基于GPRS與ZigBee的智能家居設(shè)計(jì)

GPRS(General Packet Radio Setvice，通用分組無線服務(wù))是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。由于GPRS通信弼絡(luò)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，這樣利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)無須再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，因此采用短信方式傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)應(yīng)用將越來越廣泛，這使得以短信方式傳輸控制命令成為可能。ZigBee是最近發(fā)展起來的一種短距離無線通信技術(shù)。由于ZigBee具有近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本等特點(diǎn)，因此適于家庭控制。
        
基于GPRS和ZigBee技術(shù)的智能家居解決方案采用以單戶家庭為單元的通信控制模式，在每一個家庭中都安裝一個主控中心(負(fù)責(zé)用戶控制信號及家電反饋信息的接收和轉(zhuǎn)發(fā))，及若干個與家電設(shè)備相連的分控終端(控制該家庭的所有電器)。主控和分控裝置由家庭總線相連，家庭總線采用ZigBee無線通信方式。此裝置便于家庭獨(dú)自管理，安全性、可靠性高。

1 概述

1．1 無線數(shù)傳模塊MC35i
        
GPRS通信模塊采用西門子公司的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊MC35i，支持?jǐn)?shù)據(jù)、短信、語音和傳真業(yè)務(wù)。MC35i是新一代GSM／GPRS雙模模塊，完全兼容上一代的MC35、TC35i；采用緊湊型設(shè)計(jì)，為用戶提供了簡單、內(nèi)嵌式的無線GPRS連接。MC35i的GPRS永久在線功能提供了最快的數(shù)據(jù)傳輸速率。

1．2 IP_Linkl270模塊
        
ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用赫利訊的IP_Link1270模塊。ZigBee(IEEE802.15.4)技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的雙向短距離無線通信技術(shù)，被業(yè)界認(rèn)為是最有可能應(yīng)用在工控場合的無線方式。Helicomm公司推出的IP_Linkl270是ZigBee的開發(fā)工具和產(chǎn)品，包含符合802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4 GHz射頻組件、低功耗的8位微控制器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件和全波長天線，每次接力通信都能在75 m范圍內(nèi)提供250kbps的速率；支持最新的RS232 mesh透明串行模式，能在網(wǎng)狀或多次跳接(multihop／無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持串行數(shù)據(jù)路由，速率最高可達(dá)38．4 kbps。IP_Linkl270是完全符合IEEE802．1 5．4標(biāo)準(zhǔn)與ZigBee規(guī)范的2．4 GHz無線收發(fā)模塊，射頻部分使用Freescale的MCl3191／13192／13193芯片，MCU使用的是Freescale公司的MC9S08GT60芯片。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能
        
系統(tǒng)通過GSM手機(jī)發(fā)送短信命令來讀取三表的數(shù)據(jù)，并對室內(nèi)電燈進(jìn)行控制。分控中心可以檢測外中斷，當(dāng)有外中斷產(chǎn)生時，分控中心的蜂鳴器發(fā)出響聲，這時分控中心會主動向用戶發(fā)送短信來提示用戶室內(nèi)有異常。
        
系統(tǒng)由主控中心與分控終端兩部分組成，如圖1所示。主控中心主要由GPRS模塊通過USB與PC機(jī)連接，ZigBee模塊IP_Linkl270通過串口與PC機(jī)連接。GPRS通信模塊采用西門子公司的MC35i，負(fù)責(zé)收發(fā)短信的命令；ZigBee無線通信模塊采用赫立訊公司的TP_Link1270，負(fù)責(zé)控制分控中心的設(shè)備，來讀取三表的數(shù)值與控制室內(nèi)燈的開關(guān)。


        
分控終端主要由赫立訊公司的IP_Linkl270、新茂公司的SM5964A單片機(jī)、天馬的128×64點(diǎn)陣的LCD液晶顯示模塊組成。LCD用于數(shù)字的電表、水表、氣表值的顯示；單片機(jī)上的鍵盤可以改變?nèi)淼闹?，通過單片機(jī)上的串口來控制IP_Linkl270數(shù)據(jù)的收發(fā)，把三表值和室內(nèi)燈的開關(guān)狀態(tài)返回到主控中心。
        
