隨著經濟不斷發(fā)展和電子信息產業(yè)的不斷進步,，智能居家系統(tǒng)早已引起了人們的注意。國外智能家居產品主要注重于家庭內部的功能實現(xiàn),，主要是兩種產品：以安全報警為主的系統(tǒng)和同時具有安防報警與家庭自動化功能的產品,，但它的價格比較高，在中國市場推廣時遇到了阻力,。在國內,，智能家居起步相對較晚發(fā)展都相對減慢，廠家的構成較為復雜,，技術實力也相差懸殊,，無法準確地評價其技術水平。雖然市場還沒有較好的展開,，但是我國的一些實力較強的公司已開始技術儲備,，越來越多的機構和個人開始了對智能家居的研究，因此我國智能家居的蓬勃發(fā)展指日可待,。本文所提出的家庭室內智能網(wǎng)絡系統(tǒng)" title="室內智能網(wǎng)絡系統(tǒng)">室內智能網(wǎng)絡系統(tǒng)整體以ZigBee" title="ZigBee">ZigBee無線通信技術為基礎,，以實現(xiàn)安防報警和家用電器遠程控制的功能。

1 關鍵技術
1．1 ZigBee
    ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡,，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡,，ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡基站。通訊距離從標準的75米到幾百米,、幾千米,，并且支持無線擴展。它的基礎是IEEE 802．15．4,，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)(PAN)工作組的一項標準,，被稱作IEEE 802．15．4技術標準。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應用規(guī)范,、應用會聚層、網(wǎng)絡層,、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成,。其技術的主要特點是：數(shù)據(jù)傳輸速率低，功耗低，成本低,，網(wǎng)絡容量大,，時延短，安全,，有效范圍小,，工作頻段靈活，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高,，以及很好的兼容性,。因此，ZigBee的主要應用領域集中在了消費家用電子產品和傳感器網(wǎng)絡領域,。
1．2 JN5121模塊介紹
    本文中選擇的核心模塊是JN5121-Z01-M01,，它是JENNIC公司推出的一款應用兼容IEEE 802．15．4標準和ZigBee技術的收發(fā)芯片。JN512 1是一款兼容于IEEE802．15．4的低功耗,，低成本無線微型控制器,。該模塊內置一款32位的RISC處理器，配置有2．4 GHz頻段的IEEE 802．1 5．4標準的無線收發(fā)器,，64 KB的ROM,，96 KB的RAM，為無線傳感器網(wǎng)絡應用提供了多種解決方案,，同時高度集成化的設計簡化了總的系統(tǒng)成本,。
    JN5121內置的ROM存儲器集成了點對點通訊與網(wǎng)狀網(wǎng)通訊的完整協(xié)議棧；JN5121內置的RAM存儲可以支持網(wǎng)絡路由和控制器功能而不需要外部擴展任何的存儲空間,；JN5121內置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器減小了系統(tǒng)的功耗和處理器的負載,；JN5121支持晶振休眠和系統(tǒng)節(jié)能功能，同時提供了對于大量的模擬和數(shù)字外設的互操作支持,，讓用戶可以方便的連接到自己的外部應用系統(tǒng),。圖1為JN5121 內部結構示意圖。



2 系統(tǒng)整體設計
    家庭室內智能網(wǎng)絡系統(tǒng)主要包括家庭安全防范報警系統(tǒng)和家用電器自動控制系統(tǒng)兩大部分,。整體的設計框圖如圖2所示,。


    本系統(tǒng)采用多傳感器復合數(shù)據(jù)融合策略實現(xiàn)危險信號報警。傳感器節(jié)點會采集家庭環(huán)境的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理融合,，并上報給中心節(jié)點,。中心節(jié)點對傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)進行判斷，如果發(fā)現(xiàn)家庭環(huán)境數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常,，中心節(jié)點將會對相應的控制節(jié)點發(fā)送控制指令,。而控制節(jié)點根據(jù)這些指令啟動或者關閉家用電器，使家庭環(huán)境恢復到用戶滿意的程度,。路由節(jié)點使數(shù)據(jù)和指令在傳送過程中找到最佳的路徑,，準確快捷地達到目標,。由于采用無線通信技術，路由節(jié)點在網(wǎng)絡中的位置不會受到角度,、障礙物等因素的影響,，非常靈活。
    在中心節(jié)點發(fā)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)異常的同時,，它命令短信節(jié)點將數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡將環(huán)境數(shù)據(jù)以短信的形式報告給用戶,，使用戶掌握家中的環(huán)境情況。用戶還可以通過互聯(lián)網(wǎng)來對家中的智能網(wǎng)絡進行訪問,，并通過網(wǎng)絡來控制家中的電器,。系統(tǒng)所有節(jié)點的電源均使用微型電池。
2．1 傳感器節(jié)點
    本系統(tǒng)的傳感器節(jié)點采集光,、溫度,、濕度、光電,、液位,、電磁感應、壓力等信號,。這些傳感器節(jié)點被設置在用戶家中的窗,、門、廚房等位置,。傳感器節(jié)點的原理框圖如圖3所示,。


