基于ZigBee技術的智能宿舍系統

蘇世釗+劉文武+吳颎瑩

摘要：本系統以ZigBee技術為控制核心，通過ZigBee特有的組網方式來實現溫濕度、光照等傳感器數據的采集，以及對MF RC522 RFID讀寫模塊、語音模塊、霍爾傳感器、繼電器、窗簾控制模塊、智能插座和調光模塊之間的通信與控制。ZigBee終端節點將采集到的數據通過ZigBee協調器發送至管理平臺。上位機能接收和處理宿舍環境、門禁等實時數據，并存儲宿舍環境、宿舍門禁等數據，能控制宿舍燈光、電動窗簾、插座及宿舍相關用電設備。學生可以通過手機客戶端隨時隨地了解所住宿舍的實時環境數據，以及遠程控制宿舍用電電器設備，從而為學生宿舍營造更加舒適安全的室內環境。

關鍵詞：智能宿舍；ZigBee；RFID；霍爾傳感器；語音模塊；WiFi網關

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0082-01

宿舍是構成大學生活中的一部分，也是組成一所大學必不可少的一部分。那么，宿舍生活的方便問題就不是小的問題。針對這些問題，本文設計提出了一套基于ZigBee技術的智能宿舍系統，其中包括RFID門禁系統、語音控制系統、電磁閥電路、電流采集、智能插座與調光系統，通過ZigBee協議使各個終端節點與管理平臺之間實現通信，可以通過手機APP訪問指定服務器監控相應宿舍，上位機可通過串口和將串口轉發到WiFi網關兩種方式與ZigBee協調器通信。

1 系統總體方案設計

宿舍管理平臺與ZigBee網絡通信，ZigBee終端模塊傳感器采集的宿舍環境數據通過WiFi網關發送給上位機，宿舍管理平臺可以查看每個宿舍的環境狀態，可通過上位機對各個宿舍用電設備進行遠程控制，系統整體設計框圖如圖1所示。利用RFID對人員進出進行記錄，將宿舍環境監測數據及門禁進出數據存儲在數據庫中，以便將來查詢歷史數據。宿舍管理人員或學生可以用手機APP通過GPRS訪問上位機的服務器對指定宿舍進行監控，查詢宿舍環境實時信息，并且遠程控制宿舍內LED燈、插座、電動窗簾及其他用電設備。

2 系統設計與實現

系統硬件終端主要由主控制器、RC522門禁模組成RFID門禁節點，語音控制模塊、霍爾傳感器、繼電器、溫濕度傳感器、電動窗簾、智能插座、電磁閥、調光電路和主控制器組成智能宿舍終端節點。再由一個主控制器和WiFi網關模塊組成協調器負責ZigBee組網并與上位機進行通信。

2.1 主控制器

ZigBee CC2530模塊具備一個IEEE802.15.4兼容無線收發器，其中的射頻（RF）內核控制無線模塊，此外它還提供了一個結合外部設備的端口，從而執行收發命令及狀態，操縱各執行電路的事件順序。ZigBee模塊擁有自己獨特的組網方式，能夠短距離實現通信，而且功耗低。

2.2 RFID門禁系統

門禁系統由MF RC522模塊和電磁鎖以及主控制器組成，當識別到有效門禁卡時，門將打開，否則顯示數據錯誤，門將打開失敗。利用電磁鎖達到開關門的作用，當門禁系統識別到正確的卡號后，就會打開門禁電磁鎖，并且在開門10秒后電磁鎖會自動上鎖，避免有人趁機潛入。

2.3 宿舍環境數據采集模塊

數據采集模塊是指實時采集宿舍的環境、宿舍用電情況等數據，實時采集各類傳感器的狀態如：電流采集模塊使用霍爾傳感器實時監測宿舍用電電流情況，上位機記錄宿舍內的電流數據，若超過額定電流，則供電系統會采取自動斷電的措施，并且記錄數據；溫度采集模塊，采用DHT11傳感器采集宿舍溫濕度數據，然后通過ZigBee無線通信技術將溫濕度傳感器采集得到數據進行無線傳輸至宿舍管理平臺；調光系統利用光敏電阻傳感器模塊檢測宿舍環境光線亮度，當宿舍偏暗，LED燈將自動亮起，超過所設定的時間段之后，將自動關閉。

2.4 宿舍用電設備控制模塊

可通過ZigBee協調器發送控制指令來控制宿舍用電設備。手機端APP通過訪問管理平臺服務器對ZigBee協調器發送控制指令。宿舍終端也可以通過SYN7318芯片為主的語音識別模塊進行控制。智能插座與宿舍終端節點的主控制器連接，可手機端或宿舍控制管理平臺遠程控制插座開關。宿舍管理平臺和手機端可以遠程控制電磁閥實現對宿舍水龍頭的進出水的控制，實現節約用水，避免忘記關水造成水資源浪費。電動窗簾控制模塊通過CC2530模塊對步進電機的驅動控制實現窗簾的開關，可以根據實際情況來控制窗簾的開合范圍，以保證室內的合理采光。

3 結語

整個宿舍系統將ZigBee技術、網絡通信技術、數據庫技術靈活的結合，實現了對學生宿舍的智能化管理與控制功能，對學生的生活也帶來了很大的便利。智能宿舍系統方面有著良好的應用與推廣前景。

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