基于Zigbee的智能家居系统研究

【前言】基于Zigbee的智能家居系统研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。本系统采用分布式控制方式对智能家居的各个部分进行统一的控制，主要包括信息家电部分、环境控制部分（包括室温、照明、窗帘等）、安防报警部分、远程操作部分。各部分又包括多个节点，每个节点即为通讯的一个终端。各节点之间相互独立，某一个节点出现故障不影响其他...

摘 要 本文给出了一种基于zigbee的智能家居系统的设计方案，从无线智能家居系统的硬件方面进行了研究，选取了Samsung公司的S3C2440作为本系统的处理器，ZigBee作为无线通信技术，并对关键技术进行了详细的讨论分析。

关键词 智能家居 ZigBee 无线通信

中图分类号： TP273 文献标识码：A

目前，家电品种繁多，我们已经无法仅仅满足于家电设备的独立自动化、智能化，人们关注得越来越多的是家居环境的安全、健康、便捷和舒适，因而有效地将家电联网促成信息家电、智能住宅成为了开发人员的主题。本文将研究一个实现高效率、低成本、具备无线通讯功能的智能家居系统，使之能集中管理和控制，同时能够完成异地网络控制信息的接入。通过本智能家居系统，人们可以在任意时间、任意地点在手机、互联网、遥控等终端帮助下，对家中任意角落的任意设备、环境进行控制，尽情享受科技给我们带来的便捷、安全、舒适的家庭环境。

1 整体设计方案

本系统采用分布式控制方式对智能家居的各个部分进行统一的控制，主要包括信息家电部分、环境控制部分（包括室温、照明、窗帘等）、安防报警部分、远程操作部分。各部分又包括多个节点，每个节点即为通讯的一个终端。各节点之间相互独立，某一个节点出现故障不影响其他节点的运行。由于智能家居系统功能庞大，需要控制的信息很多，因而也包含很多节点，本文将针对煤气控制节点和温湿度控制节点两个功能节点展开研究。

2 系统硬件设计与实现

2.1主控制器

本智能家居系统主控制器采用SamSung公司的一款S3C2440微控制器芯片，这是一款32位RISC微处理器，它采用ARM920T内核，拥有0.13 m的CMOS标准宏和存储器单元。适合手机设备和应用于成本低、性能好、低功耗的小型微控制器的场合。S3C2440的核心处理器ARM920T实现了MMU、AMBA BUS和Harvard等高速缓冲结构，提供了各自独立的16K的数据Cache和程序Cache，内部集成了完整的系统外设，极大降低了系统成本。

2.1.1 Flash存储器电路的设计

本硬件平台选用Samsung公司的NandFlash芯片K9F1216UOA作为Flash存储器芯片。该芯片工作电压3.3V，包含4个可同时擦写存储块，每页528Bytes+16byte，每32page形成一个Block，总共包含4096个Block，总容量为40968B=66M，其中2MB是用来保存ECC校验码等额外数据，实际使用其中64MB。

2.1.2 SDRAM接口电路设计

为充分发挥S3C2440的32位数据处理优势，一般采用32位存储器系统，本系统选用2片16位数据宽度的HY57V641602的SDRAM，工作电压3.3V，其单片容量为32MB，2片共构建成64MB空间，一片作为高16位，一片低16位，这足以满足本系统运行时对容量的要求。

2.2 通信模块

CC2430是一个SOC芯片，它能提供提高系统性能且满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段的解决方案，这个方案满足低功耗、低成本的系统要求，它结合了8KB的RAM和多功能的模块，根据不同的闪存空间来优化成本。

CC2430无线通信模块模块式基于无线传感器网络结构，包括很多设置在监控区域里的低价传感器节点，通过无线数据传输协议模式构成了一个自组织多跳无线网络。该通信模块波特率、发射功率以及数据响应格式都可调节，传输数据的可靠性和稳定性更高，并且极大程度地减小了误码率。鉴于ZigBee无线通信网络协议标准拥有易实现、数据传输可靠性能好、短距离操作、各层次的安全性、功耗极低、成本极低等优势，它完全符合近程无线通信模块的设计要求，因此选择ZigBee的通信技术完成无线数据模块系统。

2.3 煤气泄漏监测节点的电路设计

泄漏检测采用QM2N2型气敏传感器作为检测元件，其电阻随可燃性气体或烟雾浓度的改变而改变。正常情况下，可燃性气体或烟雾浓度在允许范围内，气敏传感器1、2间电阻值较大，从2端输出低电平。当可燃性气体或烟雾浓度达到一定值后，气敏传感器l、2间电阻值迅速减小，从2端输出高电平，即使三极管Q1导通，C点由高电平转成低电平。C点连接至无线通信模块的P1.4口，这样就可以通过检测P1.4口来确定是否煤气泄漏并适时做出报警处理。

2.4 温湿度节点的硬件电路设计

本节点温湿度传感器采用SHTl5系列贴片型芯片，它可以同时测量湿度和温度数据。湿度测量范围：0～100%RH，温度测量范围：-40～+123.8℃，湿度测量精度：0%RH，温度测量精度：3℃。

3结论

本文提出了一种以嵌入式系统和ZigBee无限通信技术为基础的智能家居系统的设计方案，从硬件方面进行了设计。选取了Samsung公司的S3C2440作为本系统的处理器，并对通信模块（包括以太网、ZigBee通信模块）、系统功能节点（包括温湿度节点和煤气控制节点）进行了设计。该系统工作效率高，成本低，具备无线通讯功能。