智能家居是利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備(如照明系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電)通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起的，自從美國在1984年真正的智能建筑出現(xiàn)以后，國外已經(jīng)有將近30年的研究歷史，而國內(nèi)在這方面的研究就相對較晚，從2003年才逐步的應(yīng)用于高端市場，而且標(biāo)準(zhǔn)不一。由于智能家居的系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化等諸多的優(yōu)點，從而使智能家居的開發(fā)建設(shè)成為21世界科技發(fā)展的必然趨勢。
目前市場上使用的無線技術(shù)有很多，有藍(lán)牙，WLAN技術(shù)等，由于協(xié)議復(fù)雜，成本高，耗電等，所以在家用系統(tǒng)控制方面推廣是有很大困難的，所以本文提出的無線智能家居的設(shè)計是基于ZigBee無線模塊技術(shù)的，因為ZigBee數(shù)傳模塊低功耗，低成本，易于組網(wǎng)和維護(hù)，采用簇狀網(wǎng)絡(luò)的同時會具有自愈性的獨(dú)特優(yōu)點，可以克服意外導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)癱瘓的弊端。
1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計的智能家居系統(tǒng)主要把智能家居分成三個大的部分，以具有Android系統(tǒng)的電視機(jī)作為上位機(jī)部分，以具有USB功能的CC2531芯片作為中樞傳輸部分(即USB-DONGLE)，以CC2530芯片作為終端控制模塊，終端控制模塊同時分成三個部分，即安防控制模塊、智能控制模塊和電能計量統(tǒng)計模塊如圖1所示。
圖1 整個系統(tǒng)設(shè)計的效果圖
2 系統(tǒng)的工作原理
2．1 通用的ZigBee無線模塊的初始化
啟動硬件，進(jìn)入初始化流程，首先是關(guān)閉所有的中斷，然后是硬件電路板相關(guān)的硬件設(shè)備的檢驗并且配置系統(tǒng)時鐘，然后進(jìn)行電壓穩(wěn)定的檢測，設(shè)置ADC3為一個標(biāo)準(zhǔn)的工作電壓的值，通過電路板的ADCl讀取外部提供的電路板的工作電壓和ADC3比較看是否達(dá)到穩(wěn)定工作的電壓，然后進(jìn)行電路板IO口的初始化，堆棧歸零。如果電壓不穩(wěn)定或者電池電量不足或者其他原岡導(dǎo)致的硬件電路無法工作，這里就要進(jìn)行不同方式的保護(hù)電路的復(fù)位，如果可以正常工作，那就開始配置IO口的基本工作狀態(tài)，接著進(jìn)行硬件驅(qū)動層的初始化，里面包括：定時器的初始化、ADC初始化、DMA的初始化、LED的初始化等等。接著是非易失性閃存的初始化流程，擦除所有的NV區(qū)域，然后是MAC初始化，擴(kuò)展地址的初始化，Z-STACK的全面檢查，如果某項存在或者不存在，則寫入NV里面，然后是操作系統(tǒng)的啟動初始化，開啟中斷，電路板的最終使用值的配置，(把啟動的結(jié)果在液晶屏上顯示出來)，電能計量模塊的初始化，紅外控制模塊的初始化，定時模塊的初始化，進(jìn)入操作系統(tǒng)開始工作。
2．2整個網(wǎng)絡(luò)的建立
首先是啟動電視機(jī)，打開電視機(jī)上面智能家居的控制界面，發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的命令，開始創(chuàng)建整個智能家居的網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊協(xié)調(diào)器接收到命令以后，開始建立網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立起來以后，在協(xié)調(diào)器允許加入的有效時間內(nèi)，開始啟動ZigBee無線模塊終端設(shè)備，終端設(shè)備發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的請求，協(xié)調(diào)器接收到加入網(wǎng)絡(luò)的請求以后，開始確認(rèn)信息，發(fā)送確認(rèn)加入網(wǎng)絡(luò)，終端設(shè)備接收到加入網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)請求以后，然后按照ZigBee協(xié)議，發(fā)送自己的長地址，短地址的信息給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器收到信息以后通過USB接口傳給電視機(jī)。整個系統(tǒng)開始進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。
3 協(xié)凋器的作用
