基于无线传感器网络的智能家居系统设计

基于无线传感器网络的智能家居系统设计

李文锋

中睿通信规划设计有限公司广东省广州510630

摘要：利用无线传感器网络进行智能家居系统的设计，能够使家居系统更加智能化和人性化。基于这种认识，本文对无线传感器网络进行了介绍，然后对基于该网络的智能家居系统设计方案展开了分析。从分析结果来看，该种系统具有更好的可扩展性和性价比，能够更好的满足室内家居的智能控制要求。

关键词：无线传感器网络；智能家居系统；设计

引言：所谓的智能家居系统，其实就是利用嵌入式系统技术实现智能家居管理的终端，能够利用多种通信手段进行控制指令的获取，并借助传感器网络提供的信息完成智能判断。该种系统在家居环境管理方面具有安全、便捷等优势，所以随着人们生活水平的提升，智能家居系统也开始逐渐深入到人们的生活中。因此，还应加强对智能家居系统设计研究，从而为人们提供更加智能化的家居系统。

1无线传感器网络

所谓的无线传感器网络，其实就是通过在指定监测区内完成大量微型传感器节点布置，然后利用各无线通信方式实现节点间通信的网络。所以在网络末梢，布置有大量传感器，能够对外部世界进行感知和检查，并借助无线网络完成数据通信。建设该种网络，能够完成网络和设备的灵活设置，并且与互联网建立连接关系，具有自组织、成本低、功耗低和可靠性强等优点，最早在环境探测和军事侦察等方面得到了运用。而随着现代网络技术的发展，该网络也在家居网络中得到了应用，可以利用网络完成室内家电和环境等信息的采集，并通过连接互联网和移动通信网络完成信息的传递。

2基于无线传感器网络的智能家居系统设计

2.1系统架构设计

从系统架构组成上来看，利用无线传感器网络进行智能家居系统的设计，系统由传感器网络、传输网络和应用网络构成。其中，传感器网络就是系统使用的无线传感器网络，在家居环境中完成了多个硬件节点设置，并利用无线链路完成了自组织网络的构建。传输网络为由外部网络和家庭网关构成的网络，其将借由网关与传感器节点连接，采取的连接方式为无线方式。而在与互联网和移动通信网等外部网络连接时，系统将采用有线和无线两种通信方式，能够自动完成通信协议的转换，以确保数据信息能够得到顺数传输。借助该网络，用户也可以进行家居设备信息查询或运行控制的指令。此外，系统还配备有应用网络，该网络中包含较多终端设备，能够利用外部网络完成家居信息读取，并根据信息实现家居设备控制。

在实际进行系统架构建设时，还要利用ZigBee技术作为系统无线通信技术。相较于其他技术，该技术采用的局域网协议具有较低的功耗，能够实现数据的短距离无线通信，并在2.4GHz和868/928MHz频段内工作，能够确保数据传输的可靠性，并为自组织网络的构建提供支持[1]。而网关为系统核心结构，应具有ZigBee网络接口、以太网接口、WiFi接口等多种接口，从而与各种网络进行连接，以实现与家庭内部网络和外部网络的通信。此外，使用ZigBee协议作为传感器节点间的通信协议，也能完成无线多跳网络的构建，进而使节点数据在网关节点得到汇聚。

2.2系统硬件设计

在系统硬件设计方面，还要先在家居环境中完成多个传感器的分散部署。而这些传感器可以划分为两类，一类为传感型设备，另一类为受控型设备。其中，穿感型设备即为单纯的传感器，如温度传感器、湿度传感器等。而受控型设备由传感器和继电器等模块构成，能够根据用户的控制指令对家居设备进行控制。在此基础上，则要做好家庭网关和无线传感器网络的设计，以确保家居信息能够得到顺利采集。

在家庭网关设计方面，可以采用S3C2440作为硬件平台。而S3C2440是一种嵌入式微处理器，拥有ARM92OT内核，能够在低功耗和性价比高的设备上得到应用。通过串口，网关核心板则可以与家居网络连接。在与外网连接时，网关即可以利用WiFi模块与互联网连接，也可以通过PC有线与外网连接。

在无线传感器网络设计方面，使用的ZigBee无线网络应该由ZigBee协调节点和ZigBee终端构成。其中，终端由多个传感器节点和ZigBee模块组成，能够完成信息数据的采集。而利用定时器，各传感器节点则可以完成数据的定时采集，并借助无线通信单元将数据传输给协调节点[2]。在传感器节点与通信单元之间，设置有处理单元，由CPU和嵌入式操作系统构成。而系统无线通信单元则包含发射模块和接收模块两部分。从协调节点组成上来看，该节点就是一个ZigBee模块，由无线通信模块、串口收发模块、微处理模块和电源模块构成，能够接收终端节点信息和网关指令。

2.3系统软件设计

在系统软件设计方面，可以嵌入式Linux为软件开发平台，进行系统Web服务器的设计。利用该服务器上设计的CGI程序和网页，则可以完成家庭内部网络与外部网络的连接，并实现用户与网页的交互[3]。利用浏览器，用户则可以进行控制指令的发送。完成用户数据接收后，服务器则会对数据进行解析，然后将解析得到的指令发送至家庭内部节点，进而实现家居设备的远程控制与管理。而无线传感器节点则为网络普通节点，需完成换届参数采集和器件控制任务的执行。协调节点则要完成网络簇中心节点发送数据的接收，并将数据传送给服务器，并进行服务器控制指令的接收，然后利用簇节点完成指令发送。

在智能家居系统软件设计方面，还要做好监控软件和远程控制软件的设计。在监控软件设计上，还要利用监控模块完成家居信息的智能检测，并在发现异常时利用无线网络向指定号码进行消息发送，并以电子邮件方式将现场图像发送给用户。此外，在远程控制软件设计上，还要完成家居保安系统和家居远程控制系统这两个系统的设计。其中，保安系统拥有防盗和煤气泄漏等功能，能够完成火灾等安全信号的准确监测，并自动报警。而远程控制软件则可以根据家用电器运行信息进行家电控制，确保家电在正常状态下工作[4]。目前，利用该系统，可以实现家电运行、闭路电视监控、照明控制、水电抄表控制和多媒体控制等多种控制功能。

结论：通过研究可以发现，利用无线传感器网络进行智能家居系统的设计，能够完成更具实用性的系统设计，从而满足现代家居的多样化和个性化需求。在家庭照明控制、家电设备运行控制和环境监测等方面，该系统都能发挥功用。此外，该系统的功耗和成本也较低，通用性则较强，能够与各种家电连接。因此，相信随着相关技术的发展，该种智能家居系统也将获得较好的应用前景。

参考文献：

[1]李力栋,高学江,毛立琦等.基于无线传感器网络的智能家居系统[J].浙江树人大学学报(自然科学版),2014,03:1-6+12.

[2]龚婉婉,刘士兴,冯婷婷.基于无线传感器网络的智能家居监控平台设计[J].信息网络安全,2015,03:79-83.

[3]苏李果,朱燕.基于ZigBee无线传感器网络的智能家居系统[J].计算机系统应用,2015,06:66-70.

[4]董萍.基于无线传感器网络的智能家居系统的设计与实现[J].三门峡职业技术学院学报,2013,04:106-110.