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、shushi
，weiwomendeshenghuodailaihendefangbianxing。suizhewulianwangjishudefeisufazhan，suizhierdanshengdezhinengjiajuchengweilewulianwangjishuzhongdejiaojiaozhe。zhinengjiajushisuizherenmenshenghuoshuipingdetigaoerzhujianfazhanqilaidechaoyangchanye。tadechuxiangeirenmendeshenghuodailaijidadebianli；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-YG2ULzuoweiduandianyuyunduanxianglian
，weiyunduantigongjiajuzhinengshebeideyunxingqingkuangbingjieshouyunduankongzhimingling。yuanchengzhongduanshebeiketongguoyunduanshishizhaxunhekongzhijiajuzhinengshebei。

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。ZigBee無wu線xian傳chuan感gan器qi監jian控kong子zi係xi統tong通tong過guo各ge個ge傳chuan感gan器qi節jie點dian采cai集ji數shu據ju，將jiang采cai集ji的de數shu據ju通tong過guo無wu線xian網wang絡luo係xi統tong傳chuan遞di給gei路lu由you節jie點dian

，再zai通tong過guo路lu由you節jie點dian將jiang收shou集ji的de各ge個ge終zhong端duan節jie點dian的de數shu據ju進jin行xing二er次ci傳chuan遞di給gei協xie調tiao器qi
，由you協xie調tiao器qi與yu智zhi能neng網wang關guan進jin行xing數shu據ju交jiao換huan
，以yi完wan成cheng數shu據ju的de傳chuan遞di。用yong戶hu就jiu能neng在zai遠yuan程cheng進jin行xing查zha家jia中zhong的de各ge種zhong環huan境jing信xin息xi，實shi時shi掌zhang握wo家jia中zhong的de最zui新xin動dong態tai。網wang關guan子zi係xi統tong有you兩liang大da作zuo用yong，一yi是shi連lian接jie以yi太tai網wang；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

zaixitongtigongzaixianzhakananquanjianceshujudegongneng
，tongguoduochuanganqicaijishuju
，dajianwuxianjuyuwang，shishitongbugegechuanganqixinxi，shixianquanfangweideanquanjiancehebaojinggongneng；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、顯xian示shi等deng任ren務wu要yao執zhi行xing時shi就jiu執zhi行xing。當dang各ge層ceng初chu始shi化hua之zhi後hou，係xi統tong進jin入ru低di功gong耗hao模mo式shi，當dang事shi件jian發fa生sheng時shi，喚huan醒xing係xi統tong，開kai始shi進jin入ru中zhong斷duan處chu理li事shi件jian，結jie束shu後hou繼ji續xu進jin入ru低di功gong耗hao模mo式shi。如ru果guo同tong時shi有you幾ji個ge事shi件jian發fa生sheng，判pan斷duan優you先xian級ji
，逐zhu次ci處chu理li事shi件jian。這zhe種zhong軟ruan件jian構gou架jia可ke以yi極ji大da地di降jiang級ji係xi統tong的de功gong耗hao。整zheng個geZ-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。