基于GPRS与ZigBee的智能家居设计

时间：2008-01-10 10:01:00

关键字： GPRS Zigbee 智能家居 BSP

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[导读]GPRS移动通信与新一代无线网络通信技术ZigBee相结合，实现了对家用电器及安防设备的远程控制与监控。

摘要 GPRS移动通信与新一代无线网络通信技术ZigBee相结合，实现了对家用电器及安防设备的远程控制与监控。系统由MC35i的GPRS模块、IP_Link1270的ZigBee模块和PC机组成主控中心，由SM5964A单片机、128×64点阵的LCD液晶和IP_Linkl270模块构成分控中心，实现主控中心通过GSM手机发送短信命令来读取三表的数据和对室内电灯的控制；分控中心可以随时检测室内是否有异常。当有异常时，分控中心的蜂鸣嚣就会报警，同时主动向用户指定的手机发送短信，提示用户室内有异常情况。
关键词 GPRS ZigBee主控中心分控终端 智能家居

GPRS(General Packet Radio Setvice，通用分组无线服务)是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，在嵌入式系统中应用非常广泛。由于GPRS通信弼络实现了联网和漫游，这样利用网络传输数据无须再组建专用通信网络，因此采用短信方式传输数据的系统应用将越来越广泛，这使得以短信方式传输控制命令成为可能。ZigBee是最近发展起来的一种短距离无线通信技术。由于ZigBee具有近距离、低功耗、低数据率、低成本等特点，因此适于家庭控制。
基于GPRS和ZigBee技术的智能家居解决方案采用以单户家庭为单元的通信控制模式，在每一个家庭中都安装一个主控中心(负责用户控制信号及家电反馈信息的接收和转发)，及若干个与家电设备相连的分控终端(控制该家庭的所有电器)。主控和分控装置由家庭总线相连，家庭总线采用ZigBee无线通信方式。此装置便于家庭独自管理，安全性、可靠性高。

1 概述
1．1 无线数传模块MC35i
GPRS通信模块采用西门子公司的无线数据传输模块MC35i，支持数据、短信、语音和传真业务。MC35i是新一代GSM／GPRS双模模块，完全兼容上一代的MC35、TC35i；采用紧凑型设计，为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接。MC35i的GPRS永久在线功能提供了最快的数据传输速率。
1．2 IP_Linkl270模块
ZigBee无线网络通信模块采用赫利讯的IP_Link1270模块。ZigBee(IEEE802.15.4)技术是最近发展起来的一种近距离、低功耗、低数据率、低成本的双向短距离无线通信技术，被业界认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。Helicomm公司推出的IP_Linkl270是ZigBee的开发工具和产品，包含符合802．15．4标准的2．4 GHz射频组件、低功耗的8位微控制器、ZigBee网络软件和全波长天线，每次接力通信都能在75 m范围内提供250kbps的速率；支持最新的RS232 mesh透明串行模式，能在网状或多次跳接(multihop／无线网络内支持串行数据路由，速率最高可达38．4 kbps。IP_Linkl270是完全符合IEEE802．1 5．4标准与ZigBee规范的2．4 GHz无线收发模块，射频部分使用Freescale的MCl3191／13192／13193芯片，MCU使用的是Freescale公司的MC9S08GT60芯片。

2 系统结构和工作原理
2．1 系统结构和功能
系统通过GSM手机发送短信命令来读取三表的数据，并对室内电灯进行控制。分控中心可以检测外中断，当有外中断产生时，分控中心的蜂鸣器发出响声，这时分控中心会主动向用户发送短信来提示用户室内有异常。
系统由主控中心与分控终端两部分组成，如图1所示。主控中心主要由GPRS模块通过USB与PC机连接，ZigBee模块IP_Linkl270通过串口与PC机连接。GPRS通信模块采用西门子公司的MC35i，负责收发短信的命令；ZigBee无线通信模块采用赫立讯公司的TP_Link1270，负责控制分控中心的设备，来读取三表的数值与控制室内灯的开关。

    分控终端主要由赫立讯公司的IP_Linkl270、新茂公司的SM5964A单片机、天马的128×64点阵的LCD液晶显示模块组成。LCD用于数字的电表、水表、气表值的显示；单片机上的键盘可以改变三表的值，通过单片机上的串口来控制IP_Linkl270数据的收发，把三表值和室内灯的开关状态返回到主控中心。
    系统的主要控制流程如下：
    ①由用户手机发命令给MC35i模块，MC35i收到命令后，解释该命令。解释完命令后发给主控中心的IP_Linkl270，由该模块把命令发给相应的分控终端设备，分控终端设备收到命令后作出相应的动作。
    ②分控终端收到命令后，一是作出相应的动作后向上层作出应答，二是把上层需要的数据通过IP_Linkl270传给主控中心。主控中心把收到的分控终端信息，通过MC35i以短信形式发送到用户手机上。
    该系统主要实现的功能如下：
    ①通过GPRS模块收发短信，控制室内的三表和电灯开关。如果有盗窃，则可以报警并以短信的形式报告给房主。
    ②通过发送wat、gas、ele(水，气，电)3条短信给主控中心，主控中心把这3个命令通过主控制中心的IP_Link1270发送给分控中心的IP_Linkl270。分控中心收到该命令后，把当前的三表的值，通过分控中心的IP_Linkl270发送给主控中心，主控中心把收到的三表的值打包并通过短信的形式发给主机。
    ③通过发送L11、L2l、L31打开室内不同的三盏灯。
    ④通过发送L10、L20、L30关闭室内不同的三盏灯。
    ⑤通过发送L1?、L2?、L3?来查询这三盏灯的开关状态。
    当有人入室盗窃时，报警器就会报警，通过单片机的外中断，把报警信息主动发送给房主。
2.2 硬件设计原理
    主控中心、分控中心硬件设计原理分别如图2和图3所示。

    MC35i有40个引脚，其中RXD、TXD必须与ZigBee的RX、TX平行相连进行数据的收发，CCIN(24)、CCRST(25)、CCIO(26)、CCCLK(27)、CCVCC(28)引脚分别与SIM卡的8、2、7、3和1相连．分别表示SIM卡是否置入、SIM卡复位、SIM卡数据、SIM卡时钟、SIM卡电源。
    分控中心SM5964A的第1l、lO脚TXD、RXD与ZigBee的第5、4脚TX、RX连接进行数据通信，第P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17引脚与键盘连接，通过程序控制键盘的操作。
2．3 MC35i与IP_Linkl270的软件调试设计
2.3.1 MC35i软件调试设计
    在熟悉AT指令集的基础上，实现对MC35i与PC机之间通信的调试、电路的调试、短信的收发和查看MC35i发送与接收数据的格式。这里的上位机程序是用VB编写的串口收发程序。
    VB语言中MSComm控件是一个串口通信的专用控件。下面是上位机串日程序的主要代码——响应的Oncomm事件(这里是以二进制数接收的)：

2.3.2 IP_Linkl270的通信
    下位机主要负责对主控中心的IP_Linkl270发过来的数据进行解码，解码后再对用户所有的数据或要执行的指令进行处理；或者当单片机产生中断时，主动地向用户发送信息。
    下位机的主要功能是通过串口采用AT指令集对IP_Linkl270发送的数据进行收发，并对收到的数据进行解码。分控中心的IP_Linkl270处理数据流程如图4所示。