空调无线联络的对接，不同的Ｉ／Ｏ控制 口可实现特定的功能，如升温、降温、送风、制冷、制 热、开机、关机等。同时温度传感器把监测到的信息 传输到无线传感器网络中心节点上，方便即时查询 室温，用户可远程控制家中的空调运行状态，从而用 户在回家的路上根据室温情况合理调节空调温度， 创造一个舒适和温馨的环境 Ｊ。 （５）防盗、防火报警模块 在物质燃烧的过程中，一般都伴有热（温度）、气 体与烟雾等现象产生，ＨＩＳ一０７、ＮＩＳ一０９Ｃ离子感烟 传感器，ＴＰＳ一３３３、ＴＰＳ一３３４感温传感器可以检测由 燃烧放热造成周围温度的变化，另外窗户旁安装了 传感器，当玻璃破碎传感Ｂｓ一０２接收到信号后，发 出报警信号，并即时通过无线方式发出信号到用户 手中。另外，门上可安装门磁传感器，用户出门在外 时，当门的开关状况发生变化时，即时发出信号 Ｊ。 （６）门控制模块 门控制模块由无线收发器、驱动电路组成，可在 门控制系统中设计加密技术，正常工作时，无线接收 器接收到相应信息后，解码器进行解码和鉴别并作 相应处理，驱动板块执行命令，这样可实现远程控 制，当有人来访而户主没有到家时，房主可通过远程 控制系统开门。 赵昌友：基于无线传感器网络的智能家居控制系统设计 ４软件设计 系统软件主要包括节点软件和控制系统的软 件，节点主要用于采集数据，并且把采集的数据信息 进行初步判别处理，把相关信息发送到主控器，再接 收主控制器发来的处理信号；然后，由主控制器的软 件把各节点的信息进行综合，进一步作出处理，如遇 危险信息则直接发送到用户手机上，用户可以根据 情况作出即时处理。主控制芯片的主流程如图３所 示。 传统的家居生活模式，让人们的生活变得更加舒适。 当用户出门在外时，可以通过手机或网络远程监控 和控制家里的一些设备，例如：在下班的路上，可以 打开电饭锅电源烧饭，提前打开空调和热水器。一 方面，目前智能家居的价格不便宜；另一方面，人们 对智能家居的了解不多，所以目前市场上智能家居 的占有率还很低。随着企业在智能家居技术研发上 投资的不断增加及市场的推广力度加大，将会有更 多的人去关心智能家居并接受和使用智能家居。智 能家居作为物联网中一个最贴近百姓生活的应用， 在不久的将来，智能家居控制系统的功能一定会越 来越完美和强大 。 参考文献： ［１］唐宏，谢静．无线传感器网络原理及应用［Ｍ］．北京：人民 邮电出版社。２０１０． ［２］马骏领．基于无线传感器网络的仓库智能安保控制系统 设计［Ｊ］．电子设计工程２００９，（０７）． ［３］刘主链．无线模块与ＧＳＭ实现的智能远程家居控制系统 ［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１１，（ｏ９）． ［４］曾欣．基于ＭＣＵ的智能家居远程控制系统设计［Ｊ］．数字 技术与应用，２０１０，（１１）． ［５］苗硕．远程智能家居管理系统的研究与设计［Ｄ］．西安：西 安建筑科技大学，２００７． ［６］王青．家庭智能化遥控系统设计与实现［Ｊ］．设计新技术， 图３主流程图 ５小结 ２０ｏ５，（０９）． 智能家居是一种新技术、新理念，主要用来改变 （责任编校：任华） Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＷＳＮ ＺＨＡＯ Ｃｈａｎｇ—Ｙｏｕ （Ｂｏｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｏｚｈｏｕ ２３６８００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｏｍｅ ｌｉｖｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ，ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｐｅｏｐｌｅ￣ｌｉｆｅ ｍｏｒｅ ｃｏｎｄｏｎａｂｌｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＧＰＲＳ ｍｏｄｕｌｅ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ
