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.doc
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1、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1 引言智能家居系统控制方式主要是有线网络和无线网络两种方式。有线方式,顾名思义就是需要通过布电缆来组网。此种组网方式比较传统,历史悠久,技术发展相对成熟,可靠性高,但由于其需要实体布线所带来的布线繁琐,线路容易损坏,可扩展性和可移动性差等不可避免的问题,有线网络方式将逐渐被无线网络方式取代。无线网络则凭借着其良好可移动性和扩展性以及勿需额外布线和不受距离控制等优点,从而灵活流动地对可控点进行控制,这样的特点更加符合家庭网络的通信需求,因此基于无线网络技术的智能家居系统越来越受到人们的关注。目前,无线网络技术已经深入到人类生活的各个方面。
2、无线方式种类繁多,应用较为广泛的无线技术有蓝牙、红外技术、超宽带等等。各种技术各有自身特点,当中以新兴的ZigBee技术的出现填补了低速率端无线通信技术的空缺,能很好地解决智能家居系统的设计遇到的问题。ZigBee技术是一种几乎能够应用到所有行业的低数据率的无线通信技术。XBee无线技术是一款基于IEEE 802.15.4标准的无线协议且与ZigBee协议兼容的无线模块。作为一种新兴的无线通信技术,它是一种省电、远距离、时延短、低功耗的数传模块,主要应用于智能家居,远程控制,无线抄表,无线检测等方面。本文主要以智能开/关窗帘为例,说明智能家居与普通家居不同在于不仅具有传统普通家居的居住功能,更
3、引人注意的由于采用了XBee无线技术,使得智能家居具有智慧能动性,优化升级生活方式。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coordinator API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router API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。图1 系统功能框图3 硬件设
4、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XBee Series 2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。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
5、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XBee USB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coordinator API(协调端节点)模式,其他的均配置成router API(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
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