文/屈伟明

随着数字信息技术、网络技术和无线通信技术的高速发展，人们的工作、生活与通讯、信息的关系越来越紧密，传统的住宅已经不能满足人们的生活需求，智能家居便应运而生。本文系统主要基于 Linux 的 ARM9 信息交互中心、GSM 联网技术、ZigBee 无线通信等技术。通过 Internet 网络使整个系统接入到互联网，同时通过GSM联网使整个系统接入到移动网络，进行家居安防和家居控制，实现了远程报警、远程遥控等功能。

【关键词】物联网 智能家居 ZigBee 远程控制

物联网，顾名思义，就是将任何物品像互联网一样相互连起来。第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。是一种通过射频识别 (RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。智能家居是以各种家电设备为基础平台，采用先进的计算机、通信和控制技术，实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅系统。它包括可视对讲、家电控制、家庭内部的安全防范、远程的视频监控等等。随着“物联网”网络技术和智能家用电器设备的飞速发展，越来越多的家庭追求更加便捷的家居生活方式，实现电器互联互通，通过家电控制器、家庭网关将家电连接到广域网，从而实现随时随地的远程控制。

1 系统的总体方案

本文主要从系统的低耗性、经济性、简单性、适用性和易维护性等出发，结合现有物联网核心技术，提出该基于物联网的智能家居远程控制系统设计与实现方案。本智能家居系统由 ARM 模块，ZigBee 模块，以太网模块，GSM 模块组成，其中 ARM 模块为中心控制单元，通过各个传感器采集室内各信息，将数据通过互联网实时反馈到客户终端及手机终端。同时，用户可经过客户终端及手机终端远程操作家居，可达到实时监控与操作的目的。

系统总体设计图如图1所示。

本系统主要实现功能：

（1）远程警报。当家庭突发火灾或是煤气泄漏时，相应传感器将检测到情况，立刻通过室内的 ZigBee 无线网络，将采集到的信号发送到 ARM 主控制器，再经过控制器处理，最后将警报信息通过 GSM 模块以短消息的方式发送到主人的手机上，从而实现了家庭的远程警报功能。

（2）远程控制。当我们需要远程控制家用电器的开关时，只要用手机发送指定命令的短信息，通过 GPRS 模块的接收，井将短信息翻译成为可以识别的命令传输给ARM控制器，控制器经过处理，通过 ZigBee 模块的无线传输将命令发送到与家电相连接的 ZigBee 智能开关上，以实现了对家电的控制。

（3）远程监控。当朋友或是陌生人来访时，门禁系统开始工作，摄像头采集来访者的头像信息，并传至 ARM 控制器，经过控制器处理，通过以太网模块传至云端，主人可以访问因特网查看来访者的信息；同时房子内部也可以安装摄像头，主人在外出时，通过电脑或是手机可以实时查看房间的情况，从而实现物联网的远程监控。

2 系统硬件总体设计

本文采用 S3C2440 微处理器芯片作为家庭网关 AMR 模块的控制器，其主要特点是低价格、低功耗、高性能，提供大量的寄存器，指令执行速度更快。在稳定性、通用性、完备性、可扩展能力等特点方面具有一定的优势。家庭网关模块是整个物联网智能家居系统的核心部分，它是家庭外部通讯网络 (Internet、GSM) 和 家 庭内部控制网络 (ZigBee) 之间一个桥梁。因此，家庭网关必须满足以下两方面的要求：第一，要实现Internet 远程访问，家庭网关必须支持 TCP/IP协议并且能够提供 Web 服务。第二，要实现内部控制网络对物联网智能家居中的智能终端设备进行监控和管理，家庭网关必须支持内部控制网络和家庭外部通讯网络之间的协议和信息等转换功能。 

家庭内部控制网络模块使用的是 ZigBee作为其通信模块。ZigBee 模块采用 CC2430，其优点是低成本、灵敏度高、抗干扰能力强、功耗低；在 ZigBee 网络中存在三种逻辑设备类型：Coordinator( 协调器 )，Router( 路由器 )和End-Device(终端设备)。

以太网是物联网智能家居系统中一个很重要的功能模块，可以实现系统的远程登录，系统的资源分享和管理，以及完成系统的更新下载等功能。本系统以太网模块采用 DM9000芯片完成网络接口的功能， 其优点是DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的专用的以太网 MAC 控制器，它支持 8 位、16 位、32位的接口来访问内部存储器，以满足不同处理器的需求。DM9000 物理协议层接口完全符合IEEE 802.3u规格，并且还支持 IEEE 802.3x全双工流量控制，GSM 模块采用高性能 TC35 芯片，模块符合 GSM0705 和 GSM0707 标准，能够通过AT指令来进行控制，提供标准的RS232接口，提供安全稳定的双频 (GSM900/GSM1800) 短消息数据通信，TC53 芯片主要由 GSM 基带处理器、GSM 射频部分、电源电路和 FLASH存储部分组成。

系统硬件结构图如图2所示。

3 系统软件设计

系统具体工作流程为，首先系统各模块初始化，传感器对各种参数进行采样。通过数模转换将其送入数据处理模块进行判断。若超出标准范围，判断故障类型，则由 ARM 控制中心控制蜂鸣器进行报警并发送警报短信。 当户主接到发出的报警短信后，可以通过手机发送控制短信到 GSM 模块，ARM 控制中心发送读取短信的 AT 指令到 GSM 模块读取收到的短信，并判断短信的指令是否符合标准。若不符合标准，则提醒用户重新发送，若指令正确，根据短信内容向 ZigBee 协调器发出相应的控制信息。

协调器接收到信息后，将其传送到指定的 ZigBee 节点，节点根据信息的指示做出控制或者获取传感器信息，并将控制结果或传感器信息发送到协调器，协调器将其传给 ARM控制中心。

ARM 控制中心根据收到结果信息后，发送 AT 指令控制 GSM 模块回复短信到用户，对用户的控制结果进行回复。ZigBee 节点控制的煤气和人体感应传感器如果检测到煤气或有人入侵，会直接发送报警信息到协调器，协调器将报警信息传送至服务器，服务器控制 GSM 模块将报警信息发送到控制者的手机上。

系统工作流程图如图3所示。

4 结束语

本文提出了智能家居系统的整体结构，讨论了智能家居系统的设计与实现，采用ZigBee 组网、GSM 无线通信技术及嵌入式的网关服务器，实现了家居安防和家居远程控制。通过本系统能够随时随地控制家电开关、对火灾和外人入侵进行报警，让家居更安全方便。并具有实现简单、性能稳定、成本低、适用范围广、安全可靠等优点，可以广泛应用于家庭住宅中，具有广泛的应用前景。

参考文献 

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作者简介 

屈伟明 (1989-), 男， 陕西省人。大学本科学历。主要研究方向为计算机网络和移动通信技术。

作者单位

西安翻译学院工程技术学院　陕西省西安市   710105