一种基于ZigBee和WiFi技术的智能家居系统

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　　本文设计了一种基于ZigBee技术的智能家居系统，详细介绍了系统的整体构架，给出了硬件设备和软件的实现方法。相对于传统的智能家居系统而言，本设计结构简单、成本较低、便于扩展且避免了复杂的布线问题；同时因智能手机软件的加入，使整个系统的操作变得更加便利，用户体验度提高。基于ZigBee底层控制板的通用性，用户能够根据需求改变节点的功能，更加人性化。总体来说，本系统具有良好的实用性、稳定性和安全性，很适合在家庭、公司等场合使用。

　　居住面积不大的家庭用星形网有较高的性价比，如果居住面积较大则用网形网络会有更好的效果。本智能家居系统选用星形网络建立拓扑结构。

　　本设计中采用了晨讯科技的GSM／GPRS模块SIM300。SIM300是小体积即插即用模组中完善的GSM／GPRS解决方案，它内嵌强大的TCP／IP协议栈，能够以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM300上电后自动附着在GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时收发远端用户设备和控制中心的数据。网关通过RS232串口与SIM300连接，并以AT指令控制其打电话、发短信。

　　ZigBee的网络拓扑结构主要有3种：星形、树形、网形。星形网结构简单，成本低，但是通信会受到距离的限制，覆盖范围小；树形网存在路由，所以覆盖范围比星形网要大，但是一旦某个路由发生故障，与其相连的节点就会从网络中断开；网形网结构较复杂，覆盖范围大，可靠性能较高。

　　子节点由环境数据采集、安防报警和家电控制3个类型组成。子节点初始化之后向协调器申请入网，申请通过后会被分配一个网络地址和一个独有的编号，接着子节点会开始与协调器进行数据信息交换。环境采集节点通过传感器周期性地采集温湿度、光照度以及空气质量等数据并将这些数据上传至协调器，若是某一数据超过了设定范围，便会发出相应的设备控制命令使之回到设定范围内。安防报警节点则包含玻璃破碎、烟雾、二氧化碳浓度、燃气、红外对射等传感设备，当某一节点触发了报警信息，则该节点会将此信息上传至协调器并启动警报。家电控制节点会将其连接的家电运行状况上传至协调器，并通过网关和协调器的控制命令对家电进行控制。

　　本设计中ZigBee模块分为射频收发模块和底层控制板两个部分。

　　5 结论

　　协调器是整个ZigBee网络的核心，负责整个ZigBee网络的建立、节点之间信息的传递以及和家庭网关交换数据。

　　通过Wi-Fi与家庭网关进行连接，用户不仅可以根据设定在手机软件上分房间查看各节点设备的工作状况和采集到的数据，而且还能直接通过手机软件对接入系统的家电进行控制。

　　其中，系统模式分为离家／在家、白天／夜晚和正常／睡眠6种。当选择离家模式时，系统会将所有的安防报警节点全部启用，并在触发报警后将报警短信发送至设定好的手机号码；选择在家模式时，系统会部分布防并通过警报器来报警；白天／夜晚模式通过光照度来自动切换，系统也会根据光照度来对窗帘进行控制；在睡眠模式，家中的红外感应灯开始启用，并且设定为弱光避免刺激眼睛。

　　4 系统模拟测试

　　2 系统硬件设计

　　网关初始化之后可以接收来自手机端和触摸屏的命令及ZigBee协调器的数据，之后根据命令和对数据分析的结果通过ZigBee协调器向底层设备发送控制指令，并将底层设备的运行状态通过Wi-Fi发送至手机软件。网关的主程序流程图如图4所示。