0 引言
智能家居系統(tǒng)（SmartHome）最早源于歐美發(fā)達(dá)國家，是指以住宅為平臺，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、自動化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)、音視頻技術(shù)，通過社區(qū)綜合布線、社區(qū)局域網(wǎng)、Internet互聯(lián)網(wǎng)，采用系統(tǒng)集成方式，將智能家居、家居安防、家居娛樂融為一體，逐步建立一個(gè)安全、舒適、方便、快捷的綜合信息交互系統(tǒng)。智能家居技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了有線方式和無線方式兩個(gè)階段。由于有線網(wǎng)固有的布線麻煩、可擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為必然趨勢。這不僅因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動性，省去了浪費(fèi)在綜合布線上的費(fèi)用和精力，而且更因?yàn)樗霞彝ゾW(wǎng)絡(luò)的通信特點(diǎn)。
利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建價(jià)格低廉、性能可靠的智能家居系統(tǒng)將有重大的社會價(jià)值和巨大的商業(yè)潛力。在智能家居安防系統(tǒng)中需要對家居監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和傳遞，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居安防系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。它能夠?yàn)橛脩籼峁C(jī)動、靈活的組網(wǎng)方式，非常適合于家庭控制，將成為智能家居控制技術(shù)的重要發(fā)展方向。而對于家庭網(wǎng)絡(luò)通訊而言，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，在傳輸速率上不需要太高的要求。只需要信息的實(shí)時(shí)性好、時(shí)延短、成本低。相對于其他無線通訊技術(shù)而言，ZigBee無線模塊技術(shù)是功耗和成本最低的技術(shù)之一。
1 智能家居控制系統(tǒng)功能
智能家居系統(tǒng)主要由智能終端、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、終端控制面板三大模塊組成。終端控制面板通過有線方式連接家庭中各家用電器設(shè)備，無線方式接收智能終端控制指令，實(shí)現(xiàn)各家用電器設(shè)備的直接控制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集和傳遞各路監(jiān)控信號。智能終端通過有線、無線方式接收來自各個(gè)設(shè)備的信息，對其分析處理，并能按預(yù)先設(shè)置的規(guī)則通過有線、無線方式發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)智能功能。
智能家居系統(tǒng)主要包括智能家電控制、智能安防、緊急求助等功能。
1.1 智能家電控制
終端有全開、全關(guān)、離家、會客、娛樂、休息等多種情景模式，業(yè)主可以預(yù)設(shè)好各個(gè)模式，只需一個(gè)觸摸或遙控操作，家居環(huán)境就可以進(jìn)入自己需要的模式。
1.2 智能安防
在住宅的門、窗上安裝好門磁檢測，對外玻璃上安裝破碎探測器，主要通道及房間安裝好紅外探測器，并在梯口安裝好監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)有人在家或離家時(shí)，通過終端開啟對應(yīng)模式，對家庭安全設(shè)防。
若有人非法入侵時(shí)，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警，并通知業(yè)主及物業(yè)管理部門。廚房、客廳、臥室設(shè)置煙感、溫感探測器監(jiān)測所有房間有無火災(zāi)發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生，發(fā)出報(bào)警信息通知業(yè)主及物業(yè)管理，并關(guān)閉所有電源，啟動噴水滅火系統(tǒng)，最大限度降低火災(zāi)危害。廚房另設(shè)置可燃?xì)怏w檢測，檢測燃?xì)庑孤?/span>。
當(dāng)有險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，自動關(guān)閉煤氣管道上的燃?xì)忾y并通知業(yè)主及物業(yè)部門。
1.3 緊急求助
當(dāng)遇到緊急情況（如疾病或非法入侵）發(fā)生時(shí)，按緊急按鈕向小區(qū)物業(yè)管理部門進(jìn)行緊急求助報(bào)警。
2 基于ZigBee數(shù)傳技術(shù)的遠(yuǎn)程智能家居控制系統(tǒng)硬件框架
基于ZigBee數(shù)傳技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)由監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、終端控制組成。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過ZigBee無線模塊組成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，終端控制通過電腦對家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問和控制。其中：監(jiān)控節(jié)點(diǎn)分為溫濕度ZigBee數(shù)據(jù)采集監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、燈光控制節(jié)點(diǎn)、安全監(jiān)測節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)由最小系統(tǒng)、ZigBee通信模塊組成。
