基于無線傳感網的智能家居環境控制系統設計與實現

陳 新

（福州工商學院工學院 福建 福州 330108）

1 概述

隨著無線通信技術的快速發展，人們對智能家居的需求逐步增加，完全有取代傳統家居的趨勢和可能。智能家居，就是通過智能化的傳感器網絡對環境進行實時監控，使人可以方便、快捷地了解環境狀態，并隨心所欲地完成主動調節與控制[1]。本文采用無線通信和ZigBee 技術，嘗試設計一款智能家居環境控制系統，該系統終端節點模塊可以實時采集傳感器的溫濕度數據，并傳輸到協調器模塊，協調器模塊再把收集到的數據通過串口發往智能終端設備（PC機或手機等），終端設備根據搜集的數據，控制家居設備如空調和加濕器等，從而實現家居環境的實時管理和控制。

無線通信具有通信距離短、發射功率低、應用范圍廣等特點。無線通信覆蓋距離一般在10 ～200m，發射功率一般小于100mW，可自由連接各種個人便攜式電子設備、計算機外部設備和各種家用電器設備，實現信息共享和多業務的無線傳輸。

ZigBee具有高可靠、高安全、低功耗、自組網、自修復、抗干擾等特點，利用 ZigBee 頻段免執照、低復雜度等優勢，很容易就能實現家電聯網和系統化管理與控制，通過ZigBee 網絡，分布在居室內的各家電設備實現互聯互通，進而實現家電設備的信息交互和協同工作。

2 系統架構設計

如果有多個房間，在每個房間內安裝一個ZigBee 終端模塊，選擇一間房間作為控制中心，在控制中心安裝好ZigBee 協調器模塊，ZigBee 終端模塊通過ZigBee 無線網與ZigBee 協調器模塊通信，每個ZigBee 終端模塊上面的傳感器將實時采集其所在室內溫濕度數據，通過無線網發往協調器模塊，協調器模塊可以通過串口或者GPRS 網絡把接收到的環境數據發往物聯網云平臺和客戶機，管理員可以根據搜集的環境數據發出控制空調和加濕器等設備的指令，控制指令被發送到協調器模塊，再轉發到各個終端模塊，終端模塊的微控制器通過電源模塊實現對空調和加濕器等設備的實時管理和控制。當然，ZigBee 終端模塊對環境變量設置閾值，如果環境數據超過此閾值，那么終端模塊把環境數據發送給協調器模塊的同時，對空調和加濕器等設備實時監控[2]。

3 系統測試

將兩個Zigbee 開發板成功組網后，安裝了sht10傳感器的Zigbee 板作為終端節點模塊，該模塊負責從sht10 傳感器實時采集室內環境溫度、濕度數據，并通過Zigbee 無線網發送給協調器模塊；另一個Zigbee 板作為協調器模塊，該模塊負責接收終端節點發來的環境數據并通過串口發往PC 機，并最終顯示到PC 機的串口調試助手中。

具體步驟如下：

（1）終端節點模塊每隔2 秒向協調器模塊發送溫濕度數據，協調器模塊將收到的數據通過串口發往PC 機，最終顯示在PC 機的串口調試助手中，顯示的數據格式如下：“我是模塊X，當前溫度是xx.x，當前濕度是xx.x。”如果每個房間都安裝了終端節點模塊，則需要給它們編號，顯示“我是模塊X”的目的就是為了避免不同終端節點模塊發出的數據發生混淆。

（2）終端節點模塊上的sht10 傳感器可以實時收集環境的溫濕度數據，發往協調器模塊，并最終通過串口發往PC 機，通過編程，可以設置一個合理范圍，如果終端節點模塊發過來的溫濕度數據超過了這個合理范圍，就彈出警告框提示管理員，管理員可以根據環境數據調控室內空調和加濕器等設備，從而監控家居環境。也可通過無線網將調控指令發往終端節點模塊，終端節點模塊直接給室內空調和加濕器等設備轉發調控指令，從而實現自動調節溫濕度，無需人為干預。

（3）如果房間較多，每個房間都安裝一個終端節點模塊，并編號，設置不同的CHANNEL，這些不同編號的終端節點模塊將收集到的各個房間環境數據通過無線網發送到協調器模塊，協調器模塊將搜集到的數據通過串口或無線網發往數據中心的PC 機或者手機等設備，設備上的應用程序就可以根據這些環境數據進行分析，找出異常數據，發出警報，并向協調器模塊發出調控命令，協調器模塊再向發出異常數據的終端節點模塊轉發調控命令，該終端節點模塊調控房間空調和加濕器等設備，從而改善環境溫濕度數據。實踐證明：PC 機確實可以收到來自多個終端節點模塊采集的實時溫濕度數據，并通過對這些數據進行分析處理，從而實現對多個房間的環境監測和控制[3-4]。

4 結語

本文通過實驗測試了該智能家居環境控制系統，該系統能根據實時監測的環境數據控制房間空調和加濕器等設備，從而實現對家居環境的實時監控。該系統足夠智能且價格不貴，可以滿足智能家居的需求，具有推廣的前景。