智能

家庭室内智能网络系统设计

1 关键技术

1.1 紫蜂

ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络,类似于CDMA和GSM网络,ZigBee数据传输模块类似于移动网络基站。 通讯距离从标准的75米到数百米、数千米,并支持无线扩展。 其基础是IEEE 802.15.4,这是IEEE无线个人区域网络(PAN)工作组的一个标准,称为IEEE 802.15.4技术标准。 完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。 其技术的主要特点是:数据传输速率低、功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全、有效范围小、工作频段灵活、数据传输可靠性高、兼容性好。 因此,ZigBee的主要应用领域集中在消费家用电子和传感器网络领域。

1.2 JN5121模块简介

本文选用的核心模块是JN5121-Z01-M01,它是JENNIC推出的一款应用兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee技术的收发芯片。 JN512 1是一款兼容IEEE802.15.4的低功耗、低成本无线微控制器。 该模块内置32位RISC处理器、2.4 GHz频段IEEE 802.1 5.4标准无线收发器、64 KB ROM和96 KB RAM,提供广泛的无线传感器网络应用。 多种解决方案,同时高度集成的设计简化了系统总成本。

JN5121内置ROM存储器,集成了点对点通信和网状网络通信的完整协议栈; JN5121内置RAM存储,无需外部扩展任何存储空间即可支持网络路由和控制器功能; JN5121内置硬件MAC地址和高度安全AES加密算法加速器,降低系统功耗和处理器负载; JN5121支持晶振休眠和系统节能功能,并为大量模拟和数字外设提供互操作支持,让用户轻松连接到自己的外部应用系统。 图1是JN5121内部结构示意图。

JN5121

2 系统总体设计

家庭室内智能网络系统主要包括家庭安防报警系统和家电自动控制系统两部分。 总体设计框图如图2所示。

整体的设计框图/

系统采用多传感器复合数据融合策略实现危险信号报警。 传感器节点将收集家庭环境的数据,进行数据处理和融合,并向中心节点报告。 中心节点对传感器节点上报的数据进行判断。 如果发现家庭环境数据异常,中心节点将向相应的控制节点发送控制指令。 控制节点根据这些指令启动或关闭家用电器,使家庭环境恢复到用户满意的水平。 路由节点使数据和指令在传输过程中找到最佳路径,准确、快速地到达目标。 由于采用无线通信技术,路由节点在网络中的位置不会受到角度、障碍物等因素的影响,非常灵活。

当中心节点发现环境数据异常时,命令短信节点通过GSM网络以短信的形式将环境数据上报给用户,以便用户及时掌握家中的环境情况。 用户还可以通过互联网接入家里的智能网络,通过网络控制家里的电器。 系统中的所有节点均由微型电池供电。

2.1 传感器节点

该系统的传感器节点采集光、温度、湿度、光电、液位、电磁感应、压力等信号。 这些传感器节点安装在用户家中的窗户、门、厨房和其他位置。 传感器节点框图如图3所示。

传感器节点的原理框图/

传感器采集到家庭环境的信号后,通过A/D转换器进行转换,并通过微处理器对数据进行融合和处理,然后通过通信模块将数据发送出去。 微处理器还负责控制A/D转换器和通信模块的工作。

2.2 路由节点

由于家用电机数量较多,中心节点距离传感器节点和电器控制节点较远。 因此,在它们之间添加路由节点,以保证信息能够通过最佳路径准确、快速地到达目的地。 在该系统中,可以在用户家中各个房间的链路上设置路由器节点。 路由节点的作用是加强接收到的数据或命令的信号,并在转发之前找到最佳路径。

2.3 中心节点

系统初始化后,中心节点向各子节点发送指令,规定各传感器节点每30分钟发送一次采集到的数据。 中心节点接收到传感器节点发送的数据后,首先对数据进行分析,判断数据是否异常。 如果数据也高于平均值,则判断为异常。 并根据具体的数据,如温度、光照强度、湿度等,将家电的操作名称发送到相应的控制节点,从而实现家电的自动控制功能。 中心节点的位置一般设置在用户家中的主房间,并使用RS 232串口与PC主机连接。 中心节点的功能框图如图4所示。

中心节点的原理框图/

2.4 控制节点

控制节点的作用是接受并执行来自中心节点的指令。 控制节点执行的目标是用户家中的家用电器。 为了很好地实现这一目标,控制节点安装得尽可能靠近家用电器。 控制节点的功能框图如图5所示。

控制节点的原理框图/

通讯模块负责接收指令并发送家电状态数据; 控制模块负责根据命令打开或关闭家用电器。

3 网关的设计

3.1 GSM短信

当系统中心节点判断家庭环境数据出现异常时,中心节点会将异常数据发送至短信节点,短信节点将数据以以下形式发送至指定用户的手机:通过GSM网络发送短信,让异地的手机用户可以随时监控本地网络动态。 此时,短信模块对接收到的ZigBee协议数据进行解析,然后封装成符合GSM网络协议的帧格式,接入移动通信网络,实现专网与G网之间的协议转换。网络,即完成GSM网关功能。

3.2 互联网

该系统可以通过互联网访问。 这就需要将ZigBee无线通信协议和常用的互联网TCP/IP协议相互转换。

中心节点通过RS 232串口与PC主机连接,PC主机通过网卡连接互联网。 智能网通过串口向主机发送数据,主机应用软件对符合ZigBee协议的数据进行分析,然后封装成符合TCP/IP协议的数据包,发送到互联网上,以便用户可以在远程互联网终端监控智能网的数据。 检查情况。 同样,当用户从远程互联网终端向家里的智能网络发出命令时,主机应用软件会解析符合TCP/IP协议的数据包,将其封装成符合ZigBee协议的数据包,通过串口发送到家里的智能网络。 这就完成了用户通过互联网与家中智能网络交互的目的。

软件实现Internet通信的方法是使用C++语言和Socket编程实现C/S模式。

4 尾声

该系统采用具有无线、短距离、自组织路由功能的AdHoc通信技术,结合各种传感器采集技术、通信网络技术、定位技术、硬件技术、软件设计等,形成具有定位、温度的复合感知。 、湿度、压力、红外、入侵监测等,进而控制各种电气设备的工作,满足室内安全环境要求。 智能网络可连接互联网和移动通信网络,方便远程控制。 远程监控软件运行在PC机上,显示当前室内环境参数和设备运行状态,并连接互联网。 远程用户可以通过互联网在远程终端上进行监控。 系统两个节点之间的直接通信距离不小于60m; 互联网连接速度不低于100 Mb/s; 本地到远程视频放映时间小于3秒。