基于ZigBee的智能家居環境監測系統

北京信息科技大學信息與通信工程學院 楊曉芬

基于ZigBee的智能家居環境監測系統

北京信息科技大學信息與通信工程學院 楊曉芬

本文將無線傳感器技術與物聯網網關技術相結合，研究了基于ZigBee的智能家居環境監測系統。系統主要由以下幾部分組成：傳感器節點，ZigBee協調器，物聯網網關和遠端的終端設備。通過各種傳感器采集環境數據，利用ZigBee實現無線通信，再通過物聯網網關實時地把采集到的數據傳遞到遠程終端。

物聯網；環境監測；ZigBee；智能家居

1. 引言

智能家居是計算機技術、網絡技術和自動控制技術相融合后在傳統的家電行業結出的一枚新的果實。智能家居對于我國還是一個新興的產業，正處于導入期與成長期的臨界時期，但智能家居市場的消費潛力是十分巨大的，產業前景一片大好。

近年來家居的智能化備受人們關注，智能家居正處于一個高速發展的階段。本文基于無線傳感器技術和物聯網網關技術設計構建了智能家居環境監測系統。本系統主要由以下幾部分組成：傳感器節點，ZigBee協調器，物聯網網關和遠端的終端設備。由傳感器節點和ZigBee協調器組成ZigBee網絡，實現家居環境的實時監測和數據的實時傳輸。ZigBee協調器對傳感器采集到的數據進行分析、處理，再通過物聯網網關傳送到遠程的終端設備。

2. 系統設計

根據無線傳感器技術和物聯網網關技術的特點，本文設計的基于ZigBee的智能家居環境監測系統的主要由以下幾部分組成：傳感器節點，ZigBee協調器，物聯網網關和遠程終端設備。系統結構圖如圖1所示。從系統結構圖可以看出，各個傳感器節點負責采集環境數據再傳輸給協調器，再通過物聯網網關將數據傳送到遠程終端。

圖1 系統結構圖

3. 系統功能

系統監控單元主要由物聯網網關、ZigBee協調器和傳感器模塊組成。系統的拓撲圖如圖2所示。

圖2 系統拓撲圖

本系統功能主要包括：實時數據監控，顯示傳感器采集到的數據，并且超過閾值時會及時報警。

4. 系統具體實現

系統的功能需要軟硬件協調工作才能實現。

（1）硬件構成

系統中主要硬件包括：

●物聯網網關

網關負責接收和處理ZigBee網絡傳送來的各種數據，并把數據傳送給遠程終端，也接收來自終端的命令。

●傳感器

本系統主要用傳感器采集環境溫濕度、一氧化碳、煙霧、亮度。關于傳感器各參數做以下說明，一氧化碳傳感器實時監測空氣中一氧化碳氣體濃度，一旦超過閾值就立即發出報警信號。溫濕度傳感器就是用來采集溫度和濕度信息，然后發送給中央控制器，以便實時顯示室內溫度和濕度，以便完成室內溫度和濕度的自動調節。煙霧傳感器和火焰傳感器將采集到的煙霧和火焰信號發送到中央控制器，若超過閾值則立即報警。光敏傳感器監測室內的光照信號，自動調節照明亮度和窗簾的開關。

●ZigBee協調器

協調器是控制中心和傳感器節點的信使，負責傳感器節點和物聯網網關的數據傳輸。

（2）軟件實現

本系統的軟件設計主要是遠程終端軟件的設計。遠程終端軟件的作用是在界面上顯示各種傳感器采集到的數據信息及報警情況，為用戶提供更加直觀的效果。本系統將用戶界面分為三個部分：數據信息顯示界面、傳感器節點分布信息界面、用戶操作界面。具體的操作界面如圖3所示。

圖3 操作界面圖

5. 總結

系統以傳感器技術和物聯網網關技術為支撐，進行基于ZigBee的智能家居環境監測系統開發。本系統主要通過各個傳感器采集室內的溫濕度、光強、一氧化碳、火災等信息，通過ZigBee網絡和串口技術將數據傳輸給協調器及遠程終端，實現了家居環境信息的監測和異常情況的報警，保證了用戶的家居生活安全、方便和舒適。

［1］陳淡寧.基于物聯網的智能家居環境監測系統的研究［D］.吉林大學，2014.

［2］閆林生.物聯網家居環境智能監測系統的研究［D］.湖南工業大學，2014.

［3］吳藝娟，秦彩云，萬米洋.基于ZigBee技術的智能家居環境監測系統設計［J］.北京石油化工學院學報，2013，01：46-50.

①由市教委“PXM2015_014224_000050 本科生培養-大學生科研訓練（市級）”經費支持；②北京信息科技大學研究生教育質量工程項目水中機器人實訓課程建設（YJT201519）；③北京信息科技大學教改項目基于人才需求驅動的物聯網專業多層次人才培養模式研究（2015JGYB14）；④高動態導航技術北京市重點實驗室開放課題（HDN2015005）。