[发明专利]一种无线传感器网络智能家居

说明书

技术领域

本专利提出了一种星型网络结构的ZIGBEE无线传感器网络作为家居控制子网，以扩展了INTERNET接口的嵌入式系统作为家居控制中心，以现有的能够接入以太网的设备实现对家居生活的远程智能监控，从而搭建一个完整的无线传感器网络智能家居控制系统。

背景技术

随着物质水平的逐渐提高，人们对传统家居生活有了更多的想法，需要一种更快捷、更方便、更人性化的生活方式。传统的智能家居控制一般是通过有线线路布线并进行各种控制和通信，这种方式的可扩展性比较差，一旦布好线就很难重新改造。

针对传统智能家居这种布线难、造价高、结构复杂的问题，本专利将ZigBee无线通信技术引入到智能家居中，具有免布线、维护方便、运行费用低、实时在线监控的特点。

发明内容

一种无线传感器网络智能家居是在房间、家居和家电中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet网络连接，通过安装设置的温度、湿度、光照等传感器感应室内不同位置的环境状况，从而对门窗、空调等家电进行自动控制，为人们提供智能、舒适的居住环境。

无线传感器网络智能家居系统是一套集协动控制、数据采集及实时监控等功能于一体的无线网络系统，它将与家庭生活有关的各种应用子系统有机的结合在一起，通过远程控制，让家庭生活的更舒适、安全、有效和节能。完整的智能家居系统中除了需要部署能够控制各种电器自动化工作的控制节点（一般安装在电器设备的控制器或继电器上），还需要有能够实时进行环境监测的传感器节点（如温度传感器节点、煤气传感器节点、光照度传感器节点、房屋振动传感器节点等）。

一种无线传感器网络智能家居系统由三部分组成：家居远程监控模块、家居控制中心模块和家居控制节点模块。其中家庭控制节点模块可以根据生活的需求进行拓展, 整个系统的网络拓扑图如附图1所示。本专利以家庭生活中的煤气监测作为监控节点。

系统工作流程是：首先家居控制中心模块建立Zigbee智能网络，各个家居控制节点加入网络中，它们共同构建了一个星型Zigbee无线家居网络。当用户通过远程监控模块需要对某个家居设备进行监测或控制时，控制中心找到与该设备节点相连的ID信息，并将控制信息发往该节点，节点收到信息后，切入功能驱动模块对该家居进行相应的操作，从而完成智能家居的控制。

（一）家居控制中心

家居控制中心模块是智能家居内部网络与外部网络的连接接口，用以实现网络的接入以及连接家庭内网的功能。该模块是智能家居的核心设备和集中控制中心，对家庭网络中的各个节点进行集中控制和管理。设备必须由至少一个Zigbee网络的FFD组成，一方面主导家居内部网络建立的整个过程，包括系统初始化、网络的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、数据转发表、设备关联表等几个方面，另一方面作为家居网关和设备节点之间的桥梁，完成家居网关和家居设备节点的通信，包括接收家庭各控制节点的状态信息，以及发送命令控制节点的状态。

控制中心采用系统轮询和突发事件报告机制。其工作流程为：控制中心每隔一段时间向每一个家庭控制节点发送查询命令，控制节点收到查询命令后，将当前状态发送给控制中心。如果发生紧急事件，控制节点可以向控制中心主动上报事件，控制中心处理后向远程监控平台发送报警信息。

控制中心打开电源先进行初始化，申请加入网络后直接进入休眠状态，当控制中心收到控制节点的请求时，激活控制节点，接收信息，处理完毕后继续进入休眠状态，等待有请求再次激活。

控制中心软件流程图见附图3

控制中心不仅可以主动请求所有节点信息，还要能够实现对节点的控制，比如关闭煤气阀、报警撤防、灯光控制等。因此控制中心需要定义与每个节点的控制命令，如：

#define CONDITION 0X01 //空调控制

#define GAS  0X02 //煤气控制

#define SAFEALARM  0X03 //安全报警控制

家居控制中心通过建立起来的Zigbee通信网络发出请求帧来查询或者命令无端的家居设备节点的功能，指定的家居设备节点收到正确的数据帧并完成指定操作之后自动返回一个应答帧告知命令执行的结果。

（二）家居控制节点