基于zigbee、wifi无线传感网络的智能家居环境监测系统的研究与实现.doc

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1、基于ZigBee、WiFi无线传感网络的智能家居环境监测系统的研宄与实现桂林师范高等专科学校桂林航天工业学院桂林电子科技大学摘要：随着物联网技术的兴起，家居智能化蓬勃发展，许多手机、路由器、电视等电子电器厂商纷纷推出智能家居产品，但家居环境监测方面的产品不多。利用ZigBee、WiFi无线传输技术和传感器技术，通过微控制器组建了一个监测系统,以实现家居环境检测的远程及自动化控制。方案采用MSP430主控芯片，超低功耗、低成本，支持大量监测节点和多种网络拓扑，适应性强，大大降低了系统的复杂度，实现了快速响应，增强了系统运行的可靠性和安全性等。关键词：贺能家居环

2、境监测;ZigBee;WiFi;MSP430;传感器;作者简介：蒋昌茂（1971—），男，广西桂林人，高级工程师，硕士，研究方向为1P通信及物联网应用。作者简介：刘洪林（1967一），男，广西桂林人，教授级高级工程师，学士，研宄方向为多媒体技术、网络通信和新型硬件电路设计应用。随着无线网络技术的快速发展，物联网在人们生活中的应用越来越广泛，特别是在智能家居方面，而且许多手机、路由器、电视等智能电器厂商也纷纷推出了相关产品。但是，智能家居作为一个庞大的系统，所涉及到的内容非常广泛。鉴于目前家居环境监测方面的产品很少，本设计利用ZigBee,WiFi两种无线传输

3、技术和传感器技术，通过微控制器实现了一个远程自动控制的家居环境监测系统。1设计思想及网络架构1.1设计思想本方案的智能家居环境检测系统主要包拈以下3个部分，即PC上位机监测部分、数据传输部分、数据釆集部分。上位机监测界面用VisualBasic设计，为用户提供直观的数据;数据传输用基于TRRR802.15.4的ZigBee无线传输和基于TEEE802.11的WiFi无线传输互相配合实现;数据采集部分采用TI公司的MSP430超低功耗MCU作为主控芯片，选用DHT11温、湿度传感器、MQ2烟雾传感器、人体红外热释电传感器等采集环境数据。本方案通过ZigBee,

4、WiFi两种无线传输技术互相配合进行数据传输。ZigBee具有低功耗、低速率、支持多节点和多种网络拓扑的优点，还具有低复杂度、低成本、安全、稳定、可靠等通信特色，在数据流量比较小的传感器和自动化控制领域有很好的应用。WiFi传输速率快，覆盖范围比较广，与路由器对接比较方便，但功耗比较高，可扩展的节点数量有限。对于传输传感器采集的数据而言，其数据流量要求并不是很大，但传感器节点的数量会比较多，如果全部釆用WiFi传输，会在数据传输速率方面造成很大的浪费，II在节点数量扩展上产生瓶颈。所以，本方案数据采集运用ZigBee无线网络;数据传输通过WiFi模块与路由器

5、配合实现数据转发，建立无线通信;只要做一个数据转发端口实现ZigBee和WiFi网络的互相转发，便可以充分发挥各自优势，只要PC或者移动手机等远程终端能连接到该路由器上，便可以读取和操作采集数据，实现家居环境检测的远程及自动控制。1.2网络架构本方案网络架构如图1，包括无线传感器网络、本地网络和远程网络三部分。对于无线传感器网络部分，无线传感器节点主耍负责采集环境中的温度、湿度、烟雾等数据，经ZigBee网洛传递给ZigBee-WiFi数据转发端口的ZigBee协调器暂存。对于本地网络部分，主要通过ZigBee-Wi.Fi数据转发端口，将ZigBee网络与W

6、iFi网络互联，实现ZigBee协调器数据存储转发，本地的PC上位机和移动手机通过WiFi网络连接到本地无线路由，获取来自无线传感网的采集数据信息。对于远程网络部分，远程PC上位机和移动手机通过WiFi网络连接到远程端的无线路由，通过互联网连接到木地路由，获取无线传感器网络的数据。在移动手机端，也可以通过连接3G网络基站，然后通过基站连接到互联网访问本地路由获取无线传感器网络的数据。2硬件设计本方案硬件设计的重点是本地的ZigBee无线传感网络和本地ZigBee-WiFi双工通信的路由。这两部分主要是由ZigBee无线传输技术组成的无线传感器M络，由WiFi

7、模块与本地无线路由器建立连接，然后通过PC上位机监测软件访问无线传感器网络的数据。2.1无线传感器节点结构及主控芯片设计如图2所示，无线传感器节点包括电源转换部分，它为传感器、主控芯片和ZigBee模块提供合适的电源。主控芯片为MSP430系列超低功耗微控制器，微控制器读取温、湿度传感器的数据，判断红外热释电传感器、烟雾传感器等传感器工作态并采集其数据。该过程通过ZigBee无线模块进行(无线传感器一MSP430MCU)数据通信，而这里引出的1/0接口是为了方便连接更多的外设。图1监测系统无线传感网络总体架构下载原图阁2监测系统无线传感器节点基本架构框阁下载

8、原阁2.2ZigBee-WiFi数据转发端口结构及主