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-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。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

ZigBee協xie議yi為wei智zhi能neng家jia居ju環huan境jing監jian測ce提ti供gong了le無wu線xian自zi組zu局ju域yu網wang解jie決jue方fang案an。協xie調tiao器qi節jie點dian可ke以yi實shi時shi獲huo取qu到dao各ge個ge終zhong端duan節jie點dian的de環huan境jing信xin息xi，實shi時shi傳chuan遞di給gei用yong戶hu便bian於yu用yong戶hu查zha看kan，路lu由you節jie點dian用yong於yu終zhong端duan節jie點dian的de二er次ci傳chuan遞di，起qi到dao信xin息xi傳chuan遞di的de作zuo用yong；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(ge)Z-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。