1、項目背景

智能家居控製係統，是以智能家居係統為平台，家居電器及家電設備為主要控製對象
，利用綜合布線技術、網絡通信技術
、自動控製係統
、音頻技術等將家居生活有關的設施進行高效集成，提升家居智能、安全、便利、舒(shu)適(shi)，為(wei)我(wo)們(men)的(de)生(sheng)活(huo)帶(dai)來(lai)很(hen)的(de)方(fang)便(bian)性(xing)。隨(sui)著(zhe)物(wu)聯(lian)網(wang)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)，隨(sui)之(zhi)而(er)誕(dan)生(sheng)的(de)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)成(cheng)為(wei)了(le)物(wu)聯(lian)網(wang)技(ji)術(shu)中(zhong)的(de)佼(jiao)佼(jiao)者(zhe)。智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)是(shi)隨(sui)著(zhe)人(ren)們(men)生(sheng)活(huo)水(shui)平(ping)的(de)提(ti)高(gao)而(er)逐(zhu)漸(jian)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)朝(chao)陽(yang)產(chan)業(ye)。它(ta)的(de)出(chu)現(xian)給(gei)人(ren)們(men)的(de)生(sheng)活(huo)帶(dai)來(lai)極(ji)大(da)的(de)便(bian)利(li)
；同時，智能家居的出現也帶動了一大批經濟產業。對於傳統的智能家居而言，功能相對單一，且不能將各種家電設備之間進行有效互聯
；再者傳統的智能家居一般采用有線的方式進行組網
，組網不便，維修不易。

2、作品簡介

本文設計了一個基於ZigBee的智能家居控製係統，該係統巧妙地使用了ZigBee的一大優勢--自組網功能，完全避免了傳統的組網方式。ZigBee技術具有組網簡單、方便，且組網容量大等優點。本智能控製係統將ZigBee技術和家庭智能網關技術有效結合，以MYD-YG2UL為智能網關的處理器


，在MYD-YG2UL嵌入一個Linux係統
，該係統是一個高度集成的網關係統，從而對家庭設備進行本地和遠程操作

，真正實現了家電設備的智能化。

3、係統框圖

本項目嚐試通過構建一體化、實時控製的智能家居
，可用於普通居民家庭、大中小型商場以及工業領域等。下圖展示了家居智能設備與終端係統互聯情況。MYD-YG2UL作為控製端，與家具智能設備直接連接，並接有傳感設備。同時，MYD-YG2UL作zuo為wei端duan點dian與yu雲yun端duan相xiang連lian，為wei雲yun端duan提ti供gong家jia具ju智zhi能neng設she備bei的de運yun行xing情qing況kuang並bing接jie收shou雲yun端duan控kong製zhi命ming令ling。遠yuan程cheng終zhong端duan設she備bei可ke通tong過guo雲yun端duan實shi時shi查zha詢xun和he控kong製zhi家jia居ju智zhi能neng設she備bei。

本文所提出的智能家居係統解決方案整體框架如圖所示。通過技術論證和架構分析後，決定將係統劃分為三個子係統：ZigBee無線傳感器監控子係統
，網關子係統
，監控子係統。ZigBeewuxianchuanganqijiankongzixitongtongguogegechuanganqijiediancaijishuju，jiangcaijideshujutongguowuxianwangluoxitongchuandigeiluyoujiedian，zaitongguoluyoujiedianjiangshoujidegegezhongduanjiediandeshujujinxingercichuandigeixietiaoqi
，youxietiaoqiyuzhinengwangguanjinxingshujujiaohuan，yiwanchengshujudechuandi。yonghujiunengzaiyuanchengjinxingzhajiazhongdegezhonghuanjingxinxi，shishizhangwojiazhongdezuixindongtai。wangguanzixitongyouliangdazuoyong，yishilianjieyitaiwang
；二是搭載攝像頭采集視頻數據，實施遠程監控的功能。智能網關為整個智能家居係統的核心所在，協調各個子係統正常運轉。

