第４１卷第１期 天 津 科 技 、，ｏｌ＿４１ ＮＯ．１ Ｊａｎ．２０１４ ２０１４年１月 ＴＩＡＮＪＩＮ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ 信息时代 基于物联网的智能家居研究 许 珊 ，石 磊 （１．天津渤海职业技术学院天津３００４０１；２．天津市龙洲工控设备有限公司天津３００４０１） 摘要：伴随着物联网技术的不断发展和人们对现代物质生活水平要求的不断提高，近年来人们的家庭住宅观念发 生了很大的改变，智能家居逐步替代原有的家居观成为现代化住宅发展的必然趋势。这是一项关于自动控制、无线 通信、无线连接等多个学科相交叉的研究课题。以物联网的发展为背景，通过学习研究物联网的相关技术，应用于 智能家居系统，便于用户利用ＧＰＲＳ、ＺｉｇＢｅｅ等相关技术实现家居远程控制。 关键词：物联网 智能家居ＺｉｇＢｅｅ ＧＰＲＳ远程控制 中图分类号：ＴＰ３７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６．８９４５（２０１４）０１．００２９．０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｍａｒｔ Ｈｏｍｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ＸＵ Ｓｈａｎ ，ＳＨＩ Ｌｅｉ （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｂｏｈａｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４０１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｌｏｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４０ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩＯＴ）ａｎｄ ｇｒｏｗｉｎｇ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｎ ｌｉｖｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｎ ｔｏｄａｙ’Ｓ ｓｏｃｉｅｔｙ，ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ａｎ ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｍｏｄｅｍ ｄｗｅｌｌｉｎｇ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅ ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ ｅｆｆｏｒｔｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．Ｒｅ— ｖｉｅｗｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＯＴ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｏｆｆｅｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｃｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＧＰＲＳ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ，ｉｎｔｏ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆＴｈｉｎｇｓ（１ＯＴ）；ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ；ＺｉｇＢｅｅ；ＧＰＲＳ；ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ０引 言 智能家居这种概念早在２０世纪的８Ｏ年代初就 以“住宅电子化”被提出，到了８０年代末提出了“住 宅智能化”也就是现在我们所说的“智能家居”的 原型。智能家居是一个以住宅为平台安装智能家居 系统的居住环境。它的研究与设计将优化人们的生 活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安 中涉及的关键技术中，无线传感网（传感器网关、传 感器）、中间件、客户端软件、用户卡鉴权和安全、远 距通信（移动网／互联网等）、安全和隐私、智能处理技 术（云计算等）已经广泛应用。 １ 智能家居系统设计方案 我们应用智能家居系统采用ＧＰＲＳ技术和短消 息的方式来实现无线传输短消息，并且控制器将把短 消息分析翻译成为可以识别的命令编码。这样可以 通过手机操控的方式来实现家居监控。接人ＧＰＲＳ 的好处是可以满足部分网络普及不高的地方，利用手 机对家庭进行监控可以弥补一般智能家居控制器操 作距离短、地域的问题。