基于Zigbee和紅外的智能家居控制系統

[摘 要] 基于Zigbee技術的紅外類家居設備控制器，可以通過傳感器檢測溫度、濕度等信號來隨時控制家居設備的工作狀態，達到節能的目的，并支持手動操作和實時顯示。

[關 鍵 詞] Zigbee；智能網關；紅外控制器；傳感器

[中圖分類號] TN919 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）33-0121-01

隨著物聯網的興起和家電智能化的浪潮，消費者希望能夠簡便地將各種家居設備連接到一起，進行統一集中控制，并能進行遠程管理。而目前智能家居還沒有統一的規范和標準，各個廠家的設備難以互聯。本文通過結合Zigbee和紅外控制系統，實現了一套通用的智能家居控制系統。

一、總體設計方案

Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，并具有自組網能力。使用Zigbee技術進行家居設備網絡連接，每個終端節點通過自帶學習功能的紅外模塊，實現對紅外遙控類家居設備的統一控制。并且可通過傳感器實時檢測狀態，實現自動控制家居設備的工作模式。

基于Zigbee技術的紅外類家居設備控制器，包括AC/DC電源電路模塊、電平轉換模塊、Zigbee模塊、CPU控制模塊、紅外學習模塊、手動控制按鍵、傳感器檢測模塊和LCD顯示模塊。

電平轉換模塊由MAX232芯片及輔助電路構成，兩端通過232芯片分別與Zigbee模塊和CPU控制模塊對接。

Zigbee模塊由無線定位模塊和智能網關構成無線通信單元。

CPU控制模塊采用雙串口STC12C5A60S2單片機。

傳感檢測模塊包括溫度信號傳感器、濕度信號傳感器和無線紅外入侵探測器。

LCD顯示模塊采用12864液晶模塊。

Zigbee模塊的TTL電平是3.3V。

CPU控制模塊的TTL電平是5V。

AC/DC電源電路模塊將220V交流電變換成5V直流電。

電平轉換模塊將5V電平轉成3.3V。

紅外學習模塊用于學習各種紅外遙控器。

手動控制按鍵用于手動操作控制家用電器。

LCD顯示模塊用于顯示家居設備的工作狀態。

二、模塊設計方案

（一）電源模塊設計

基于Zigbee技術的紅外類家電控制器，包括AC/DC電源電路，其將220V交流電變換成5V直流電；電平轉換模塊，其主要由MAX232芯片及輔助電路構成，將5V電平轉成3.3V；Zigbee模塊的TTL電平是3.3V；CPU控制模塊的TTL電平是5V，為了方便，電平轉換模塊的兩端通過232芯片分別與Zigbee模塊和CPU控制模塊對接。

（二）通信控制模塊設計

Zigbee模塊采用順舟SZ05-STD和智能網關實現無線通信，智能網關的Zigbee模塊作為中心節點模式，每個家居設備的Zigbee模塊作為終端節點模式。為實現組網通信，Zigbee各模塊須配置到相同網段下。中心節點須配置為源地址輸出模式，這樣中心節點可以從收到的Zigbee數據中解析出發送源的mac地址；終端節點不配置為源地址輸出模式，因為每個終端節點只允許和中心節點進行交互通信，不需要解析mac地址。為避免系統信號的干擾，智能家居系統的其他設備須配置到其他網段。

CPU控制模塊采用雙串口STC12C5A60S2單片機；紅外學習模塊通過學習記憶各種家居設備紅外遙控器，具備控制家居設備功能；手動控制按鍵，用于手動操作控制家居設備。

（三）狀態檢測模塊設計

使用傳感器來進行狀態檢測，包括檢測溫度的溫度信號傳感器和檢測濕度的濕度信號傳感器；LCD顯示模塊，其采用12864液晶模塊，實時顯示家居設備的工作狀態。

針對家庭安防需求，采用了無線紅外入侵探測器。若智能家居系統設置為布防模式，則打開紅外入侵檢測。當探測到人體紅外信息后，在報警延時的時間內若未撤防，會觸發語音報警，并上報給家庭智能網關，智能網關會通過短信方式向預設的接警手機報警。

三、系統工作流程

家庭智能網關作為中心控制節點，接收到控制指令后，進行指令的解析和安全驗證，并轉換成通信協議數據格式。智能網關根據協議規定解析出要控制的設備和控制命令，通過Zigbee模塊向家居設備發送無線遙控指令。家居設備的Zigbee模塊接收到指令后返回應答數據給智能網關，并通過Zigbee模塊的I/O口將指令送給CPU控制模塊，CPU控制模塊通過紅外學習模塊發射預先學習記憶的相應紅外指令，實現控制紅外類家居設備如空調、熱水器等的工作模式。

通過傳感器檢測溫度濕度等信號來隨時檢測家居設備的工作狀態，以便智能控制設備工作模式，達到節能目的。

中心控制設備配有手動操作按鍵，可實現對家居設備的手動操作；LCD顯示模塊實現對家居設備工作狀態的實時監控顯示。

本系統利用了先進的計算機技術、無線網絡通訊技術、Zigbee物聯網技術、成熟的紅外控制和傳感器檢測方案，通過統籌管理，實現了對各種紅外遙控類家居設備的自動化智能控制，讓家居生活更加舒適、安全、高效，并具有較好的適用性和擴展性，應用前景廣闊。

參考文獻：

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