主页 > 产品 > 安品业界 > 正文

智能家居监控系统硬件设计和软件设计

2018-09-14 21:56 来源:未知
人阅读
  2系统功能
 
  基于XBee无线技术的智能家居主要通过无线遥控模块(XBee模块)实现对家居环境的监控。本文的智能窗帘控制系统是按照点对点通信方式进行设计。利用专用软件X-CTU配置任意一个XBee模块为协调器coordinatorAPI端的作为控制端,它实现的功能是发送数据给任意一个配置为终端routerAPI端的XBee模块,控制各个终端节点的工作,并通过RS232串口连接到上位机监控界面,从而实现对各个终端节点的远程控制。本文主要实现智能窗帘的开与关,其系统功能框图如图1所示。
 
  基于XBee无线技术的智能家居监控系统硬件设计和软件设计
 
 
 
  3硬件设计
 
  智能窗帘硬件主要采用一个带有RS232串口或USB接口转接电平转换器的工控机(平板电脑),Arduino控制器,继电器,电动窗帘(含导轨)等。其中,通信的最关键部分就在于通信模块的设计。本文的通信模块的设计主要采用了由无线通信元件制造商MaxStream生产的一款mini型ZigBee收发模块XBeeSeries2模块。XBee模块需两块,一块是安装在PC机(上位机)控制发送端,一块是作为Arduino控制器的无线接收端,具体硬件需求清单见表1所示。
 
  基于XBee无线技术的智能家居监控系统硬件设计和软件设计
 
  表1硬件需求表
 
  3.1上位机控制发送端硬件设计
 
  上位机切换窗帘的三个开关状态(打开窗帘、关闭窗帘、停止窗帘),按着一定的通信协议通过串口发送控制信息给与上位机USB相连的XBee模块(协调端节点A),然后通过无线网络发送控制信息到Arduino无线接收端的XBee模块(终端节点B)。上位机主要实现切换、判断和发送三个功能。协调端节点A端指令主要内容包括终端节点B模块的地址,要发给终端节点B模块的信息等内容。
 
  为了实现协调端节点A、终端节点B两个XBee模块互相发送消息。利用XBeeUSB适配器对XBee模块进行配置,通过软件X-CTU将其中的一个模块节点配置成coordinatorAPI(协调端节点)模式,其他的均配置成routerAPI(终端节点)模式,确保这两个节点在同一个网络内。这样两个节点之间就能按照XBee的通信协议进行数据传输。
 
  3.2Arduino控制器的无线接收端硬件设计
 
  Arduino控制器是一块基于开始原始代码的Simplei/o平台,并且具有开发语言和开发环境都很简单、易理解的特点。它使用高速的微处理控制器(ATMEGA328),可简单地与各类传感器、电子元件连接。
  Arduino主要性能描述:
 
  ØDigitalI/O数字输入/输出端共0-13。
 
  ØAnalogI/O模拟输入/输出端共0-5。
 
  Ø输入电压:接上USB时无须外部供电或外部5V-9V直流电压输入。
 
  Ø输出电压:5V直流电压输出和3.3V直流电压输出和外部电源输入。
 
  利用Arduino控制器的上述特性,本文在接收端处将终端节点XBee模块直接与Arduino控制器相连,当该XBee收到控制信息后,Arduino控制器则输出5v直流电压供后接继电器吸合,从而控制智能窗帘开与关。
 
  基于XBee无线技术的智能家居监控系统硬件设计和软件设计
 
  图2Arduino控制器
 
  4软件设计
 
  针对基于XBee无线技术的智能窗帘功能,通过程序远程控制实现该功能的软件设计主要包括两部分:一部分是代步智能机器人上平板电脑(上位机)中的无线发送模块的程
 
  序,另一部分是远程数据控制器Arduino(下位机)中的无线接收模块的程序。前者采用面向对象的可视化语言VC++编写,后者采用Arduino语言编写。
 
  用户通过操作上位机控制界面按钮(打开窗帘、关闭窗帘、停止窗帘),远程控制窗帘电机的正反向旋转,实现对智能窗帘的开关操作。当鼠标移动到某个区域时,调用相应的控制指令,再通过控制系统实现远程控制电动窗帘的运动。其中,窗帘开关到头时,自动撤销驱动信号,使窗帘运动停止。窗帘需要停靠在任意状态时,在窗帘运动中按界面停止窗帘按钮即可。
 
  4.1上位机控制界面的软件实现
 
  上位机和XBee(coordinatorAPI端)之间的通信是通过串口通信来完成。
 
  首先使用ND命令查找网络中的节点信息,发送的数据位:0x7E000408094E445C,确保协调端节点和终端节点在同一个网络。
 
  其次,利用无线网络XBee模块之间的通信协议,coordinatorAPI端向routerAPI端发送自己定义的相关字符(以打开窗帘为例发送字符K),具体数据如表2所示。
 
  基于XBee无线技术的智能家居监控系统硬件设计和软件设计
 
  表2发送数据
 
  按照以上的通信协议,上位机PC机上开发了一个基于Windows系统的人机交互的控制界面,用来相应鼠标的移动和点击,主要负责与用户进行交互,同时反馈家电状态信息,控制界面如图3所示。
 
  基于XBee无线技术的智能家居监控系统硬件设计和软件设计
 
  图3控制界面
 
  如图3所示,智能窗帘的监控界面是由六个按键和两个文本框构成。其中,通讯模式方框中的模式切换按键用来切换智能家居的控制方式是物联网模式或是GSM模式,文本框中用来显示当前的控制方式。智能开关方框中左边两个按键是控制电灯的工作状态,右边三个按键是控制窗帘的工作状态。短信模式方框中是显示短信的具体内容。本文主要介绍的是无线网络物联网模式下的智能窗帘的控制,因此GSM控制方式此处不做介绍。
 
  4.2无线接收端的软件实现
 
  无线接收端主要由Arduino控制器、作为routerAPI端的XBee模块(终端节点)、继电器和电动窗帘构成。当终端节点收到相应字符,Arduino控制器则输出5v。具体软件流程图如图4所示(以打开窗帘为例进行说明)。
 
  基于XBee无线技术的智能家居监控系统硬件设计和软件设计
 
  图4下位机软件模块设计
 
  5结束语
 
  本文完成了智能代步机器人智能家居监控系统的硬件设计和软件设计,并进行了调试,验证了所设计系统的有效性和实用性。其创新点在于将Xbee模块引入传统的家电通信控制,相对于以往的有线家电通信控制,省去了综合布线难度,同时节约了成本,增加了可控点的灵活性。本文只给出了一个点对点的一个实例,按着这种思路,稍加扩展就可实现大面积智能家居。随着无线通信技术的发展和成熟,无线通信在未来的智能家居技术中必然会得到越来越广泛的应用,具有广阔的应用前景。
为更好的为公众说明安全知识的重要性,本站引用了部分来源于网络的图片插图,无任何商业性目的。适用于《信息网络传播权保护条例》第六条“为介绍、评论某一作品或者说明某一问题,在向公众提供的作品中适当引用已经发表的作品”之规定。如果权利人认为受到影响,请与我方联系,我方核实后立即删除。