    傳感器采集到家庭環(huán)境的信號后，通過A／D轉換器轉換,，經過微處理器的數(shù)據(jù)融合處理,，再利用通信模塊對數(shù)據(jù)發(fā)進行發(fā)送。微處理器還負責對A／D轉換器和通信模塊工作的控制,。
2．2 路由節(jié)點
    由于家用電機眾多,，中心節(jié)點與傳感器節(jié)點和電器控制節(jié)點距離較遠。因此在它們之間加入了路由節(jié)點,，以保證信息能夠通過最佳的路徑,，準確快捷達到目的地。在本系統(tǒng)中,，路由器節(jié)點可以設置在用戶家中各個房間的鏈接處,。路由節(jié)點的作用是對接收到的數(shù)據(jù)或命令進行信號加強后找到最佳路徑之后再轉發(fā)。
2．3 中心節(jié)點
    系統(tǒng)初始化之后,，中心節(jié)點向各個子節(jié)點發(fā)送指令,，規(guī)定各類傳感器節(jié)點30 min發(fā)送一次采集的數(shù)據(jù)。在接收到由傳感器節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后,，中心節(jié)點先對數(shù)據(jù)進行分析,，判斷是否出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，立即向該異常節(jié)點附近節(jié)點發(fā)送要求數(shù)據(jù)的指令,，如
果該節(jié)點周圍節(jié)點數(shù)據(jù)也出現(xiàn)高于平均值的情況，則判斷為出現(xiàn)異常情況,。并根據(jù)具體的數(shù)據(jù),，例如溫度、光強,、濕度等,，來對相應的控制節(jié)點發(fā)送家用電器的操作命名，實現(xiàn)對家用電器的自動控制功能,。中心節(jié)點的位置一般設置在用戶家中的主室之中,，和PC主機應用RS 232
串口相連。中心節(jié)點的原理框圖如圖4所示,。

2．4 控制節(jié)點
    控制節(jié)點的功能是接受并執(zhí)行中心節(jié)點傳來的指令,。控制節(jié)點執(zhí)行的目標是用戶家中的家用電器,。為了能夠很好地實現(xiàn)這個目標,，控制節(jié)點在安裝時盡量靠近家用電器?？刂乒?jié)點的原理框圖如圖5所示,。

    通信模塊負責指令的接收與家用電器狀態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)送；控制模塊負責根據(jù)命令開啟或關閉家用電器,。

3 網(wǎng)關的設計
3．1 GSM短信
    系統(tǒng)的中心節(jié)點確定有家庭環(huán)境數(shù)據(jù)異常的同時,，中心節(jié)點會將異常的數(shù)據(jù)發(fā)送給短信節(jié)點，短信節(jié)點通過GSM網(wǎng)絡以短信的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的用戶手機中,，使異地手機用戶隨時監(jiān)測本地網(wǎng)絡動態(tài),。此時，短信模塊將接收到的ZigBee協(xié)議的數(shù)據(jù)解析,，然后封裝成符合GSM網(wǎng)絡協(xié)議的幀格式,，接入到移動通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)私有網(wǎng)絡與G網(wǎng)的協(xié)議轉換,，即完成GSM網(wǎng)關功能,。
3．2 互聯(lián)網(wǎng)
    本系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問。這就需要將ZigBee無線通信協(xié)議和常用的互聯(lián)網(wǎng)的TCP／IP協(xié)議互相轉換,。
    中心節(jié)點通過RS 232串口與用的PC主機相連,，PC主機通過網(wǎng)卡與互聯(lián)網(wǎng)相連。智能網(wǎng)絡通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機,，主機應用軟件將符合ZigBee協(xié)議的數(shù)據(jù)解析,，再封裝成符合TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包,，發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)中，這樣用戶就可以在遠程互聯(lián)網(wǎng)終端對智能網(wǎng)絡的情況進行查看,。同樣,，當用戶在遠程互聯(lián)網(wǎng)終端向家中的智能網(wǎng)絡下達命令時，主機應用軟件將符合TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包解析,，在封裝成符合ZigBee協(xié)議的數(shù)據(jù)包,，通過串口發(fā)送給家中的智能網(wǎng)絡。這樣就完成了用戶通過互聯(lián)網(wǎng)與家中智能網(wǎng)絡交互的目的,。
    軟件實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信的方法是應用C++語言采用Socket編程實現(xiàn)C／S模式,。

4 結語
    本系統(tǒng)采用無線、短距離,、自組織路由功能的AdHoc通信技術,，結合了各種傳感器采集技術，通信網(wǎng)絡技術,、定位技術,、硬件技術、軟件設計等,。形成具有定位,、溫度、濕度,、壓力,、紅外、入侵監(jiān)測等的復合感知,，然后控制各種電器設備工作,，滿足室內安全環(huán)境要求。智能網(wǎng)與Internet,、移動通信網(wǎng)可連接,，方便異地遙控。遠程監(jiān)控軟件運行在PC上,，顯示當前室內的環(huán)境參數(shù)和設備運行狀態(tài),，與Internet連接，遠程用戶可以通過Internet在遠程終端上監(jiān)控,。該系統(tǒng)兩節(jié)點之間直接通信距離不小于60 m,；連接Internet速度不低于100 Mb／s；本地到遠程視頻放映時間小于3 s,。