CN105527856A - 一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***及其控制方法 - Google Patents

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苏振强
郑森泉
刘晓英
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Abstract

本发明涉及一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***及其控制方法，包括室内Zigbee模块、GSM网络模块、WIFI无线网络模块、嵌入式网关、计算机；所述室内Zigbee模块包括Coordinator协调器、Zigbee无线网络模块、家用电器、传感器；所述计算机通过网络连接至所述嵌入式网关，所述嵌入式网关通过串口UART连接至所述室内Zigbee模块的Coordinator协调器，所述Coordinator协调器与所述家用电器、传感器通过所述Zigbee无线网络模块连接；所述嵌入式网关通过所述GSM网络模块以及WIFI无线网络模块连接至移动智能终端；所述嵌入式网关采用ARM微处理器。本发明能够脱离对PC的依赖，为用户提供一个安全、舒适、便利的生活环境。

Description

一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***及其控制方法
技术领域
本发明涉及智能家居***领域，特别是一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***及其控制方法。
背景技术
世界上第一栋智能建筑1984年在美国康涅迪格州出现，当时只是对一座旧式大楼进行了一定程度的改造，采用计算机***对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控和控制，并提供语言通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。随之而来，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚的经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛的应用。其中比较重要的有下述几个***：美国的X-10、CEBU(ConsumerElectronicBus)、LONWORKS；日本的HBS(HomeBusSystem)；欧洲的EIB(EuropeanInstallationBus)和EHS(EuropeanHomeSystem)等。
上个世纪，在美国、日本、新加坡等国家已有少数居民安装了“家庭智能化***”，随着科技的进步发展相信21世纪将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化***。近些年来，美国有一种占据市场主流的产品X-10，销售已经超过1亿个，设计户型为单体户别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便超过400万个家庭在使用。但这些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用。而且，三星已经开始在中、韩两国同时推出其智能家居***，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。
住宅智能化将是人类住宅的又是一场新的革命。今年来在我国，高科技和信息技术正在由智能大厦走向智能住宅小区，进而走进家庭。现代社会的家庭正在以家庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境，作为一个理想的目标来追求。国家也早在《2000年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案》中，将建设智能化小康示范小区列入国家重点的发展方向。因此也就必然促使智能大厦建设向智能化住宅小区，乃至向家庭智能化的方向发展。
目前，国内一些传统家电业的巨头如海尔、创维、TCL、科龙、海信等已经进入智能化家居市场。而先进入该领域的一些企业基本都推出了各自的产品，如清华同方推出的经济型智能化家庭设备“e-home数字家园”***已经得到了一定程度的应用。
传统的智能家居***一般是的方式来组建的，LONWORKS、CEBUS、X-10、RS485、CANBUS、Ethernet等。其中X-10是智能型家庭网络***中被广泛采用的技术，主要是因为价格便宜及部分消费者可自行装配。以上各种技术分别对应不同的应用场合，一下技术发展已经相对比较成熟，而且在行业内已经具有一定的标准和通用性，但普遍还存在以下缺点。
1、基于有线方案，布线麻烦，增加设备需要重新布线，而且影响美观。
2、标准不统一，智能家居内部设备的通信和控制没有一个国际上的统一的通信标准，家居设备在家庭内部的编码方式随便混乱。
3、对PC的依赖，传统的智能家居***中的家电需要依靠家庭内部PC，否则家庭内部的管理就无法进行，无论是升级和维护都不方便。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***及其控制方法，以ARM微处理器为中心建立家庭网关硬件平台，对外通过宽带及公共电话网接入公共网络，对内将家用电器及其他联网设施通过家庭内部Zigbee无线局域网连接成一体，实现信息家电、安全防范的集中管理。
本发明的***采用以下方案实现：一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，具体包括室内Zigbee模块、GSM网络模块、WIFI无线网络模块、嵌入式网关、计算机；所述室内Zigbee模块包括Coordinator协调器、Zigbee无线网络模块、家用电器、传感器；所述计算机通过网络连接至所述嵌入式网关，所述嵌入式网关通过串口UART连接至所述室内Zigbee模块的Coordinator协调器，所述Coordinator协调器与所述家用电器、传感器通过所述Zigbee无线网络模块连接；所述嵌入式网关通过所述GSM网络模块以及WIFI无线网络模块连接至移动智能终端；所述嵌入式网关采用ARM微处理器。
进一步地，所述家用电器包括空调、加湿器、电动窗帘、报警铃、门铃、灯具。
进一步地，所述传感器包括温湿度传感器、光照强度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器。
进一步地，所述温湿度传感器采用DHT11；光照强度传感器采用BH1750；烟雾传感器采用MQ-2烟雾气敏传感器模块；人体红外传感器采用HC-SR501.