ZigBee無線模塊由主控芯片CC2530作為數(shù)據(jù)處理以及無線收發(fā)器；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制終端。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。
圖一 遠(yuǎn)程智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3 基于ZigBee數(shù)傳技術(shù)的遠(yuǎn)程智能家居控制系統(tǒng)軟件構(gòu)架
在遠(yuǎn)程智能家居控制系統(tǒng)中采用ZigBee數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和處理。ZigBee協(xié)議棧是TI公司在通信中定義的協(xié)議，規(guī)定了軟硬件應(yīng)如何工作。
其中ZigBee協(xié)議棧分為5層，各層次功能如下：
（1）設(shè)備對象層，即ZDO（ZigBeeDeviceObject）層，提供了管理一個(gè)ZigBee數(shù)傳模塊節(jié)點(diǎn)所要使用的功能函數(shù)。ZDO為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備提供了應(yīng)用端點(diǎn)的管理函數(shù)，其中包括：建立、發(fā)現(xiàn)和加入一個(gè)ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，綁定應(yīng)用端點(diǎn)和安全管理。
（2）應(yīng)用框架層，即AF（ApplicationFramework）層，提供了針對協(xié)議棧的應(yīng)用端點(diǎn)（End-Point1-240）和設(shè)備對象端點(diǎn)（EndPoint0）接口，其中主要包含：設(shè)備描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)收、發(fā)函數(shù)。
（3）應(yīng)用支持子層，即APS（ApplicationSupportSublayer）層，為設(shè)備對象和應(yīng)用實(shí)體提供了一系列的支持服務(wù)。
（4）網(wǎng)絡(luò)層，即NWK（ZigBeenetwork）層，為上層提供了管理服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。
（5）介質(zhì)訪問層，即ZMAC層，在802.15.4MAC與網(wǎng)絡(luò)層之間提供接口。
ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)和路由器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。如果一個(gè)ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)中所需節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不大。也可只用協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)流程如圖二、圖三所示。
圖二 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)流程圖
圖三 終端節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)流程圖
在ZigBee協(xié)議中，OSAL任務(wù)系統(tǒng)維持網(wǎng)絡(luò)的正常工作。OSAL首先初始化系統(tǒng)，然后通過osal_add_task函數(shù)添加任務(wù)到任務(wù)列表中。通過順序的執(zhí)行任務(wù)列表中的任務(wù)來完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
在ZigBee數(shù)傳模塊中程序是從main函數(shù)開始的，main函數(shù)的主要功能是完成初始化，然后再進(jìn)入操作系統(tǒng)。
Main函數(shù)代碼如下：
intmain(void)
{
osal_int_disable(INTS_ALL);//關(guān)閉中斷
HAL_BOARD_INIT();//初始化一些相關(guān)硬件
zmain_vdd_check();//電壓檢測
InitBoard(OB_COLD);//初始化I/O端口
HalDriverInit();//HAL驅(qū)動初始化
osal_nv_init(NULL);//NV系統(tǒng)初始化
ZMacInit();//MAC初始化
zmain_ext_addr();//確定64位擴(kuò)展地址
zgInit();//初始化基本NV條目
osal_init_system();//OSAL系統(tǒng)初始化
osal_int_enable(INTS_ALL);//使能中斷
InitBoard(OB_READY);//最終初始化硬件
zmain_dev_info();//設(shè)備信息顯示
osal_start_system();//任務(wù)系統(tǒng)（不會退出）
return0;//不執(zhí)行
}
4 結(jié)束語
隨社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平不斷提高，對家居環(huán)境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心部分——智能家居ZigBee數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要。家居智能化控制的開發(fā)和建設(shè)是未來國家、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢?；跓o線ZigBee數(shù)傳模塊智能家居的核心控制系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)功能的完善必將推動住宅智能化的發(fā)展。而基于ZigBee無線模塊的智能系統(tǒng)功能的集成化、用戶使用的傻瓜化以及市場的平民化將是智能家居控制器的發(fā)展趨勢，系統(tǒng)也將逐步邁向綠色化。