・２０８・ 价值工程 基于ＺｉｇＢｅｅ的智能家居控制系统的设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｈｏｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺｉｇＢｅｅ 熊春宇ＸＩＯＮＧ Ｃｈｕｎ—ｙｕ；葛焱ＧＥ Ｙａｈ；孟浩天ＭＥＮＧ Ｈａｏ－ｔｉａｎ； 钱志恒ＱＩＡＮ Ｚｈｉ—ｈｅｎｇ：孙文通ＳＵＮ Ｗｅｎ—ｔｏｎｇ；王一ＷＡＮＧ Ｙｉ （大庆师范学院物理与电气信息工程学院，大庆１６３７１２） （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｑｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ １６３７ １２，Ｃｈｉｎａ） 摘要：基于ｚｉｇｂｅｅ无线传输技术，设计出一种智能家居控制系统。以Ｃ８０５１Ｆ１２０高性能微处理器为核心，采用ＺｉｇＢｅｅ通信芯片 ＣＣ２４３０组网，实现照明控制、窗帘控制、室温控制、湿度控制、可燃气泄漏监测、火灾监测、溢水监测和非法闯入报警功能。整个系统采 用ＺｉｇＢｅｅ无线组网技术，不用单独布线，在原有的家居上安装控制设备，不需要重新进行装修 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｈｏｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＺｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ Ｃ８０５ １Ｆ１２０ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｈｉｐ ＣＣ２４３０．Ｉｔ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｕｒｔａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｇａｓ ｌｅａｋａｇｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｆｉｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｏｖｅＩ￣ＯＷ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｉｌｌｅｇａｌ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ａｌａｒｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｓ ＺｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ，ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｒｅｑｕｉｒｅ ｒｅ－ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ ｏｒ ｓｅｐａｒａｔｅ ｗｉｉｎｇ．ｒ 关键词：智能家居；ＺｉｇＢｅｅ；ＣＣ２４３０；Ｃ８０５１Ｆ１２０ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ；ＺｉｇＢｅｅ；ＣＣ２４３０；Ｃ８０５１Ｆ１２０ 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１１（２０１３）１５—０２０８—０２ ０引言 能家居应运而生，通过管理平台，让家居生活更加安 协议和ＡＰＩ进行标准化，基于媒体访问控制层协议和 ＩＥＥＥ ８０２．１５．４标准定义的ＰＨＹ层规定了ＺｉｇＢｅｅ使 随着信息技术的飞速发展及人们生活水平的提高，智 ＩＥＥＥ ８０２．１５．４技术标准物理层来完成的技术标准。 全、舒适和高效。智能家居就是利用计算机技术、数字技 用的通信频率范围８６８／９１５ＭＨｚ和２．４ＧＨｚ，ＭＡＣ层使用 术、综合布线技术，目前人们对于家庭居住环境提出了更 ＣＳＭＡ—ＣＡ机制来控制无线电信道的访问。ＮＷＫ层为 高的要求，它将与家庭生活密切相关的等各子系统有机的 ＺｉｇＢｅｅ协议栈的核心部分，实现节点接入或离开网络、路 结合在一起，包括网络信息服务系统、家电控制系统、防盗 由查找及传送数据等功能。ＡＰＬ层包括了ＡＰＳ、ＺｉｇＢｅｅ设 报警系统等等。 备对象（ＺＤＯ）和制造商制订的应用对象。ＡＰＳ层负责维护 智能控制可以是本地控制或者远程控制，关键技术主 绑定表，根据服务和需求在两个绑定实体间传递信息。 要有智能控制及内部网络的组建两部分ｌｌ＿。远程控制是指 ＺＤＯ负责初始化或响应绑定请求及建立网络设备间 各种远距离控制，包括通过电话、手机、电脑等来实现，或 安全关系，并负责网络设备的发现，决定提供何种应用服 通过遥控器、定时控制器、集中控制器等来完成的控制项 务，还负责定义设备节点在网络中的角色翻。 目：直接通过网络开关实现对灯或其他电器的各种智能控 制，则被称为本地控制。