基于ZigBee的智能家居系统

2015年ABB大学生创新大赛（论文）基于zigbee的智能家居系统学校名称：山东交通学院团队成员：陈安磊陈烨王玉波指导老师：武华二零一五年七月二十日目录1作品简介...........................................32作品要解决的问题...................................33目前技术状况.......................................34作品详细描述.......................................45优点和创新点.......................................56缺点和不足.........................................61作品简介该系统集住宅设备控制及环境监控于一体，提供全方位的信息交换功能，并通过Internet与外部保持信息交流。2作品要解决的问题1智能灯光控制：控制和调节家里的灯光照明，如吊灯、背景灯、台灯等；2智能家电控制：控制电视机、机顶盒、空调、音箱、微波炉等家里的电器设备；3智能门窗控制：控制窗帘、窗户等设备；4智能安防控制：对盗贼入侵、煤气泄漏、着火等突发事件进行实时监控和报警，能实现智能与安防联动；5远程智能控制：通过手机、固话、网络等对家里实行远程操作，如回家前，提前将客厅灯打开，空调开启调好温度等；6定时控制：通过设置，可以定时打开或关闭灯光、电器、窗帘等；7短信控制电话：远程通过手机短信可以控制灯光、窗帘、电器的开与关、防区的撤防与布防、场景的实现及摄像机的图片抓拍和彩信回复；8彩信接收电话：报警发生后需要发送报警短信和抓拍图片的彩信，以便于主人观看3目前技术状况针对智能家居最重要的家居控制，我们大胆从控制器入手，开发出以单片机为核心的控制器，这与传统的控制器存在较大区别。控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器（register）、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC（Programcounter）、堆栈指针SP（stackpointer）等。这里程序计数器PC是由16位（8+8）寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。因此，必须有一个电路能找出指令所在的单元地址，该电路就是程序计数器PC。当单片机开始执行程序时，给PC装入第一条指令所在地址，它每取出一条指令（如为多字节指令，则每取出一个指令字节），PC的内容就自动加1，以指向下一条指令的地址，使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令，或遇到中断时（后面将介绍），PC才转到所需要的地方去。8051CPU碢C指定的地址，从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成按一定时间节拍变化的电平和时钟，即所谓控制信息，在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作。与传统的PLC有所区别的是，以单片机为核心的控制器更加智能化，而且开发成本更低，一般只是PLC的一半价格甚至更少。下表具体分析了两者的区别。左侧为单片机型控制器，右边为传统PLC。单片机型控制器传统PLC注重专用性能和结构精简通用器件，结构复杂MCU根据底层专用程序直接控制硬件，指令丰富，运行方式灵活，速度极快。底层程序要由高级程序调用，程序执行采用循环逐条调用方式，速度慢，有些环境和要求不能用。可靠性、稳定性、电磁兼容性好。可靠性、稳定性、电磁兼容性好。硬件电路公开，开发者对电路清楚。硬件保密，性能不透明。可集成非PLC功能电路，实现特种功能。如可控硅调压输出，恒流、恒压驱。功能固定，不能改变，不能超越PLC功能框架。出厂时一般专用功能或固定用途的器件面貌出现，如：液位及给水控制器、自动延时光控路灯控制器、xx印刷机智能控制器等，不必用户自己编制程序。出厂时为空白器件，必须由专用工程师设计并编程。直接使用C和BASCOM等大多工程师和毕业不久的学生熟悉的计算机语言为MCU(单片机)编写程，通用性强，也可作为学习MCU的仿真器。使用梯形图等方式编程，用专用软件汇编，或另外购置手持编程器，每个系列PLC有自己的专用软件，不能通用。表1本项目对家居设备通过Zigbee进行无线组网远程控制家电系统，利用单片机控制技术及无线局域网控制技术控制家中的各种电器，为用户创造一种快捷舒适的现代生活方式，解决了家用电器的信息化孤岛问题，形成了一个完整的家庭信息网络的智能家居控制应用平台。经过无线控制家电系统经过试验测试，完全符合要求的智能家居性能指标：功耗低、系统稳健、操作简捷。4作品详细描述在智能家居的研发及推广过程中，我们对国内用户的需求状况和使用习惯进行了深入的调查研究。研究表明，满足国内用户需求的家庭智能控制产品应具有这些主要特征：价格适中，符合国内用户的收入实际水平及消费习惯；操作简便，保证不同知识层次的用户能熟练操作；功能架构灵活，通过模块化的产品可满足不同方面需要的客户；外形设计美观，能配合用户家庭的整体环境。围绕上述市场需求特征，我们的智能家居控制器从技术角度和功能实现上，具有以下特点：1以智能家电控制器为核心，按不同需求选择配套产品构成系统，灵活性高；2系统功能采用集中管理、分散控制方式，可通过软件对系统进行编程修改；3可采用电脑及触摸屏人机交互式控制，图形化界面，简单易学，容易操作；4灵活方便的无线。采用无线方式时，安装尤为方便；5报警系统产生报警时，系统可自动进行电话报警。通过设置，还可联动关联电器设备，消除不安全隐患。可用无线方式对99路家电灯光进行时间表控制或通过电话，电视，遥控器实时控制，并可进行照明无极调光，电饭煲电炒锅无极调温等。可一键开关多项电器，减少家庭的能耗及电气安全问题。多种控制方法：电话控制、遥控器控制、关联控制、网络控制、触摸屏控制、定时控制等标准化设计，所有配套模块全部采用86*86标准化设计，采用无线射频遥控，距离远，无方向性。基于IP设计，能与INTRANET/INTERNET无缝连接，减少小区网络布线与投资成本；控制方式兼容传统的生活习惯，语音界面使人性化科技体贴入微；通过网络进行布防、撤防；触发报警可与相应区域的灯光等设备进行联动；通过电话对电器进行开关控制，组合红外模块，可通过电话对空调进行温度调节；通过互联网对电器进行开关控制，组合红外模块，可对空调进行温度调节；家庭内电器可定时控制。5优点和创新点1系统稳定，可靠性高：采用了STM32单片机，模块连续几个月运行没发现任何错误。2系统安全性能高：此系统有三层防护机制，有效应对了各个方面的安全威胁，并使用动态密码管理关键控制。3抗干扰力强：Zigbee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术，比起一般FSK，ASK和跳频的数传电台来，具有更好的抗干扰能力。4可扩展性强：Zigbee组网容易，自恢复能力强，因此，便于在智能家居中进行扩展，增加新设备。5整个系统造价低廉：产品造价只有国内同类产品的一半不到，极具性价比。操作方便：五分钟之内就能学会对它进行熟练操作；6交互接口友好：可用移动电源供电，功耗低，安装快捷，有很好的便携性。7独特优势：采用GSM广域网无线控制，在需要的地方能迅速组建一个实时远控系统。6缺点和不足1技术相对没有特别成熟目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.5G频率，其衍射能力弱，穿墙能力弱。家居环境中，即使是一扇门，一扇窗，一堵非承重墙，也会让信号大打折扣。2服务云端化还没有形成只有有了服务云端，用户放在智能家居系统的资料备份及备援将会得到相当程度的保障，才能加快智能家居系统的工作效率。3没有足够多的机会去试验智能家居在我国还处于初级阶段，人们对于智能家居的认识还不完善，一部分人们还不能适应智能家居，目前市场正处于发展中。