基于ZigBee的家居信息的监控平台设计

基于ZigBee的家居信息的监控平台设计

刘家明王鹤李高云

西北民族大学电气工程学院甘肃兰州730124

摘要：针对智能家居监控需求的巨大缺口，为了解决实时家居安全的问题，方便用户的家居的监控和管理，本文提出一种基于ZigBee的家居信息监控平台的设计方案。该方案硬件部分与ZigBee技术相结合，实现信息的采集与传输，当警情发生时手机端和PC端能及时产生预警机制，避免了不必要安全隐患的发生。方案的设计旨在提高家居的安全系数，满足家居监控的需要。

关键词：ZigBee技术；无线传感器网络；家居监控

1系统总体设计

1.1设计思路

本设计所实现的家居信息的监控平台以传感器为核心，通过Zigbee无线模块和移动终端完成对家居信息的采集与显示。首先利用传感器的采集系统完成室内温度、湿度、人体红外线、烟雾等信息的采集，然后利用数据转换模块完成了I/O口数据与串口数据的转换，再通过无线发送与接收模块完成数据的无线发、收，最终通过显示模块完成了显示传感器所采集的信息。系统硬件部分主要由路由器、ZigBee节点（终端与协调器）和PC端服务器构成。系统框图如图1所示：

图1系统总体架构图

1.2无线传感网络的设计

本系统需要借助由ZigBee模块构成的无线传感器网络实现，传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。该无线传感器网络采用星形拓扑结构由多个部署在监测区域内的微型传感器节点和一个协调器构成。协调器作为网络的核心，主导无线网络的建立。节点完成信息的采集，协调器将接收到的信息通过串口传输给上位机，同时接受并转发上位机发送的控制数据。其结构如图2所示。

图2无线传感器网络结构示意图

2系统硬件设计

系统实现功能需要各类硬件支持，在系统硬件选择中，要考虑功耗、成本、速率、时延、容量、安全性等关键要素。考虑到这些要求，这里选择CC2530芯片。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，其传输距离最高可达1~3km。业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其它强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB的闪存。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。

2.1终端节点模块设计

在网络节点硬件平台中，CC2530需要实现的功能以及外围模块主要有3个部分：通过A/D口控制传感器模块进行数据采集;控制无线RF模块完成数据收发;通过I/O口相应主机控制。传感器采集的数据也可通过I/O口与微处理器相连，通过RS232接口可实现网络节点与PC机的通信。

节点模块包括传感器模块、无线通信模块(包括处理器)和电源等模块组成。其结构如图3所示。

图3终端节点模块结构图

传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器负责控制整个传感器节点的操作：存储和处理自身采集的数据以及其他节点发来的数据；电源模块为传感器节点提供运行所需的能量。

终端节点在网络中负责采集数据和传递数据。通过传感器接节点采集家居信息的各项数据，数据经过处理器的处理后，通过RF收发器将数据发给中心节点，再由中心节点发送到基站。

2.2协调器节点模块设计

协调器节点模块主要是通过ZigBee网络的建立，实现指令的发送和数据的接收、转发。通过上位机与服务器进行通信。主要由以下几个模块组成:电源、射频天线、LCD显示模块;RS232通信模块和界面操作模块。其结构如图4所示。

图4协调器节点模块结构图

3系统软件设计

系统的整体软件设计主要分为两大部分：上位机代码设计与下位机代码设计。系统采用CC2530芯片提供的支持的免费ZigBee协议栈。采用C＃作为主编程语言、java和SQLserver为辅助编程语言进行系统软件设计开发。系统设计采用模块化的方法，利于后期的维护与升级，实现整个系统的软件设计。

3.1系统软件的功能模块设计

学生考勤系统的中央管理部分是由多个功能模块构成,即用户登录界面、家居信息查询模块和数据库管理模块等。用户登录模块主要实现使用者登录系统服务器，对家居信息进行查询与管理；家居信息查询模块主要实现对家居信息的调取，室内实时温度、湿度、烟雾和人体红外线感应情况显示在相关界面供用户参考；数据库管理模块实现对家居信息的添加、修改、删除、统计分析等功能，用户通过在系统服务器调用不同的指令，可实现相关的数据管理功能。各功能模块结构如图5所示。

图5系统功能模块结构图

3.2网页开发

网页使用AdobeDreamweaverCS6开发环境进行开发，AdobeDreamweaverCS6是美国MACROMEDIA公司开发的集网页制作和管理网站于一身的所见即所得网页编辑器，在设计网页方面，网页端逻辑结构方面与系统功能模块结构类似。“实时视图”现已使用最新版的WebKit转换引擎，能够提供绝佳的HTML5支持。可支持监控平台追求的实时传输信息功能。利用改良的多线程FTP传输工具节省上传大型文件的时间。更快速高效地上传网站文件，缩短制作时间。另外，使用更新的jQuery移动框架支持为iOS和Android平台建立本地应用程序。建立触及移动受众的应用程序，同时简化移动开发工作流程。

4结语

家居信息的监控平台主要是是利用传感器和ZigBee技术，通过传感器获取家居信息，利用ZigBee无线网络传输数据至系统服务器，用户通过网页和系统服务器查询考勤情况。本文对整个系统进行详细的理论分析和设计，整个系统功能强大、可移植性高、布线简单、易于维护与升级。本系统不仅局限于家居信息的监控，也适用于企业的库房管理、农业的智能温室等。ZigBee技术的应用前景是十分明朗的，成本和功耗方面的优势使其在市场中十分具有竞争力，相信随着技术的成熟，家居信息的监控平台将更加完善。

参考文献

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由西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助。