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基于ZigBee技术的智能家居系统设计

作者：谢小康张靖

来源：《物联网技术》第12期

????????摘要：文中设计的智能家居系统核心控制模块采用TI公司生产的CC2530芯片，该芯片内部集成了适应2.4GHzIEEE802.15.4的RF收发器，满足系统采用ZigBee技术的规定且性价比极高。系统设计使用温湿度传感器、光强度传感器、气体传感器对家居环境信息进行采集，并结合GSM移动通信技术、ZigBee无线网络技术和微控制器实现人与机器、机器与机器之间的信息交流，以达到对家居生活的智能化控制。

????????核心词：智能家居；ZigBee；CC2530；GSM；传感器

????????中图分类号：TP273+.5文献标记码：A文章编号：2095-1302（）12-00-04

????????0引言

????????随着信息时代的发展，智能化设备已成为人们生活中不可缺少的一部分。而智能家居作为信息时代发展的产物，其重要运用信息传感设备将家居生活中有关的各子系统有机结合起来，并与互联网和通信网络相连实现各设备间信息的交流和对家居环境的监控。本文设计的无线智能家居系统基于ZigBee技术，通过系统中的各类传感器对家居环境进行监测，并且顾客可以使用终端设备实现对家用电器的远近程操控，极大地提高了家居生活的安全性和舒服性。

????????1系统总体框架设计

????????采用ZigBee无线网络技术并与微控制器、数据采集模块和数据输出模块相结合对整个家居环境进行智能化监控。同步，顾客可以通过终端设备（如电脑、手机等）对系统进行本地操控或远程操控。系统总体架构如图1所示。

????????在家居环境中需要监控的位置设立采集节点，这些采集节点在ZigBee合同下组建内部自组织网络。每个采集节点涉及家用电器设备、传感器等，由ZigBee模块下的CC2530芯片对采集到的信息进行统一解决，顾客可通过电脑、手机等智能终端进行观测和控制。

????????采用CC2530芯片中的USART串行通信接口，在ZigBee通信合同下实现各采集节点与CC2530芯片之间的数据传播[1]。同步在CC2530与顾客终端设备之间采用WiFi和GSM网络并与USART串行通信接口相结合进行信息交流，顾客可以使用终端设备发出相应的控制指令来控制家中的热水器、冰箱、空调等家用电器设备。从而实现系统控制器与终端设备之间的数据上传和指令下达。

????????顾客可以根据自身需求来设立采集模块的采样频率和输出模块的参数值，提高控制器的控制精度，改善家居环境的安全性和舒服性，发明更好的家居生活。

????????2系统硬件构造设计

????????硬件是整个系统的基本，只有建立完善的硬件构造，整个系统才干稳定、精确的运营。在此采用模块化硬件构造设计，一方面可以简化其配备、减少设计风险、提高硬件的质量和可靠性；另一方面模块的不同组合可以满足顾客的多样性需求。

????????2.1ZigBee控制模块

????????ZigBee控制模块的核心是CC2530芯片，该芯片集成了一种增强型的8051微控制器内核。同步，它还具有四种不同的闪存版本，CC2530F32/64/128/256分别具有32/64/128/256KB闪存，这为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器，映射到CODE和XDATA存储空间，后来可以随时运用已经保存的网络数据。CC2530具有积极模式、空闲模式、睡眠模式三种电源管理模式，使得它特别适应超低功耗规定的系统。

????????CC2530拥有一套广泛的外设集，涉及8通道12位A/D转换器和21个通用I/O接口，2个USART接口，128位AES加密解密安全合同解决器，看门狗定期器，32kHz晶振的休眠模式定期器等，因此只需要很少的外围电路即可构建一种简朴的ZigBee节点[2]。同步每个连接到CC2530通用I/O接口的外设可以选择两个不同的I/O引脚位置，以保证其在不同应用程序中的灵活性。

????????2.2数据采集模块

????????在该系统中温湿度传感器、光强度传感器、气体传感器均属于数据采集模块，其作用是采集温湿度、光照强度、可燃气体浓度等信息。

????????采用DHT11数字温湿度传感器对室内外温湿度信息进行采集，涉及一种电阻式感湿元件和一种NTC测温元件，并通过串行接口与微控制器相连来实现数据传送，具体应用电路如图2所示。同步该传感器具有抗干扰能力强、超快响应、超小体积、极低功耗、性价比高等长处，非常适合应用于监测家居环境[3]。

????????采用GY-30数字光模块对光照强度信息进行采集，其分光特性和光谱范畴与人眼十分相近，且传感器内置16bitA/D转换器，通过串口与微控制器相连