通信安全及远程监控目标下的物联网智能化家居系统开发

摘 要： 基于ZigBee设计智能化家居控制系统的方案，通过深入分析该系统的应用场合及各项技术特点，提出以3C2440为家庭网关中央控制器，采用ZigBee和GPRS通信技术实现整个系统的统筹管理和远程通信，展现出智能家居人性化、智能化的特点。实验结果表明，1 h，10 h，20 h系统接收数据正确率为：98.93%，99.88%，99.93%，说明该系统稳定可靠、通信准确率高。

关键词： 物联网； 智能化家居系统； 软件； ZigBee通信模块

中图分类号： TN948.64?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）20?0061?03

Abstract： The design scheme of intelligent home control system based on ZigBee， in which S3C2440 is taken as the central controller of home gateway， and ZigBee and GPRS communication technologies are used， is proposed by means of deep analysis of application occasions and technical features of the system to achieve the overall management and remote communication， and show the characteristics of intelligent home humanization and intelligentization. The test result shows that the receiving data accuracy of the system is 98.93%， 99.88% and 99.93% corresponding to the test time of 1 h， 10 h and 20 h， which indicates that the system is stable and reliable， and the communication accurate rate is high.

Keywords： Internet of Things； intelligent home system； software； ZigBee communication module

随着人们生活水平的提高，人们的生活方式和精神追求发生明显变化。物联网技术的发展及应用，成功掀起一场信息技术和产业革命，为智能化发展提供重要支撑。智能家居是指借助计算机、通信、传感等技术把家居环境中各种设备相互连接，集合各项功能为一体的系统[1]。物联网智能化家居系统是以住宅为载体，通过无线联动方法控制各种设备，从而实现自动化、智能化家居管理功能，为人们提供安全、便捷的生活空间做出重要贡献。

1 物联网智能化家居系统设计方案

1.1 分析智能家居系统的需求

现阶段，我国智能化家居行业发展并不成熟，国内并未制定统一的行业设计标准作为参照[2]。设计的智能家居系统必须遵循用户的需求和以家居环境为依据，从而满足不同类型用户的需求。智能化家居系统必须满足下列标准：

（1） 保证数据传输的可靠性，无线数据传输的信息要保障安全可靠，促使中央控制中心对内实现对其家居模式信息的处理[3]。

（2） 成本低廉。智能化家居系统要考虑普及推广效果，根据多数消费者的消费能力展开设计，选择的技术、硬件均在消费者能够承受的范围内。

1.2 物联网智能家居系统总体设计

物联网智能化家居系统主要包含家庭网关、硬件、软件、无线通信单元等部分[4]。家庭网关作为整个家居系统的关键环节，不单单承担着内部和外部网络的相互通信，也借助无线通信网络对设备终端开展实施监控及管理[5]。家居环境内各类智能用电器借助无线网络实现连接，达到交换信息的目的。家居安保系统把门禁控制、防火、防盗等系统合理结合，确保人们家居环境的安全。在室内安装的各个传感器采用ZigBee技术与ARM控制器相互连接，如果传感器检测到室内存在异常情况，借助ZigBee无线通信网络及时通知ARM控制器，由该控制器依据不同信号开展针对性处理[6]。本次设计的智能化家居系统还配备友好用户界面，本界面可以展现系统内各个部件的运行情况，便于用户实时查询家居设备运行情况。

2 设计智能化家居系统硬件设计

本设计中使用三星公司生产的S3C2440微处理器芯片。这种芯片是CPU设计ARM920T内核，与普通的单片机比较，其运行速度更快，可以满足系统对实时性的需求[7]。同时，这种芯片设置两通道SPI、三通道UART、USB主设备芯片，便于及时扩展设备。因此，本设计中，在S3C2440芯片上添加电源模块、报警模块、以太网模块、按键与显示模块等设备。S3C2440芯片包含相应的内存管理单元（MMU），能够更好地运行Linux嵌入式操作系统，这种设计具有功耗低、性能好等优点，完全满足设计要求[8]。硬件系统结构见图1。

2.1 GPRS通信模块

GPRS是移动数据重要的承载方式，与其他通信方式比较，该模块具有覆盖面广、运营费用低、实时传输信息等优点[9]。本设计挑选双频GPRS模块西门子MC35I，该模块工作性能稳定，与S3C2440使用串口方式实现连接。串行线通过转换能与RS 232串口直接相连。中央控制器借助异步收发器所提供的串口，用户根据放置的状态寄存器对操作状态进行判断和定位。

2.2 ZigBee无线通信模块