協(xié)凋器在整個網(wǎng)絡(luò)中起到一個中樞作用，連接作為上位機(jī)的電視機(jī)，通過USB接口通信接收電視機(jī)的命令并把接收到的命令進(jìn)行分析，根據(jù)解析來的命令，按照本系統(tǒng)設(shè)計的智能家居的協(xié)議發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點，并接收兒幾個終端節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，然后發(fā)給電視機(jī)。具體流程請看流程圖：
圖2 電視機(jī)發(fā)送命令讓協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)
4 電能計量統(tǒng)計模塊的工作流程
電能計量模塊是基于CSE7780芯片、RX8025、BL8023和CC2530芯片構(gòu)成的一個具有電量計量、RTC時鐘和ZigBee通信的模塊，這個模塊具有一個主要的功能：l把測量的電量實時的測量出來并上傳給協(xié)調(diào)器。2 把測量的數(shù)據(jù)保存在EEPROM里面，根據(jù)電視機(jī)的要求，查看一個月每天電量的信息或查看一年電量的信息讀取出來上傳給電視。3 進(jìn)行RTC計時，給整個模塊提供一個時間信息。從協(xié)調(diào)器接收到定時的時問信息，按照解析的時間驅(qū)動BL8023繼電器的芯片,控制繼電器的開或者關(guān)，以此來達(dá)到定時的目的。
圖3 電視機(jī)上電能計量的UI界面
5 紅外控制模塊的工作流程
在電視機(jī)上點擊按鍵發(fā)送控制遙控器的指令到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器收到指令以后發(fā)送給終端，終端接收到指令以后按照物聯(lián)網(wǎng)電視的通信協(xié)議開始解析數(shù)據(jù)，把解析出來的指令重新按照機(jī)器的控制指令重新進(jìn)行數(shù)據(jù)組合，然后利用紅外發(fā)射的功能把數(shù)據(jù)發(fā)送給空調(diào)的遙控器來控制空調(diào)工作。如果空凋沒有動作，就重新發(fā)送一次控制空調(diào)的指令，紅外發(fā)射的載波是38K的載波，本模塊使用的是32M的晶振，占空比是1／3，主體的工作細(xì)節(jié)見見圖3。
圖4 智能控制流程圖
6 安防監(jiān)控模塊的工作流程
首先使人體檢測模塊上電，經(jīng)過45秒鐘的電壓穩(wěn)定時間，使這個模塊加入到ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，然后在電視機(jī)上啟動安防監(jiān)控開始命令，攝像頭就會打開，同時發(fā)送進(jìn)入安防模式給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收到命令以后，把命令發(fā)送給終端，終端接收到命令以后就開始啟動系統(tǒng)安防模式后，需要延時60～120秒才能進(jìn)入正常檢測狀態(tài)，以便用戶離開監(jiān)測現(xiàn)場，防止誤報。系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控模式以后，如果有人經(jīng)過，就會產(chǎn)生一個中斷，而且這個中斷須大于20毫秒，如果小于20毫秒說明是干擾，當(dāng)中斷產(chǎn)生以后，終端就會按協(xié)議發(fā)送一次有人的警告命令給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器收到命令以后就發(fā)送給電視機(jī)，電視機(jī)收到命令以后就開始控制攝像頭開始錄像，終端每2秒鐘發(fā)送一次有人的警告命令，持續(xù)6秒鐘，如果在這6秒鐘之內(nèi)，再次有中斷產(chǎn)生，那么有人警告的6秒鐘時間就會刷新，重新計時，終端仍然是每2秒發(fā)送一次：如果6秒的有人警告時間之內(nèi)沒有再次發(fā)生有人中斷，就會進(jìn)入6秒鐘的無人警告模式，中斷就會每2秒鐘發(fā)送一次無人的警告命令給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器發(fā)送給電視機(jī)，攝像頭仍然繼續(xù)錄像，如果在6秒鐘的無人警告時間內(nèi)，再次發(fā)生有人的中斷，就會重新進(jìn)入6秒鐘的有人警告模式，攝像頭仍然持續(xù)的錄像，如果6秒鐘的無人警告時間結(jié)束都沒有有人中斷產(chǎn)生，那么終端就不會在發(fā)送無人的協(xié)議命令給協(xié)調(diào)器，當(dāng)電視機(jī)收到三次無人命令信息以后就關(guān)閉攝像頭的錄像功能。
7 小結(jié)
基于ZigBee無線模塊的物聯(lián)網(wǎng)電視智能家居系統(tǒng)相對于WIFI，藍(lán)牙等其他的無線通信系統(tǒng)來說相對簡單些，但是其本身還是比較復(fù)雜的，通過搭建起來整個物聯(lián)網(wǎng)電視的結(jié)構(gòu)框架和通信協(xié)議，通過幾個典型的智能家居的功能來把整個物聯(lián)網(wǎng)電視的智能家居的具體的工作流程、開發(fā)細(xì)節(jié)以及整個的框架展現(xiàn)給讀者，本設(shè)計經(jīng)過實際的開發(fā)，已經(jīng)可以達(dá)到演示的效果。智能家居不僅僅是著眼于未來，一切智能化，還要著眼于現(xiàn)在，把現(xiàn)在正在使用的不是智能化的家用電器智能化，做智能家居的宗旨是使家庭生活更舒適，更安全，更方便。