基于多种无线通讯技术的智能家居控制系统

 引言

随着网络技术和通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高，实现家庭智能控制已经成为必然的趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管理：对住宅的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器;系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。

在智能家居系统中，将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能化的进程。

本文介绍的智能家居控制系统采用ARM 嵌入式系统设计，利用ZigBee 通讯模块构建智能家居无线网络系统，跟各个子控制模块进行通讯。系统通过蓝牙接口与手机或PC 连接，使用手机作为用户操控终端。当前手机的功能相当强大，大多数手机已经内置Java 虚拟机，利用Java 开发工具设计功能非常强大管理软件，与传统的键盘加液晶屏的人机界面相比，操作更灵活、方便。系统通过蓝牙接口，搜索用户手机，判断用户是否在本地，而自动进行布防和设防已及切换到GPRS 网络，进行远程监控，防止用户忘记布防而令监控系统失去作用。

1 智能家居控制系统设计

1.1 系统功能

本文介绍的家居系统具备以下功能。家用设备的数据采集：采集家用设备包括室内温度，灯具家电，防盗门等设备的状态数据，经控制器处理后反馈给用户。本地控制：用户通过人机界面，对家用设备进行监控。远程控制：远程用户可以通过发送手机短信或通过互联网对家庭系统进行控制和查询。自动报警：当控制器检测到非法闯入或温度超高等报警信号时，及时触发室内报警装置，并通过发送报警短信等方式及时通知用户。门禁系统：手机内置蓝牙模块都具有全球唯一识别码，利用它识别用户身份。用户再不需记密码，或带其他的IC卡。家电控制：接收用户命令，通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控的家电设备。其它灯具等开关量控制：接收用户命令控制灯具等开关量设备。

1.2 系统总体结构

本控制系统分两部分：主控制器，各控制终端。系统框图如图1 所示：

主控制器相当于家庭网关，由GPRS、蓝牙、ZigBee 通讯模块构成。负责接收各控制终端的数据，经处理后传给用户手机，同时接收用户手机发出的指令，经解析后分发到各个控制终端。

1.3 主控制器的硬件设计

主控制器的CPU 采用NXP 微控制器LPC2378，它使用了一个高性能的32 位ARM7 内核，可以在高达72MHz 的频率下操作。LPC2378含有高达512KB 的片内Flash 和58KB 的片内SRAM 存储器，而且有4个16C550UART(1个带有IrDA)、3 个I2C总线接口、3 个SPI/SSP接口和1个I2S 接口。多个串行通信接口增强了设计的灵活性，提供了更大的缓冲区，并且具有更高的处理能力。

GPRS通信模块采用西门子公司的无线数据传输模块MC35i，支持数据、短信、语音和传真业务。MC35i是新一代GSM/GPRS 双模模块，完全兼容上一代的MC35、TC35i;采用紧凑型设计，为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS 连接。

MC35i的GPRS 永久在线功能提供了最快的数据传输速率。

ZigBee 无线网络通信模块采用赫利讯的IP_Link1270 模块。ZigBee(IEEE802.15.4)技术是最近发展起来的一种近距离、低功耗、低数据率、低成本的双向短距离无线通信技术，被业界认为是最能应用在工控场合的无线方式。

蓝牙模块采用Ericsson公司的ROK 101 007/1,该蓝牙模块集成度高，功耗小，完全兼容蓝牙协议V1.1，可嵌入任何需要蓝牙功能的设备中。该模块包括基带控制器，无线收发器，闪存等部件，可提供高至HCI(主机控制接口)层的功能。此外，该模块还提供有USB、UART 和PCM 接口，因而能方便地与主机(host)进行通信，另外，该模块还同时支持蓝牙语音和数据传输，且其输出功率能满足蓝牙2 级操作的要求。

1.4 主控制器的嵌入式软件设计

家庭智能主控制器软件是对远程和本地通讯协议的解析执行及实时控制整个系统有序工作。主要部分包括对各个控制终端的数据采集，经处理分析后，提供给用户查询。并且实时监测各模块的报警信息，实施联动控制。软件通过蓝牙接口，定时搜索用户手机，判断用户是否在本地，而自动进行布防和设防已及切换到GPRS 网络，以便及时通知用户系统信息。

1.5 基于手机的控制终端软件设计

目前大部分手机已经内嵌Java 虚拟机，支持Java 程序开发。手机所以非常适合作为家居系统的控制终端。本软件采用SUN 公司提供的通用的开发包J2ME Wireless ToolKit 2.2。本软件主要部分包括要是显示系统的各种信息，包括温度数据、各电器、照明设备的使用状态、各种报警信息。设置系统各种参数，如定时开关电器、防盗报警的设防和撤防、消防报警联动。

发指令控制各种电器、照明设备。

1.6 控制终端设计

控制终端需要根据家居装修布局的情况来具体设计。控制终端的功能要求比较单一，安装比较分散。如家庭电器/ 照明控制、煤气/ 烟雾探测、防盗报警等。因此采用无线通讯可以大大节省精力和费用。控制终端一般需要实现脉冲量数据采集，可采集水、电、气三表数据;安防传感器开关量数据采集，可进行设防/ 撤防报警、安防报警(红外幕帘、门磁、窗磁、玻璃破碎等);模拟量数据采集;模拟量数据输出;继电器触点输出;CPU可以采用通用8 位的单片机即可，根据具体控制要求灵活配置。而ZigBee 通讯接口模块则统一使用赫立讯公司的IP_Linkl270。

2 结语

本文介绍智能家居控制系统使用多种先进的无线通讯技术：ZigBee、蓝牙和GPRS。主要是充分考虑家庭内部的特点，提供更大的灵活性、扩展性，省去花在综合布线上的费用和精力。使用手机作为的操作终端，是本系统的一大特色。用户只需用手机就可以随时随地监控整个系统。利用手机的强大功能，系统可以增加更多人性化的设计，应用前景广阔。