进一步地，所述Zigbee无线网络模块的网络节点采用TI的CC2530芯片。
CC2530是用于2.4GHz、IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上***（SOC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530采用了适应2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收发器,低功耗，微控制器，8-KBRAM和许多其他强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32，CC2530F64，CC2530F128，CC2530F256，分别具有32，64，128，256KB的闪存。CC2530拥有不同的运行模式，使得它适应超低功耗要求的***。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
本发明还提供了一种基于上文所述的基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，具体为：用户通过计算机的Web浏览器登陆用户管理***，利用网络远程访问家庭内部的嵌入式网关，嵌入式网关中的服务器会根据用户的需求通过串口UATR向室内Zigbee网络模块的Coordinator协调器发送控制命令，同时Coordinator协调器通过所述Zigbee无线网络模块向所述家用电器以及传感器发送命令；室内的传感器数据通过Coordinator协调器、串口UATR、嵌入式网关向远程的计算机端传送采集的数据；当所述传感器检测到室内环境发生异常或有人非法进入时，通过GSM网络模块向用户手机发出报警信号。
较佳的，当传感器采集到报警数据时利用室内Zigbee网络模块向协调器（Coordinator）发生报警信号，再通过串口（UATR）向嵌入式网关传送报警信号，最后通过GSM网络向用户的手机发出报警信号。
进一步地，智能移动终端终端通过WIFI无线网络模块与所述嵌入式网关相连，用以控制家用电器和传感器。
进一步地，所述PC端用户管理***可用C#语言编程。
进一步地，所述嵌入式网关采用ARM11和Linux***。
进一步地，所述Zigbee无线网络模块的节点采用TI的CC2530芯片，其组网方式为网状型，且除了所述Coordinator协调器外其他传感节点和控制节点均为路由，用以保证当一节点不能工作时其他节点不会所到影响。
特别的，在室内Zigbee模块的传感器节点采集室内各个角落的环境数据，通过Zigbee无线网络模块传给Zigbee协调器节点，再通过串口（UATR）向嵌入式网关传送数据，最后通过Internet网络向远程的PC端的Web浏览器登陆用户管理***传输传感器数据。
与现有技术相比，本发明提供的***Zigbee技术、Internet网络和GSM网络，脱离对PC的依赖，为用户提供一个安全、舒适、便利的生活环境。
附图说明
图1为本发明的***原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，具体包括室内Zigbee模块、GSM网络模块、WIFI无线网络模块、嵌入式网关、计算机；所述室内Zigbee模块包括Coordinator协调器、Zigbee无线网络模块、家用电器、传感器；所述计算机通过网络连接至所述嵌入式网关，所述嵌入式网关通过串口UART连接至所述室内Zigbee模块的Coordinator协调器，所述Coordinator协调器与所述家用电器、传感器通过所述Zigbee无线网络模块连接；所述嵌入式网关通过所述GSM网络模块以及WIFI无线网络模块连接至移动智能终端；所述嵌入式网关采用ARM微处理器。
在本实施例中，所述家用电器包括空调、加湿器、电动窗帘、报警铃、门铃、灯具。
在本实施例中，所述传感器包括温湿度传感器、光照强度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器。
在本实施例中，所述温湿度传感器采用DHT11；光照强度传感器采用BH1750；烟雾传感器采用MQ-2烟雾气敏传感器模块；人体红外传感器采用HC-SR501.
