基于ZigBee无线传感器智能家居的设计
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基于ZigBee无线传感器智能家居的设计 摘 要：针对智能家居研究现状，设计了基于ZigBee无线传感器智能家具系统。该系统主要包括ZigBee组建的内部子网、智能家居网关以及移动手机终端三部分。并重点从基于ZigBee技术上阐述了控制系统的硬件、软件和多家具设备无线组网方法。经测试该系统运行良好，传输距离更远、功耗更低、稳定性更高等特点。
关键词：智能家居；ZigBee；布线系统 1 引言
智能家居，又称智能住宅，以住宅为基础，将综合布线技术，网络通信技术，安全防范技术，自动控制技术，传感器等技术集成化，创造高效的住宅环境与家庭日程事务的管理等。对各种家用设备（照明、家电、安防......）实现智能化、网络化的控制与管理，使多个家用设备形成了联动，为居住者提供了舒适、方便、快捷、安全的居住环境[1]，不断满足人们对智能住宅的要求，提高了人们的生活质量，实现了“人在外，家就在身边；人在家，世界就在眼前。” 当前，网络布线方式主要分为：有线布线和无线布线两种方式。在过去主要是有线布线方式，有线布线繁琐、成本高、移动性差、不美观等缺点[2]。而
无线布线方式恰恰避免了以上的缺点，但是无线布线要求技术比较高。现在无线组网方式主要有：蓝牙技术、红外技术、Wi-Fi技术、ZigBee 技术等，其中ZigBee 技术功耗低、成本少、抗干扰能力强，所以本设计选用ZigBee技术组建家庭网络，实现无线布线[3]。
1 系统架构与工作原理
本系统主要包括三部分：ZigBee组建的内部子网、智能家居网关以及移动手机终端三部分。ZigBee组建的内部子网有一个协调器和多个终端节点组成。终端节点主要采集所需要的环境信息，或者与受控设备连接。将采集到的信息发送给协调器，协调器再将这些信息通过串口发送给智能家居网关，与上位机进行交互。 2 硬件设计
本设计硬件主要使用ST公司STM32微处理器作为主控芯片、ZigBee模块、电源模块、按键显示模块、以太网模块、GSM模块、报警模块等。用户可以通过万能遥控器或者直接控制触摸屏控制家里用电器。 ZigBee
ZigBee网络主要分为三种网络拓扑结构：星状网络、树状网络和网状网络，三种拓扑结构方式依次变复杂。根据本系统智能家具的特点，本设计选用星状网络。星状网络又称主从网络，一般应用在节点较少的网络系统中，相对比较简单。星状网络有一个全功能协调器和多个终端节点设备组成，本系统重点介绍环境采集终端（温度采集、湿度采集、灰尘浓度采集、甲醛浓度采集等）。
本设计主要使用卓万科技有限公司开发的基于Zigbee2007/PRO 协议栈的 Zigbee 无线串口透明传输通信模块。模块基于TI 高性能低功耗的 射频收发芯片CC2530 及大功率低噪声射频前端芯片CC2591，实现极易使用、全透明、高稳定、超低功耗、超远距离、超大规模Zigbee无线传感网络的组网。 主控芯片
在节点数量较多的时候，采集信息量较大，传输数据也比较多，所以要求MCU的处理数据较多。本设计主要使用的是意法半导体生产的STM32系列芯片，STM32是基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理器芯片，时钟最高可达72MHz，64KB FLASH 20KB SRAM，并且低功耗特别适合智能家居使用。STM32提供了丰富的I/O接口，包括ADC、
USART、I2C、SPI等。本设计在终端在环境采集模块当中主要使用的是ADC和I2C端口，本设计重点介绍终端节点的设计。 终端节点
终端节点主要是采集环境模块主要设计的是一系列传感器，在本次设计中温湿度传感器使用的是SILICON LABS生产的Si7020-A10，Si7020温湿度传感器是CMOS集成电路，并且集成温度和湿度传感器元件、模数转换器、信号处理器和I2C接口，该芯片体积小、功耗低、精度高。本次设计重点添加了现在人们特别关注的灰尘传感器，让居住者实时了解家中粉尘浓度，灰尘传感器使用的是
CP2Y1010AU。灰尘传感器通过内部红外二极管，输出跟灰尘浓度成线性的电压值，最后通过电压值计算出空气中的灰尘和烟尘含量。 3 系统软件设计 ZigBee网络软件设计
ZigBee设备一般分为：协调器、路由器和终端节点，本设计采用的是星状网络，所以只存在一个协调器和多个终端节点。软件设计重点讲述的是终端节点和协调器。
终端节点软件设计
基于ZigBee无线传感器智能家居的设计
