基於Android電視機的ZigBee智能家居系統設計

標籤：android   電腦技術   安防系統   網路連接   通訊技術   

智能家居是利用先進的電腦技術，嵌入式系統和網路通訊技術，將家庭中的各種裝置(如照明系統、環境監控、安防系統、網路家電)通過家用網路串連到一起的，自從美國在1984年真正的智能建築出現以後，國外已經有將近30年的研究曆史，而國內在這方面的研究就相對較晚，從2003年才逐步的應用於高端市場，而且標準不一。由於智能家居的系統具有安全、方便、高效、快捷、智能化等諸多的優點，從而使智能家居的開發建設成為21世界科技發展的必然趨勢。

    目前市場上使用的無線技術有很多，有藍芽，WLAN技術等，由於協議複雜，成本高，耗電等，所以在家用系統控制方面推廣是有很大困難的，所以本文提出的無線智能家居的設計是基於ZigBee無線模組技術的，因為ZigBee數傳模組低功耗，低成本，易於組網和維護，採用簇狀網路的同時會具有自愈性的獨特優點，可以克服意外導致的網路癱瘓的弊端。

1 系統的結構

本文設計的智能家居系統主要把智能家居分成三個大的部分，以具有Android系統的電視機作為上位機部分，以具有USB功能的CC2531晶片作為中樞傳輸部分(即USB-DONGLE)，以CC2530晶片作為終端控制模組，終端控制模組同時分成三個部分，即安防控制模組、智能控制模組和電能計量統計模組1所示。

 

圖1 整個系統設計的

2 系統的工作原理

2．1  通用的ZigBee無線模組的初始化

啟動硬體，進入初始化流程，首先是關閉所有的中斷，然後是硬體電路板相關的硬體裝置的檢驗並且配置系統時鐘，然後進行電壓穩定的檢測，設定ADC3為一個標準的工作電壓的值，通過電路板的ADCl讀取外部提供的電路板的工作電壓和ADC3比較看是否達到穩定工作的電壓，然後進行電路板IO口的初始化，堆棧歸零。如果電壓不穩定或者電池電量不足或者其他原岡導致的硬體電路無法工作，這裡就要進行不同方式的保護電路的複位，如果可以正常工作，那就開始配置IO口的基本工作狀態，接著進行硬體驅動層的初始化，裡麵包括：定時器的初始化、ADC初始化、DMA的初始化、LED的初始化等等。接著是非易失性快閃記憶體的初始化流程，擦除所有的NV地區，然後是MAC初始化，擴充地址的初始化，Z-STACK的全面檢查，如果某項存在或者不存在，則寫入NV裡面，然後是作業系統的啟動初始化，開啟中斷，電路板的最終使用值的配置，(把啟動的結果在液晶屏上顯示出來)，電能計量模組的初始化，紅外控制模組的初始化，定時模組的初始化，進入作業系統開始工作。

2．2整個網路的建立

首先是啟動電視機，開啟電視機上面智能家居的控制介面，發送加入網路的命令，開始建立整個智能家居的網路。ZigBee數傳模組協調器接收到命令以後，開始建立網路，當網路建立起來以後，在協調器允許加入的有效時間內，開始啟動ZigBee無線模組終端裝置，終端裝置發現網路，並發送加入網路的請求，協調器接收到加入網路的請求以後，開始確認資訊，發送確認加入網路，終端裝置接收到加入網路的確認請求以後，然後按照ZigBee協議，發送自己的長地址，短地址的資訊給協調器，協調器收到資訊以後通過USB介面傳給電視機。整個系統開始進入正常的工作狀態。

3 協凋器的作用

協凋器在整個網路中起到一個中樞作用，串連作為上位機的電視機，通過USB介面通訊接收電視機的命令並把接收到的命令進行分析，根據解析來的命令，按照本系統設計的智能家居的協議發送給相應的節點，並接收兒幾個終端節點上傳的資料，然後發給電視機。具體流程請看流程圖：