4、詳細設計

在(zai)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)在(zai)線(xian)查(zha)看(kan)安(an)全(quan)監(jian)測(ce)數(shu)據(ju)的(de)功(gong)能(neng)
，通(tong)過(guo)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)采(cai)集(ji)數(shu)據(ju)，搭(da)建(jian)無(wu)線(xian)局(ju)域(yu)網(wang)，實(shi)時(shi)同(tong)步(bu)各(ge)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)息(xi)，實(shi)現(xian)全(quan)方(fang)位(wei)的(de)安(an)全(quan)監(jian)測(ce)和(he)報(bao)警(jing)功(gong)能(neng)；同時搭建了Web服務器，供用戶遠程查看監控信息。

4.1 ZigBee無線傳感監控子係統

ZigBeexieyiweizhinengjiajuhuanjingjiancetigonglewuxianzizujuyuwangjiejuefangan。xietiaoqijiediankeyishishihuoqudaogegezhongduanjiediandehuanjingxinxi，shishichuandigeiyonghubianyuyonghuzhakan，luyoujiedianyongyuzhongduanjiediandeercichuandi
，qidaoxinxichuandidezuoyong；終端節點用於通過各個傳感器收集環境信息，判斷采集信息是否達到預警
、報警閥值，是否執行相應動作
，將用戶指定的信息數據通過路由器傳遞給終端節點
，最後在傳遞給用戶，方便用戶了解環境信息。

4.1.1 ZigBee工作流程圖

ZigBee的工作流程圖如下圖所示。

Figure 4-1 Z-Stack 工作流程圖

Z-Stack采用操作係統的思想來構建
，采用事件輪循機製，而且有一個專門的Timer2 來負責定時。從CC2530工作開始，Timer2 周而複始地計時，有采集、發送
、接收

、xianshidengrenwuyaozhixingshijiuzhixing。danggecengchushihuazhihou

，xitongjinrudigonghaomoshi
，dangshijianfashengshi
，huanxingxitong，kaishijinruzhongduanchulishijian，jieshuhoujixujinrudigonghaomoshi。ruguotongshiyoujigeshijianfasheng，panduanyouxianji，zhucichulishijian。zhezhongruanjiangoujiakeyijidadijiangjixitongdegonghao。zhenggeZ-Stack 的主要工作流程，如圖所示，大致分為以下6步：

• 關閉所有中斷；
• 芯片外部(板載外設)初始化；
• 芯片內部初始化；
• 初始化操作係統；
• 打開所有中斷；
• 執行操作係統。

4.1.2 ZigBee建立網絡、加入網絡流程分析

本設計主要是用ZigBee組建網絡係統
，建立網絡、加入網絡為本設計的一個重點
，下麵分別介紹協調器建立網絡、路由器加入網絡、終端節點加入網絡的組網過程。協調器的建立網絡過程如下圖所示。

Figure 4-2 協調器建立網絡過程

從上圖可以發現

，網絡的建立是從ZDO來實現的，網絡建立後，從應用層收到ZDO_ATATE_CHANGE消息，對該消息包含當前節點網絡狀態。路由器節點加入網絡過程如下圖所示。路由器加入網絡的過程是由ZDO實現的，當路由器加入網絡以後，在應用程會收到當前節點的網絡狀態。