在本实施例中，所述Zigbee无线网络模块的网络节点采用TI的CC2530芯片。
CC2530是用于2.4GHz、IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上***（SOC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530采用了适应2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收发器,低功耗，微控制器，8-KBRAM和许多其他强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32，CC2530F64，CC2530F128，CC2530F256，分别具有32，64，128，256KB的闪存。CC2530拥有不同的运行模式，使得它适应超低功耗要求的***。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
本实施例还提供了一种基于上文所述的基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，具体为：用户通过计算机的Web浏览器登陆用户管理***，利用网络远程访问家庭内部的嵌入式网关，嵌入式网关中的服务器会根据用户的需求通过串口UATR向室内Zigbee网络模块的Coordinator协调器发送控制命令，同时Coordinator协调器通过所述Zigbee无线网络模块向所述家用电器以及传感器发送命令；室内的传感器数据通过Coordinator协调器、串口UATR、嵌入式网关向远程的计算机端传送采集的数据；当所述传感器检测到室内环境发生异常或有人非法进入时，通过GSM网络模块向用户手机发出报警信号。
在本实施例中，当传感器采集到报警数据时利用室内Zigbee网络模块向协调器（Coordinator）发生报警信号，再通过串口（UATR）向嵌入式网关传送报警信号，最后通过GSM网络向用户的手机发出报警信号。
在本实施例中，智能移动终端终端通过WIFI无线网络模块与所述嵌入式网关相连，用以控制家用电器和传感器。
在本实施例中，所述PC端用户管理***可用C#语言编程。
在本实施例中，所述嵌入式网关采用ARM11和Linux***。
在本实施例中，所述Zigbee无线网络模块的节点采用TI的CC2530芯片，其组网方式为网状型，且除了所述Coordinator协调器外其他传感节点和控制节点均为路由，用以保证当一节点不能工作时其他节点不会所到影响。
特别的，在本实施例中，在室内Zigbee模块的传感器节点采集室内各个角落的环境数据，通过Zigbee无线网络模块传给Zigbee协调器节点，再通过串口（UATR）向嵌入式网关传送数据，最后通过Internet网络向远程的PC端的Web浏览器登陆用户管理***传输传感器数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，其特征在于：包括室内Zigbee模块、GSM网络模块、WIFI无线网络模块、嵌入式网关、计算机；所述室内Zigbee模块包括Coordinator协调器、Zigbee无线网络模块、家用电器、传感器；所述计算机通过网络连接至所述嵌入式网关，所述嵌入式网关通过串口UART连接至所述室内Zigbee模块的Coordinator协调器，所述Coordinator协调器与所述家用电器、传感器通过所述Zigbee无线网络模块连接；所述嵌入式网关通过所述GSM网络模块以及WIFI无线网络模块连接至移动智能终端；所述嵌入式网关采用ARM微处理器。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，其特征在于：所述家用电器包括空调、加湿器、电动窗帘、报警铃、门铃、灯具。
3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，其特征在于：所述传感器包括温湿度传感器、光照强度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，其特征在于:所述温湿度传感器采用DHT11；光照强度传感器采用BH1750；烟雾传感器采用MQ-2烟雾气敏传感器模块；人体红外传感器采用HC-SR501。
5.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***，其特征在于:所述Zigbee无线网络模块的网络节点采用TI的CC2530芯片。
6.一种基于权利要求1所述的基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，其特征在于：用户通过计算机的Web浏览器登陆用户管理***，利用网络远程访问家庭内部的嵌入式网关，嵌入式网关中的服务器会根据用户的需求通过串口UATR向室内Zigbee网络模块的Coordinator协调器发送控制命令，同时Coordinator协调器通过所述Zigbee无线网络模块向所述家用电器以及传感器发送命令；室内的传感器数据通过Coordinator协调器、串口UATR、嵌入式网关向远程的计算机端传送采集的数据；当所述传感器检测到室内环境发生异常或有人非法进入时，通过GSM网络模块向用户手机发出报警信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，其特征在于：智能移动终端终端通过WIFI无线网络模块与所述嵌入式网关相连，用以控制家用电器和传感器。
8.根据权利要求6所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，其特征在于：所述PC端用户管理***可用C#语言编程。
9.根据权利要求6所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，其特征在于：所述嵌入式网关采用ARM11和Linux***。
10.根据权利要求6所述的一种基于Zigbee技术和ARM11智能家居控制***的控制方法，其特征在于：所述Zigbee无线网络模块的节点采用TI的CC2530芯片，其组网方式为网状型，且除了所述Coordinator协调器外其他传感节点和控制节点均为路由，用以保证当一节点不能工作时其他节点不会所到影响。
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