0.設計摘要
　　與普通的家居相比，智能家居（Smart Home）不僅具有傳統的居住功能，能夠提供舒適安全、高品位且宜人的生活空間，還把原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式，甚至為各種能源支出節約資金家居。無線監控問題是當今國際建筑智能化領域的前沿性研究課題。無線傳感網絡的出現克服了家庭中布線的煩瑣，充分體現了智能家居系統的靈活、方便、高效。本項目研究開發了基于ZigBee技術和Internet技術的智能家居監控系統，將Internet的遠程監控與ZigBee短距離控制相結合，實現系統的家居無線控制和數據采集，避免了綜合布線，可擴展性好。
　　整個智能家居監控系統能夠對家用電器的完成開關量的控制，還能夠對三表（水表、電表、燃氣表）進行無線抄表，最重要的是可監測來自家庭安防傳感器（火警、煤氣泄露）的數據，以備物業等部門監控。通過測試后，證實了設計方案的正確性，結果滿足系統設計要求，該設計具有一定的新穎性和實用性。本項目針對目前人們對居住環境的要求越來越高，同時家用設施的管理和安全亟待改善的迫切需要，設計了一種基于嵌入式無線通信技術的智能家居監控系統，以便能夠對小區中各家各戶的各種情況（煤氣泄露、火警等）進行監控，而且還可以對家居設施進行控制。此外，物業管理單位也可以通過此系統為小區居民提供更為方便、人性的服務。
　　1.系統原理
　　本課題首先進行系統總體設計，結合底層ZigBee無線傳感網絡的特點和系統總體網絡監控的要求，將該系統設計分為四部分：無線傳輸模塊、數據處理模塊、以太網傳輸模塊、上位機顯示界面。然后對ZigBee協議標準做了全面地研究分析，同時給出了基于CC2430的無線傳輸模塊的軟硬件設計和星型網絡搭建，并給出了測試結果。接著設計了基于PIC32的數據處理模塊，給出了硬件電路和外圍輔助電路設計方案，并為其移植了實時操作系統uC/OS-II。本設計完成了基于DP43848C的以太網傳輸模塊設計和系統的以太網通信程序的設計，實現了從底層ZigBee無線傳感網絡的數據采集最終到監控機的數據傳輸并測試成功。最后在VC++6.0環境下，應用Windows Sockets套件接口開發顯示界面對底層采集的數據分類顯示。
　　
　　圖1 系統設計結構圖
　　如上圖1所示，本設計主要分為以下部分：
　　（1）無線傳輸模塊：基于CC2430芯片（包括無線收發及傳感器）設計無線傳感網絡模塊，并完成各節點模塊的軟件編寫和節點間通信調試。
　　（2）數據處理模塊：基于PIC32芯片設計數據處理模塊，并完成程序編寫，同時在該系統上移植嵌入式實時操作系統uC/OSII。
　　（3）以太網傳輸模塊：利用網絡接口芯片DP43848C設計以太網通信模塊，并完成通信測試程序編寫。
　　（4）上位機顯示界面設計：利用VC++6.0基于WindowsSockcts編寫上位機界面程序，使經過數據處理模塊處理后的數據通過以太網上傳到上位機（PC機）界面上，實現統一管理。
　　1.1.智能家居監控系統中的ZigBee無線傳感網絡方案
　　ZigBee是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準研發的，有關組網、安全和應用軟件方面的技術標準。IEEE無線個人區域網工作組的IEEE 802.15.4技術標準是ZigBee技術的基礎。它采用跳頻技術，。使用的頻段分別為2.4GHz（ ISM ）， 868 MHz（歐洲）及915 MHz（美國），而且均為免執照頻段，有效覆蓋范圍為1075 m。所支持的數據傳輸速率為10Kb/s--250Kb/s。功耗低，在低耗電待機模式下，兩節普通5號干電池可以6個月到2年。網絡容量大，每個ZigBee網絡最多可支持255個設備。成本低。由于ZigBee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本。
　　要從以上這些無線射頻技術中選擇一種作為本設計的無線通信方案，需要考慮的是：該方案是否能夠滿足家庭網絡的成本要求，還有就是功耗和網絡容量能否滿足家庭要求。而這些問題在ZigBee技術面前都將不復存在。在智能家居系統中，將ZigBee無線傳感網絡技術應用于家庭網絡己成為趨勢。這不僅僅是因為ZigBee無線傳感網絡可以提供更大的靈活性、流動性，省去花在綜合布線上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網絡的通訊特點。所以本智能家居監控系統采用ZigBee技術作為智能家居中無線傳感網絡的設計方案。
　　本智能家居監控系統中的無線傳感網絡采用星型連接，主要包括了一個家庭網關以及若干個無線通信子節點。家庭網關上有一個無線收發模塊（主節點FFD ），而其他的無線通信子節點則作為End Device安放在家用電器、三表和安防傳感器上，通過這些無線收發模塊，數據就在主節點和子節點之間進行傳輸。智能家居中的無線傳感網絡結構如下圖2 所示。
　　
　　圖2 智能家居中的無線傳感網絡結構
　　1.2.智能家居監控系統中的有線網絡方案
　　在單個家庭中的網絡連接可以選用無線傳感網絡，而如果要對整個一棟大樓、一個小區進行統一化的管理，無線傳感網絡的優勢就不那么明顯了，而且對于整個小區的網絡來說，它所承載的數據流量就很大了，對于無線傳感網絡這種低通信速率網絡來說是不合適的。
　　以太網是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。它連接方便，可屏蔽干擾，通信速率可達10/100/1000Mbps以上，而且成本低廉。目前大部分的小區都要寬帶網，因此集中網絡管理采用比較流行的而且易于實現的以太網連接具有良好的性價比。
　　在本課題中，家庭網絡部分采用無線傳感網絡來監控，無線采集協調器再將采集的數據發送到數據處理模塊，最后經過處理后的數據將通過以太網傳輸到上位機上。

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