摘要：ZigBee技術以其低功耗、組網靈活、部署成本低等優點，在各個領域得到了廣泛的應用。該文提出一種以Tina6410和GSM通信模塊為平臺環境，基于ZigBee組網技術的智能家居監控系統。系統通過PIC單片機采集空氣質量、溫度和濕度等數據，建立Web服務，通過Internet網絡傳輸到用戶端，并通過GSM發送自動報警。用以滿足家居、辦公等室內環境的監控的無線、智能化。

隨著現代科技的發展和生活質量的提高，人們對住宅的要求，除了安全性、舒適性之外，更注重它的智能化與網絡化。美國最早提出了智能家居(Smart Home)的概念，國內很多企業也競相研究開發智能家居系統。家庭監控系統，作為智能家居系統里一個重要的應用，已經受到眾多企業和開發人員的關注。但是早期的系統系統大多采用有線連接方式，在裝修設計時候布線繁瑣、工程復雜，因此，開發基于無線通信的智能家居監控系統具有重大意義。

1 傳統家居監控系統

近幾年隨著電子技術、自動化控制技術及計算機通信技術的發展和融合，智能家居已經從概念提出的萌芽期到豐富產品設計的融合演變期，國內出現了一些知名智能家居品牌，如物聯傳感、海爾U—Home、智慧之家、云家等。智能家居中一個非常重要的應用，是家居安全監控，保障家居的安全性。

傳統的無線智能家居監控方案中，主要方案包括：采用藍牙、802.11無線局域網技術，但是編程實現復雜、芯片價格較貴;采用紅外控制方案，傳輸距離太短，遇到障礙物而無法傳輸，同時在建成的樓房進行安裝比較困難;采用控制終端與互聯網接入方案，其實現復雜難度高、可擴展性差，同時費用也比較高，這些技術的主要缺點有：

1)采用ZigBee技術組網傳輸，多數選擇的是“單片機控制+ZigBee芯片“方案，沒有模塊化的設計，傳輸天線設計麻煩而且信號穩定度不高。

2)采用的方案多數是同時存在多個控制端，互相之間的通信協議設計非常復雜，效率較低，同時主次監控端的功能區分不明確，有功能重復的部分。

3)采用的現有方案中，多數缺乏娛樂功能的開發。

4)采用的監控系統，添加監控模塊較為復雜，可拓展性較差。

因此，根據現有設計方案的狀況，設計一種靈活、可拓展性較強、組網與控制穩定的智能家居監控系統具有較好的實用價值。

2 無線監控系統設計

針對現有無線智能家居系統存在的主要缺點，本文提出一種無線、智能化的、主控端功能區分明確、傳輸信息穩定，且具有功耗低，硬件成本低廉，安裝方便的智能家居監控系統。

該系統包括與控制主機連接的ZigBee中心收發模塊，多個嵌入在家居設備、報警傳感器或家用電器之內的ZigBee節點模塊和控制電路模塊，ZigBee中心收發模塊與ZigBee節點模塊之間通過ZigBee協議路由無線發送數據;控制主機通過GSM發送報警信息，通過Interner網絡遠程監控家居環境，并具有家庭娛樂功能。

圖中相應代碼及其功能：

①紅外檢測部分;

②溫度檢測部分;

③濕度檢測部分;

④氣體檢測部分;

⑤GSM通信模塊;

⑥娛樂功能部分;

⑦7寸LCD液晶顯示器。

⑧ZigBee無線通信子模塊MRF24J40。

如圖1，基于ZigBee網絡的無線智能家居監控系統，其特征在于：主控端所述的控制主要硬件包括Tiny6410核心板、ZigBee模塊、GSM模塊和7寸電阻觸摸屏;用戶可以通過遠程的Internet服務器登錄到本系統中的主控制器界面上，實現遠程監控家居信息的功能，當家里有遇到什么危險或者是突發情況的時候，還可通過如圖所示的GSM模塊發送短

信通知給用戶的主人，所述的控制電路模塊為控制板電路模塊(即主控部分)，從控部分主要由ZigBee子節點、PIC18f4620和各個被控設備構成，接收ZigBee節點模塊發送的驅動信號，或者接收被控制設備的觸發信號，并將其傳遞給ZigBee節點模塊;所述的被控設備為紅外報警器、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧報警器。

