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基于GPRS与ZigBee的智能家居设计

作者:时间:2008-04-09来源:收藏
  (General Packet Radio Setvice,通用分组无线服务)是在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。是最近发展起来的一种短距离无线通信技术。由于具有近距离、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/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。

       
  下面是判断是否要读取水表的数据,打包水表值,并发送的程序:


关键词: GPRS GSM ZigBee

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