Figure 4-3 路由器加入網絡過程

終端節點加入網絡如下圖所示。由下圖可知，終端節點加入網絡的過程也是由ZDO實現的，在應用層收到該節點的信息後，即可讀出當前的網絡狀態。

Figure 4-4 終端節點加入網絡過程

4.1.3 ZigBee環境監測流程

環境監測的流程圖如下所示。

ZigBee各個節點進行初始化化後進行組網，各個終端節點不斷采集環境信息，在一切準備妥當之後，協調器就會定時向網關環境信息。ZigBee子係統與網關通過ser2net實現交互，將ZigBee子係統的協調器的串口數據傳給網關
，網關通過TCP協xie議yi與yu外wai界jie交jiao互hu。智zhi能neng網wang關guan上shang電dian後hou，進jin行xing係xi統tong初chu始shi化hua，網wang絡luo連lian接jie等deng，等deng待dai協xie調tiao器qi發fa送song環huan境jing信xin息xi，當dang接jie收shou到dao數shu據ju後hou，通tong過guo無wu線xian網wang絡luo將jiang數shu據ju發fa送song至zhi雲yun端duan。雲yun端duan得de到dao相xiang應ying的de數shu據ju後hou，繪hui製zhi每mei個ge終zhong端duan的de溫wen濕shi度du曲qu線xian，也ye可ke實shi時shi查zha看kan當dang前qian的de環huan境jing信xin息xi。當dang然ran移yi動dong端duan也ye可ke獲huo取qu環huan境jing信xin息xi
，同tong時shi也ye可ke控kong製zhi家jia電dian設she備bei。另ling外wai，為wei了le保bao證zheng數shu據ju傳chuan輸shu的de可ke靠kao性xing，設she計ji了le簡jian單dan的de數shu據ju傳chuan輸shu協xie議yi保bao證zheng數shu據ju的de可ke靠kao交jiao互hu。

4.2 網關/監控子係統

網關/監控子係統有攝像頭、智能網關和移動終端組成。智能網關上電之後完成板級初始化，連接號WiFi，初始化攝像頭。當有用戶請求視頻信息時，智能網關立即獲取攝像頭數據傳給用戶。

5、具體部署

5.1 ZigBee無線傳感監控子係統

IAR編譯

打開工程

\ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0\Projects\zstack\Utilities\SerialApp\CC2530DB\下的SerialApp.eww。

Figure 5-1 編譯固件

編譯完後單擊下載按鈕。

Figure 5-2 編譯完成

固件燒寫

使用SmartRF Flash Programmer燒寫Hex固件到ZigBee節點，將Coordinator.hex和EndDevice 1-4.hex分別下載到協調器和終端。注意：如果沒有那麼多板子的話，隻要下載 Cocodinator.hex和 EndDevice1.hex就可以了。

Figure 5-3 下載方法

上位機調試

一定要給協調器先上電，因為使用的USB轉串口，程序自動識別串口。筆者提供免安裝和安裝版本，在這裏使用免安裝版本，雙擊ZigBee.exe。筆者這裏這是為自動刷新數據。筆者使用了一個終端，可看到如下圖所示的信息。

Figure 5-4 上位機軟件

手機控製

如果想手機也控製則需要有無線路由器
，手機打開 wifi 並連接好後，先點網絡設置，輸入電腦 IP 地址後點連接，手機顯示連接成功後，會自動刷新數據。如下圖所示。

Figure 5-5 手機網路設置及控製

5.2 網關/監控子係統

網關子係統可以使用Yocto或者Openwrt係統，其中有幾個關鍵組件
，下麵一一講解

具體步驟，請參見米爾公眾號：

https://mp.weixin.qq.com/s/vgqdP3Kr3_9f7oCKtlyyWg

6
、總結

由於此項目中涉及到的知識非常的多,如：

•    Linux開發，包括係統移植，驅動開發等

•    電腦端C#程序，包括串口、界麵開發等；

•    搭建安卓開發環境，學習安卓界麵開發
，安卓的socket通訊；

•    ZigBee組網實驗，多終端通訊，對於簡單項目在我們上麵修改一下就可做成自己的產品
；

•    項目中使用的通訊協議是基本Modbus協議修改而來的，結構相同隻是命令碼不同
，更標準、更完善。

MYC-YG2UL核心板及開發板

基於RZ/G2UL處理器
，通用64位工業MPU

RZ/G2UL是瑞薩一款高性能處理器；

內核Cortex-A55@1.0GHz CPU
、Cortex-M33@200MHz；

16位DDR3L/DDR4接口以及LCD控製器；

攝像頭輸入、顯示輸出、USB2.0和千兆以太網；

尺寸37mm*39mm，工業級：-40℃-85℃，郵票孔+LGA
，190PIN；

應用：工業網關、入門級工業HMI

、醫療器械、PLC控製器、充電樁
、儲能係統。