陳 新

（福州工商學(xué)院工學(xué)院 福建 福州 330108）

1 概述

隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對智能家居的需求逐步增加，完全有取代傳統(tǒng)家居的趨勢和可能。智能家居，就是通過智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境進行實時監(jiān)控，使人可以方便、快捷地了解環(huán)境狀態(tài)，并隨心所欲地完成主動調(diào)節(jié)與控制[1]。本文采用無線通信和ZigBee 技術(shù)，嘗試設(shè)計一款智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)終端節(jié)點模塊可以實時采集傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器模塊，協(xié)調(diào)器模塊再把收集到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)往智能終端設(shè)備（PC機或手機等），終端設(shè)備根據(jù)搜集的數(shù)據(jù)，控制家居設(shè)備如空調(diào)和加濕器等，從而實現(xiàn)家居環(huán)境的實時管理和控制。

無線通信具有通信距離短、發(fā)射功率低、應(yīng)用范圍廣等特點。無線通信覆蓋距離一般在10 ～200m，發(fā)射功率一般小于100mW，可自由連接各種個人便攜式電子設(shè)備、計算機外部設(shè)備和各種家用電器設(shè)備，實現(xiàn)信息共享和多業(yè)務(wù)的無線傳輸。

ZigBee具有高可靠、高安全、低功耗、自組網(wǎng)、自修復(fù)、抗干擾等特點，利用 ZigBee 頻段免執(zhí)照、低復(fù)雜度等優(yōu)勢，很容易就能實現(xiàn)家電聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)化管理與控制，通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，分布在居室內(nèi)的各家電設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通，進而實現(xiàn)家電設(shè)備的信息交互和協(xié)同工作。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

如果有多個房間，在每個房間內(nèi)安裝一個ZigBee 終端模塊，選擇一間房間作為控制中心，在控制中心安裝好ZigBee 協(xié)調(diào)器模塊，ZigBee 終端模塊通過ZigBee 無線網(wǎng)與ZigBee 協(xié)調(diào)器模塊通信，每個ZigBee 終端模塊上面的傳感器將實時采集其所在室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)發(fā)往協(xié)調(diào)器模塊，協(xié)調(diào)器模塊可以通過串口或者GPRS 網(wǎng)絡(luò)把接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)往物聯(lián)網(wǎng)云平臺和客戶機，管理員可以根據(jù)搜集的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)出控制空調(diào)和加濕器等設(shè)備的指令，控制指令被發(fā)送到協(xié)調(diào)器模塊，再轉(zhuǎn)發(fā)到各個終端模塊，終端模塊的微控制器通過電源模塊實現(xiàn)對空調(diào)和加濕器等設(shè)備的實時管理和控制。當(dāng)然，ZigBee 終端模塊對環(huán)境變量設(shè)置閾值，如果環(huán)境數(shù)據(jù)超過此閾值，那么終端模塊把環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器模塊的同時，對空調(diào)和加濕器等設(shè)備實時監(jiān)控[2]。

3 系統(tǒng)測試

將兩個Zigbee 開發(fā)板成功組網(wǎng)后，安裝了sht10傳感器的Zigbee 板作為終端節(jié)點模塊，該模塊負責(zé)從sht10 傳感器實時采集室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)，并通過Zigbee 無線網(wǎng)發(fā)送給協(xié)調(diào)器模塊；另一個Zigbee 板作為協(xié)調(diào)器模塊，該模塊負責(zé)接收終端節(jié)點發(fā)來的環(huán)境數(shù)據(jù)并通過串口發(fā)往PC 機，并最終顯示到PC 機的串口調(diào)試助手中。

具體步驟如下：

（1）終端節(jié)點模塊每隔2 秒向協(xié)調(diào)器模塊發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器模塊將收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)往PC 機，最終顯示在PC 機的串口調(diào)試助手中，顯示的數(shù)據(jù)格式如下：“我是模塊X，當(dāng)前溫度是xx.x，當(dāng)前濕度是xx.x。”如果每個房間都安裝了終端節(jié)點模塊，則需要給它們編號，顯示“我是模塊X”的目的就是為了避免不同終端節(jié)點模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)發(fā)生混淆。

（2）終端節(jié)點模塊上的sht10 傳感器可以實時收集環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，發(fā)往協(xié)調(diào)器模塊，并最終通過串口發(fā)往PC 機，通過編程，可以設(shè)置一個合理范圍，如果終端節(jié)點模塊發(fā)過來的溫濕度數(shù)據(jù)超過了這個合理范圍，就彈出警告框提示管理員，管理員可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)調(diào)控室內(nèi)空調(diào)和加濕器等設(shè)備，從而監(jiān)控家居環(huán)境。也可通過無線網(wǎng)將調(diào)控指令發(fā)往終端節(jié)點模塊，終端節(jié)點模塊直接給室內(nèi)空調(diào)和加濕器等設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)控指令，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)溫濕度，無需人為干預(yù)。

（3）如果房間較多，每個房間都安裝一個終端節(jié)點模塊，并編號，設(shè)置不同的CHANNEL，這些不同編號的終端節(jié)點模塊將收集到的各個房間環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)發(fā)送到協(xié)調(diào)器模塊，協(xié)調(diào)器模塊將搜集到的數(shù)據(jù)通過串口或無線網(wǎng)發(fā)往數(shù)據(jù)中心的PC 機或者手機等設(shè)備，設(shè)備上的應(yīng)用程序就可以根據(jù)這些環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，找出異常數(shù)據(jù)，發(fā)出警報，并向協(xié)調(diào)器模塊發(fā)出調(diào)控命令，協(xié)調(diào)器模塊再向發(fā)出異常數(shù)據(jù)的終端節(jié)點模塊轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)控命令，該終端節(jié)點模塊調(diào)控房間空調(diào)和加濕器等設(shè)備，從而改善環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)。實踐證明：PC 機確實可以收到來自多個終端節(jié)點模塊采集的實時溫濕度數(shù)據(jù)，并通過對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，從而實現(xiàn)對多個房間的環(huán)境監(jiān)測和控制[3-4]。

4 結(jié)語

本文通過實驗測試了該智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)實時監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)控制房間空調(diào)和加濕器等設(shè)備，從而實現(xiàn)對家居環(huán)境的實時監(jiān)控。該系統(tǒng)足夠智能且價格不貴，可以滿足智能家居的需求，具有推廣的前景。