隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們希望即使在工作或外出時也能通過某種方式及時了解和控制家中的情況，伴隨著數(shù)字化家庭的普及，智能家居的遠(yuǎn)程控制已經(jīng)成為一種趨勢。傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)布線復(fù)雜、成本較高，因而沒有得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對住宅情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時管理，為用戶提供全方位的多功能服務(wù)，讓家居生活更輕松。

　　1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　該系統(tǒng)由多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、GSM網(wǎng)絡(luò)、HNMP模型、中央控制器和監(jiān)控者（手機(jī)）組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路為：

　　一方面，終端節(jié)點(diǎn)控制器采集數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到異常發(fā)生時，比如起火等，無線傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式組成網(wǎng)絡(luò)，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)多跳傳輸方式傳送到中央控制器，中央控制器通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報警短消息到戶主，通知戶主及時處理；另一方面，戶主通過手機(jī)控制家電，手機(jī)發(fā)送一條短消息到中央控制器，中央控制器接收到短消息以后對其進(jìn)行解析，并發(fā)送相應(yīng)命令到對應(yīng)的終端控制器；，終端控制器與HNMP管理工作站進(jìn)行信息交互后執(zhí)行相應(yīng)操作，控制家庭數(shù)字化電器設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案簡圖如圖1所示。

　　2  家庭網(wǎng)絡(luò)管理模型（HNMP）工作原理

　　圖1虛線上方給出了一個數(shù)字化家庭網(wǎng)絡(luò)的示例。在未來的家庭，大部分家庭信息設(shè)備都將是數(shù)字化設(shè)備。這些設(shè)備上運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，并通過各種不同的傳輸方式和家庭網(wǎng)關(guān)或相關(guān)的控制設(shè)備連接之后，再和Internet相連接，組成家庭數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。HNMP模型用于對家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制，它與SNMP模型相兼容。該模型包括四個部分：管理工作站、被管設(shè)備、信息管理庫（MIB）和管理協(xié)議。管理工作站運(yùn)行HNMP管理器，維護(hù)管理信息庫，并可改變被管設(shè)備的狀態(tài)，對它們進(jìn)行控制。被管設(shè)備是家庭中的各種信息設(shè)備，都運(yùn)行著一個HNMP代理模塊與管理工作站進(jìn)行通信。管理信息庫用于存儲描述各個被管設(shè)備的狀態(tài)和行為的各種參數(shù)。管理站向代理申請MIB中定義的數(shù)據(jù)，代理識別后，將管理設(shè)備提供的相關(guān)狀態(tài)或參數(shù)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MIB定義的格式，應(yīng)答給管理站，完成管理操作。

　　3  中央控制器的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)以AT89S52作為控制器，借助于XBee模塊和TC35I模塊分別設(shè)計(jì)ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)接口和GSM網(wǎng)絡(luò)接口。整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖2所示，單片機(jī)通過兩個串口（其中一個為模擬串口）和TC35I模塊、XBEE模塊連接，并設(shè)置了JTAG調(diào)試接口，RS232接口。

　　3.1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)外圍包括電源，晶振，按鍵，復(fù)位電路，報警電路，LCD顯示模塊，JTAG調(diào)試電路等部分。

　　3.2 Xbee/Xbee-PRO模塊電路設(shè)計(jì)

　　Xbee/Xbee-PRO模塊是MaxStream公司生產(chǎn)的符合IEEE802.15.4規(guī)范的ZigBee模塊。它提供了一種低成本，低功率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案。通過UART接口，非常容易和單片機(jī)進(jìn)行連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時還選用三個不同顏色的LED指示燈，紅色指示燈表示接收信號的強(qiáng)度；黃色指示燈表示模塊當(dāng)前的狀態(tài)是數(shù)據(jù)模式還是AT命令模式；綠色指示燈是電源指示燈。圖3是我們利用MaxStream公司提供的用于配置XBee/XBee-PRO模塊的編程軟件X-CTU讀出的模塊參數(shù)圖。