 

圖2 電視機發送命令讓協調器建立網路

4 電能計量統計模組的工作流程

電能計量模組是基於CSE7780晶片、RX8025、BL8023和CC2530晶片構成的一個具有電量計量、RTC時鐘和ZigBee通訊的模組，這個模組具有一個主要的功能：l把測量的電量即時的測量出來並上傳給協調器。2 把測量的資料儲存在EEPROM裡面，根據電視機的要求，查看一個月每天電量的資訊或查看一年電量的資訊讀取出來上傳給電視。3 進行RTC計時，給整個模組提供一個時間資訊。從協調器接收到定時的時問資訊，按照解析的時間驅動BL8023繼電器的晶片,控制繼電器的開或者關，以此來達到定時的目的。

 

圖3 電視機上電能計量的UI介面

5 紅外控制模組的工作流程

在電視機上點擊按鍵發送控制遙控器的指令到協調器，協調器收到指令以後發送給終端，終端接收到指令以後按照物聯網電視的通訊協定開始解析資料，把解析出來的指令重新按照機器的控制指令重新進行資料群組合，然後利用紅外發射的功能把資料發送給空調的遙控器來控制空調工作。如果空凋沒有動作，就重新發送一次控制空調的指令，紅外發射的載波是38K的載波，本模組使用的是32M的晶振，占空比是1／3，主體的工作細節見見圖3。

 

 

圖4 智能控制流程程圖

6 安防監控模組的工作流程

首先使人體檢測模組上電，經過45秒鐘的電壓穩定時間，使這個模組加入到ZigBee數傳網路內，然後在電視機上啟動安防監控開始命令，網路攝影機就會開啟，同時發送進入安防模式給協調器，協調器接收到命令以後，把命令發送給終端，終端接收到命令以後就開始啟動系統安防模式後，需要延時60～120秒才能進入正常檢測狀態，以便使用者離開監測現場，防止誤判。系統進入監控模式以後，如果有人經過，就會產生一個中斷，而且這個中斷須大於20毫秒，如果小於20毫秒說明是幹擾，當中斷產生以後，終端就會按協議發送一次有人的警告命令給協調器，協調器收到命令以後就發送給電視機，電視機收到命令以後就開始控制網路攝影機開始錄影，終端每2秒鐘發送一次有人的警告命令，持續6秒鐘，如果在這6秒鐘之內，再次有中斷產生，那麼有人警告的6秒鐘時間就會重新整理，重新計時，終端仍然是每2秒發送一次：如果6秒的有人警告時間之內沒有再次發生有人中斷，就會進入6秒鐘的無人警告模式，中斷就會每2秒鐘發送一次無人的警告命令給協調器，協調器發送給電視機，網路攝影機仍然繼續錄影，如果在6秒鐘的無人警告時間內，再次發生有人的中斷，就會重新進入6秒鐘的有人警告模式，網路攝影機仍然持續的錄影，如果6秒鐘的無人警告時間結束都沒有有人中斷產生，那麼終端就不會在發送無人的協議命令給協調器，當電視機收到三次無人命令資訊以後就關閉網路攝影機的錄影功能。

7 小結

基於ZigBee無線模組的物聯網電視智能家居系統相對於WIFI，藍芽等其他的無線通訊系統來說相對簡單些，但是其本身還是比較複雜的，通過搭建起來整個物聯網電視的結構架構和通訊協定，通過幾個典型的智能家居的功能來把整個物聯網電視的智能家居的具體的工作流程、開發細節以及整個的架構展現給讀者，本設計經過實際的開發，已經可以達到示範的效果。智能家居不僅僅是著眼於未來，一切智能化，還要著眼於現在，把現在正在使用的不是智能化的家用電器智能化，做智能家居的宗旨是使家庭生活更舒適，更安全，更方便。

基於Android電視機的ZigBee智能家居系統設計