系統(tǒng)的主要控制流程如下：
        
①由用戶手機(jī)發(fā)命令給MC35i模塊，MC35i收到命令后，解釋該命令。解釋完命令后發(fā)給主控中心的IP_Linkl270，由該模塊把命令發(fā)給相應(yīng)的分控終端設(shè)備，分控終端設(shè)備收到命令后作出相應(yīng)的動作。
②分控終端收到命令后，一是作出相應(yīng)的動作后向上層作出應(yīng)答，二是把上層需要的數(shù)據(jù)通過IP_Linkl270傳給主控中心。主控中心把收到的分控終端信息，通過MC35i以短信形式發(fā)送到用戶手機(jī)上。
        
該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：
        
①通過GPRS模塊收發(fā)短信，控制室內(nèi)的三表和電燈開關(guān)。如果有盜竊，則可以報警并以短信的形式報告給房主。

②通過發(fā)送wat、gas、ele(水，氣，電)3條短信給主控中心，主控中心把這3個命令通過主控制中心的IP_Link1270發(fā)送給分控中心的IP_Linkl270。分控中心收到該命令后，把當(dāng)前的三表的值，通過分控中心的IP_Linkl270發(fā)送給主控中心，主控中心把收到的三表的值打包并通過短信的形式發(fā)給主機(jī)。

③通過發(fā)送L11、L2l、L31打開室內(nèi)不同的三盞燈。

④通過發(fā)送L10、L20、L30關(guān)閉室內(nèi)不同的三盞燈。

⑤通過發(fā)送L1?、L2?、L3?來查詢這三盞燈的開關(guān)狀態(tài)。
        
當(dāng)有人入室盜竊時，報警器就會報警，通過單片機(jī)的外中斷，把報警信息主動發(fā)送給房主。

2.2 硬件設(shè)計(jì)原理
        
主控中心、分控中心硬件設(shè)計(jì)原理分別如圖2和圖3所示。




        
MC35i有40個引腳，其中RXD、TXD必須與ZigBee的RX、TX平行相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，CCIN(24)、CCRST(25)、CCIO(26)、CCCLK(27)、CCVCC(28)引腳分別與SIM卡的8、2、7、3和1相連．分別表示SIM卡是否置入、SIM卡復(fù)位、SIM卡數(shù)據(jù)、SIM卡時鐘、SIM卡電源。
        
分控中心SM5964A的第1l、lO腳TXD、RXD與ZigBee的第5、4腳TX、RX連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，第P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17引腳與鍵盤連接，通過程序控制鍵盤的操作。

2．3 MC35i與IP_Linkl270的軟件調(diào)試設(shè)計(jì)

2.3.1 MC35i軟件調(diào)試設(shè)計(jì)
        
在熟悉AT指令集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對MC35i與PC機(jī)之間通信的調(diào)試、電路的調(diào)試、短信的收發(fā)和查看MC35i發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的格式。這里的上位機(jī)程序是用VB編寫的串口收發(fā)程序。
       
VB語言中MSComm控件是一個串口通信的專用控件。下面是上位機(jī)串日程序的主要代碼——響應(yīng)的Oncomm事件(這里是以二進(jìn)制數(shù)接收的)：



2.3.2 IP_Linkl270的通信
        
下位機(jī)主要負(fù)責(zé)對主控中心的IP_Linkl270發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼后再對用戶所有的數(shù)據(jù)或要執(zhí)行的指令進(jìn)行處理；或者當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生中斷時，主動地向用戶發(fā)送信息。
        
下位機(jī)的主要功能是通過串口采用AT指令集對IP_Linkl270發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)，并對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。分控中心的IP_Linkl270處理數(shù)據(jù)流程如圖4所示。


        
下面是判斷是否要讀取水表的數(shù)據(jù)，打包水表值，并發(fā)送的程序：



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