对系统进行控制以短消 息的方式实现，既提高了效率又降低了成本，还能达 到远程控制，如图１所示。 全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。 ２００９年１月ＩＢＭ公司提出“智慧地球”的理 念，同年８月在中科院无锡高新微纳传感网工 程技术研发中心视察工作时，提出了“感知中国”。 与此同时，物联网被预言为继计算机、互联网及移动 通信网之后的世界信息产业的第三次技术变革浪 潮。物联网体系架构中３个层次所涉及的关键技术 是物联网最终实现并得以实施的重要保证。物联网 收稿日期：２０１３．１２．０９ 天 津 科 技 第４１卷第１期 ／ 家电控 Ｚｉｇｂｅｅ ｅ 制橙操 模块 块 模块 俣坎 图１系统总体结构图 Ｆｉｇ．１ Ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ２应用技术分析 ２．１ ＧＰＲＳ技术 利用ＧＰＲＳ技术可以实现智能家居控制系统与 丫国 用户手机通信。ＧＰＲＳ网络是在现有的ＧＳＭ网络的 基础之上引入了ＳＧＳＮ、ＰＣＵ和ＧＧＳＮ。在本套系统 中，选用了ＴＣ３５ｉ，它支持Ｔｅｘｔ和ＰＤＵ格式的 ＳＭＳ。 系统的工作原理：当系统开始运行时，ＭＣＵ在 监测端口侦听报警信号同时接收ＧＳＭ网络传来的 短信控制指令。如果系统的监控传感器发现了危险 情况，将立即触发ＭＣＵ的外部中断，ＭＣＵ就向 ＴＣ３５ｉ发送ＡＴ指令，以此来实现ＴＣ３５ｉ向指定的用 户发送预先已存储好的报警短信。 ＴＣ３５ｉ模块接收用户发来的短信，会触发ＭＣＵ 串行中断，立即读取接收短信并进行分析处理，最后 对家用电器控制装置发出控制要求。短消息收发规 范ＧＳＭ ０７．０７规定了短消息命令。 ２．２无线传输技术 室内无线传输是采用ＺｉｇＢｅｅ射频芯片ＣＣ２４３０ 来设计的终端节点，利用家中覆盖的无线网络把相关 信息发送到总控器上。其中ＺｉｇＢｅｅ射频模块组网可 以满足信号的传输要求。ＣＣ２４３０模块是５ｌ内核单 片机的集成，在基于ＺｉｇＢｅｅ协议的基础上进行简单 编程，就传感器发出的数据进行分析、处理，然后发 送到主控制器，并对接收到的数据进行相关处理。 ２．３系统控制器技术 当用户发送短信息时，信号通过ＧＰＲＳ模块接收 并解析，传送到了家庭总控制器中进行命令解析和响 应。这个部分我们选用的总控制器是ＡＴ８９Ｓ５２。 ＡＴ８９Ｓ５２是一种高性能、低功耗的ＣＯＭＳ ８位微控 制器，具有８ ｋ Ｆｌａｓｈ存储器。其使用Ａｔｍｅｌ公司高密 度、非易失性存储器技术制造而成，与工业８０Ｃ５ １产 品的引脚和指令完全兼容，亦适于常规的编程器。 ３智能家居的系统设计 本智能家居监控系统是基于ＡＴ８９Ｓ５２芯片作为 总控制器来进行开发和设计的。其主要任务是：接收 和处理各ＺｉｇＢｅｅ节点传来的信号及ＴＣ３５ｉ收发的信 号，并对其进行分类、解析并辨别信息的类型，做出 对应的处理。 ３．１选取主处理器 智能家居系统是为了实现对家中电器的开关控 制及安防的报警功能。需要处理的数据量不大且考 虑到经济成本问题，采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机作为主处 理器。与主处理器相连的ＺｉｇＢｅｅ芯片ＣＣ２４３０的内 部也集成了ＭＣＵ，起到了辅助处理的作用。 ３．２模块框架结构 ＧＰＲＳ模块采用ＴＣ３５ｉ，价钱相对比较便宜。在 设计结构上，不采用排线而采用插槽，这样就可以悬 空放置且不占用ＰＣＢ的面积，在其下面放置ＳＩＭ卡 槽和其他芯片电路。利用ＡＴ指令来完成ＧＰＲＳ短信 息接收和传送到主控制器中的工作。 ＺｉｇＢｅｅ模块的型号是ＣＣ２４３０，该芯片是 ２．４ ＧＨｚ射频系统单芯片，其延用了以往ＣＣ２４２０芯 片的架构，在单个的芯片上集成了ＺｉｇＢｅｅ射频前 端、内存和微控制器。模块的总体结构框图如图２所 示。 ＧＰＲＳ模块 主控中心 ＴＣ３５ｉ ＡＴ８９Ｓ５２ ＴＸＤ ＲＸＤ Ｚｂｉｇｅｅ￣ ＲＸＤ ＴＸＤ 图２模块结构框架图 Ｆｉｇ．２ Ｆｒａｍｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍｏｄｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 考虑到智能家居系统的处理器只有一个硬件串 Ｉ＝Ｉ，为了减少硬件成本，和ＺｉｇＢｅｅ部分连接采用模 拟串口方式通信。主要的电路由连接ＴＣ３５ｉ的外部 晶振电路、复位电路与ＡＴ８９Ｓ５２连接电路组成。 ＧＰＲＳ网络由ＴＣ３５ｉ负责建立，使外部和室内可以进 行通信，在接受外界的指令时将室内的情况及时发送 给外界。负责室内各家电及报警装置与主控制器无线 通信工作的是ＺｉｇＢｅｅ网络，其实际就是室内的一个 局部网络，ＺｉｇＢｅｅ协调器可以负责家中网络的正常 运行。 ２０１４年１月 许珊等：基于物联网的智能家居研究 ・３１・ 上接第２８页 参考文献 ［１］王朝华，陈德艳，黄国宏，等．基于Ａｎｄｒｏｉｄ的智能 家居系统的研究与实现［Ｊ］．计算机技术与发展， ２０１２（６）：２２５．２２８． ［２］ 胡伟．Ａｎｄｒｏｉｄ系统架构及其驱动研究［Ｊ］．广州广播电 视大学学报，２０１０（４）：９６．１０１．