3 系統組成與功能

系統設計的監控系統主要有兩大功能模塊：基于ZigBee技術組網的無線傳感器網絡和基于嵌入式ARM平臺的Web服務器。ZigBee無線傳感器網絡的主要功能是實現各子節點組網與信息傳輸，并及時向主控制終端反饋信息與狀態。以ARM內核Tiny6410硬件作為嵌入式平臺，建立Web服務器，支持TCP/IP協議，可以與外部網絡進行通信。用戶想要實時查詢家庭環境的信息，可以登陸Internet網絡，遠程訪問嵌入式Web服務器(即主控制界面)。

本系統主要實現以下功能：

1)紅外探測子節點負責環境變化的監測，遇到非正常狀態陌生人進入，節點發出觸發信號，底層控制器PIC18f4620芯片采集的相應數據，發送到網絡中的協調器子節點，同時通知嵌入式Web服務器并啟動通信模塊，通過GSM網絡往指定的手機用戶發送報警信息，用戶想及時了解家中的情況，也可以通過IE瀏覽器訪問嵌入式Web服務器，如圖1中的①、⑤部分。

2)系統溫度監測子節點實時監視室內溫度，上傳給主控制器Tiny6410并在液晶屏幕上實時顯示，主控制器可以設定溫度報警閾值，也可設定是否上傳給Web服務器，方便用戶查看。用戶如需遠程控制，主控制器Tiny6410接收到遠程控制信息，即產生控制命令字，通過串口與ZigBee協調器通信，再由ZigBee協調器發送給終端子節點，實現對室內溫度的實時調節，如圖1中的②、⑦部分。

3)系統設計的濕度子節點實時監測家中環境的濕度，用戶通過Internet網絡，登陸嵌入式Web服務進行數據查詢。同時濕度檢測子節點也可設定閾值，超過閾值會向主控制器發送報警信息，如圖1中第③部分。

4)煙霧檢測子節點帶有相應的煙霧傳感器，將采集的信號經過處理，通過ZigBee網絡傳送到主控板。系統可以實時監測家中一氧化碳氣體濃度，當檢測值超過設定的閾值時，子節點控制系統將迅速啟動排氣扇裝置，并通過GSM網絡向用戶手機發送報警信息，如圖1中第④、⑤部分。

5)所述的控制器是Tiny6410核心板，CPU允許速度快、功能強大，該模塊可擴展很多的娛樂功能，例如MP3、MP4具有豐富的家庭娛樂功能，如圖1中第⑥部分。

6)ZigBee技術具有組網簡單，可擴展性強的特點，所組網絡允許新節點的及時加入與管理，方便系統拓展新的監控模塊，具有安裝方便和成本低的優點。

4 系統軟件設計

系統主控芯片為ARM內核Tiny 6410控制器，負責整體系統的運行控制、驅動調配與界面管理;底層采用PIC公司的PIC18F4620控制器，驅動無線通信模塊，以ZigBee技術組網，負責主從節點間的通信，同時執行終端控制界面下達的任務。系統軟件設計的整體流程如圖2所示。

5 系統實際運行效果

系統采用虛擬QT進行實時人機界面的開發，它是一款GUI設計軟件，只需要在一個平臺上面設計好，即可在其它平臺上面直接移植運行，具有較好的平臺適應性。開發的應用程序清晰美觀，非常適合于嵌入式系統人機交互界面的開發。底層通過PIC單片機采集溫度、濕度等傳感器信息，通過ZigBee技術組網并傳送數據到人機交互界面，方便及時監控系統的運行狀態。系統基于ARM硬件平臺上的液晶界面運行效果如圖3所示。

6 結束語

本系統以Tina6410處理器為核心，采用PIC18f4620單片機采集底層數據，通過ZigBee技術組成無線網絡控制系統，并建立Web服務器通過Internet網絡傳輸到用戶端，同時可以通過GSM發送報警信息。本系統具有功耗低、組網方便、可拓展性強等特點，方便遠端進行實時監控，有良好的發展前景。