一种基于ＺｉｇＢｅｅ无线组网技术的 ２系统总体设计 本文设计的智能家居控制系统主要由照明控制系统、 窗帘控制系统、室温控制系统、湿度控制系统、可燃气泄漏 智能家居控制系统，是本文主要讲述的家居控制系统。智 能家居内部网络的组建可以用有线网络或者是无线网络。 监测系统、火灾监测系统、溢水监测系统和非法闯入报警 系统部分组成，在原有的家居上安装控制设备，不需 １ ＺｉｇＢｅｅ技术简介 完整的ＺｉｇＢｅｅ协议栈由 物理层（ＰＨＹ）、媒体访问控制 层（ＭＡＣ）、网络层（ＮＷＫ）、应用 支持子层（ＡＰＳ）、由应用层 （ＡＰＬ）组成，如图１所示。 应用层（ＡＰＬ） 应用支持子层（ＡＰＳ） 网络层（ＮＷＫ） 媒体访问控制层（ＭＡＣ） 物理层（ＰＨＹ） 要重新进行装修，如图２所示。整个系统采用ＺｉｇＢｅｅ无线 ＺｉｇＢｅｅ技术霆一种双向无 线通讯技术，具有低成本、低速 率、低功耗、低复杂度、近距离 图１ ＺｉｇＢｅｅ协议栈结构 的特点，ＺｉｇＢｅｅ协议是ＺｉｇＢｅｅ联盟是一种无线局域网组 网、安全和应用软件方面的技术标准圜，它是一种对网络层 基金项目：大庆师范学院大学生创新创业训练计划项目：基于 ｚｉｇｂｅｅ的智能家居控制系统的设计（ＣＸ１２０５４ ｏ 作者简介：熊春宇（１９８３一），男，黑龙江大庆人，硕士，助教，研究方 向为电力电子与电力传动。 Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ・２Ｏ９・ 感器，当烟雾传感器监测到有烟雾时，控制器通过 图３ ＣＣ２４３０节点模块 ＧＳＭ模块给用户手机发送短信，同时启动声光报警，告知 室内人员逃离。 ２．７溢水监测系统在厨房和卫生间地面角落安装 测水电极，当发生跑水时，控制器控制关闭自来水 阀门，同时通过ＧＳＭ模块给用户手机发送短信，并启动 声光报警。 ＭＣＵ Ｃ８０５１Ｆ１２０是该模块的核心处理器，通过ＡＤ 对外接传感器的数据进行采集，它可以通过串行通讯接 口ＵＡＲＴ０与ＣＣ２４３０进行通讯，主频最高可以到达 １ｏｏＭＨｚ［４］。 ４结论 ２．８非法闯入报警系统当主人外出家中无人时，主 ＺｉｇＢｅｅ组网技术由于其自身的特点，今后将在智能家 居中有广泛的应用前景，在实现智能家居中具有得天独厚 人启动非法闯入报警开关。当红外探头检测到屋内有人活 的优势，本文基于ＺｉｇＢｅｅ组网技术，设计了一种智能家居 动，控制器通过ＧＳＭ模块给用户手机发送短信，并通 控制系统，可实现家庭居住环境控制和家居安全防护报 过小区总线向小区物业保安报警。 警，为现代人提供智能、舒适、安全的家居生活。 ３ ＺｉｇＢｅｅ组网的设计与实现 参考文献： ＺｉｇＢｅｅ组网采用ＣＣ２４３０芯片来实现。ＣＣ２４３０芯片 【１】顾理军．ＺｉｇＢｅｅ技术在智能家居网络中的应用研究［Ｊ］．重庆 是ｃｈｉｐｃｏｎ公司生产的系统芯片（ＳｏＣ）ＣＭＯＳ解决方案。这 电子工程职业学院学报，２０１１，２０（３）． 种解决方案能够提高性能并满足以ＺｉｇＢｅｅ为基础的 【２】江虹，刘骊．ＺｉｇＢｅｅ技术在智能家居控制器中的应用研究 ２．４ＧＨｚ ＩＳＭ波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结 【Ｊ］．云南大学学报：自然科学版，２００９，３１（Ｓ１） 合一个高性能２．４ＧＨｚ ＤＳＳＳ（直接序列扩频）射频收发器 【３】翟雷，刘盛德，胡成斌．ＺｉｇＢｅｅ技术及应用【Ｍ】．北京：北京航 核心和一块工业级小巧高效的８０５１控制器。ＣＣ２４３０的设 空航天大学出版社，２０ｏ７．计结合了８Ｋｂｙｔｅ的ＲＡＭ及强大的外围模块，有３种不同 的版本，分别对应３２／６４／１２８ＫＢ的闪存。 ［４］杨祥，赵荣阳，张远翼．基于ＺｉｇＢｅｅ的智能家庭系统控制 ＣＣ２４３０在单个芯片上整合了ＺｉｇＢｅｅ射频（ＲＦ）前端、 终端设计［Ｊ］．微计算机信息，２００９，２５（１—３）． ［５］李成大，张京，倪继烈．基于ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术的智能家 居系统【Ｊ］．电讯技术，２００７（０５）． 内存和微控制器。它使用１个８位控制器（８０５１），具 有１２８ＫＢ可编程闪存和８ＫＢ的ＲＡＭ，还包含模拟数字转 换器（ＡＤＣ）、几个定时器（Ｔｉｍｅｒ）、ＡＥＳ１２８协同处理器、看 【６］范卫东，黄越．ＺｉｇＢｅｅ技术在现代化教室照明系统中的应 用『Ｊ］．电气应用，２０１１（１ ｏ）． 【７ＩＮ燕灿，徐杜，蒋永平，邹小武。基于ＺｉｇＢｅｅ的楼宇监控系统 的应用设计『Ｊ］．仪器仪表用户，２ｏｌｏ（ｏ２）． ｆ８］司轶芳，孙曼利，王楠．基于无线传感器网络实现住宅的智 门狗定时器（Ｗａｔｃｈｄｏｇ ｔｉｍｅｒ）、３２ｋＨｚ晶振的休眠模式定 时器、上电复位电路（Ｐｏｗｅｒ Ｏｎ Ｒｅｓｅｔ）、掉电检测电路 （Ｂｒｏｗｎ ｏｕｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ），以及２１个可编程Ｉ／Ｏ引脚ｏ ＣＣ２４３０ 能和节能【Ｊ］．住宅科技，２ｏｌｏ（ｏ７）． 芯片采用０．１８ｐＬｍ ＣＭＯＳ工艺生产ｉ在接收和发射模式下， 【９】胡晓东，戴瑜兴．基于ＺｉｇＢｅｅ技术的智能家居控制系统设 电流损耗分别低于２７ｍＡ或２５ｍＡ。ＣＣ２４３０的休眠模式及 计『Ｊ］．１氏压电器，２ｏｏ８（１ ４）．