　　4  無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)主要是由若干無線傳感器節(jié)點(diǎn)、無線執(zhí)行機(jī)構(gòu)、家居無線控制中心組成，其中無線傳感器節(jié)點(diǎn)分布于需要監(jiān)測的區(qū)域內(nèi)，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理和通信等工作；無線執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)啟動聲光報警、攝像監(jiān)控等功能；家居無線控制中心處理、轉(zhuǎn)發(fā)來自無線傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，并且與GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)中主要通過傳感器節(jié)點(diǎn)采集室內(nèi)溫度、可燃?xì)怏w濃度、室內(nèi)光線強(qiáng)度、感應(yīng)人體波長，以達(dá)到檢測室內(nèi)環(huán)境以及有無非法闖入。

　　傳感器節(jié)點(diǎn)的程序主要由主程序、無線通信子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、時鐘控制子程序、人機(jī)交互子程序等部分組成。主程序執(zhí)行完各個模塊的初始化后，進(jìn)入主循環(huán)等待產(chǎn)生中斷，傳感器節(jié)點(diǎn)主要處理睡眠程序、喚醒程序、接收到數(shù)據(jù)等待中斷。

　　5  GSMMODEM與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)中單片機(jī)和GSMMODEM采用SIMENS公司的TC35i,該模塊通過串口相連，用戶手機(jī)通過GSM網(wǎng)絡(luò)與GSMMODEM進(jìn)行通信，單片機(jī)通過解析串口命令實(shí)現(xiàn)對外圍器件的控制。單片機(jī)與GSMMODEM的軟件接口通過AT指令完成。

　　5.1 系統(tǒng)收發(fā)短信時序圖

　　（1）發(fā)送短消息時序

　　單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)傳送給用戶手機(jī)時，單片機(jī)會首先向GSMModem發(fā)出AT+CMGS=“number”指令，然后等待GSMModem的反饋信息，如果正確，隨即向用戶手機(jī)發(fā)送短消息，當(dāng)GSMModem檢測到結(jié)束標(biāo)志時，返回OK,即代表發(fā)送成功。

　　（2）接收短消息時序

　　用戶向單片機(jī)發(fā)送消息時，首先是檢測新短消息指令CMTI,當(dāng)檢測到有新短消息時，單片機(jī)發(fā)出CMGR指令，閱讀短消息。由于SIM卡容量有限，所以讀取完一條新短消息后，隨即調(diào)用刪除短消息的子程序CMGD。

　　5.2 串口通信協(xié)議

　　當(dāng)接收到手機(jī)短信時，TC35i的RI引腳會變成低電平，單片機(jī)可以監(jiān)測此引腳的電平變化來判斷是否接收到短信。為防止收到其他短信引起程序混亂，需要對程序設(shè)置一些標(biāo)識符，即規(guī)定發(fā)送短信到控制器的格式。其格式如下表所示：

　　開始標(biāo)志（一個字節(jié)）：本設(shè)計(jì)中規(guī)定的開始標(biāo)志為0X1A,如果收到規(guī)定的字頭，即表示開始接收數(shù)據(jù)包。

　　操作類別標(biāo)識符（一個字節(jié)）：操作類別包括查詢、打開、關(guān)閉三種操作，依次用QRY、ON、OFF表示。

　　查詢值或報警標(biāo)志（一個字節(jié)）：查詢值為返回的溫度值，此時電器編號為FF;報警標(biāo)志為Alarm。

　　電器編號（一個字節(jié)）：電器編號的范圍是00-99,可以接入100種家用電器。

　　結(jié)束標(biāo)志（一個字節(jié)）：結(jié)束標(biāo)志為字符0X1B,若收到此字符則表示發(fā)送完成。

　　5.3 試驗(yàn)結(jié)果

　　該設(shè)計(jì)中串口設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，也是重要的一個環(huán)節(jié)。在硬件設(shè)計(jì)時，加入了RS232接口連接PC,借助與串口調(diào)試助手，可以觀察到單片機(jī)和TC35i的數(shù)據(jù)收發(fā)情況。GSM模塊與串口建立連接如圖5所示，我們可以通過AT指令獲取GSM模塊參數(shù)。

　　6  結(jié)語

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的高速發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求不斷提高“信息化”的概念被引入到了住宅的建設(shè)當(dāng)中，并由此掀開了家庭信息化和智能化的新篇章。隨著各種新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，智能家居也在動態(tài)變化中不斷向前發(fā)展。該系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種多功能服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理，讓家居生活更輕松。