無線wifi模塊廠家以2.4G和ZigBee物聯(lián)網(wǎng)應用智能家居控制，為了進一步降低智能家居成本和功耗，提高智能家居的控制方式，設計了基于2.4G和ZigBee的智能家居系統(tǒng)。它包括云服務器、網(wǎng)關節(jié)點、2.4G的遠程遙控節(jié)點和ZigBee傳感器網(wǎng)絡等。它將節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)通過WiFi上傳到云服務器和手機App顯示，通過手機App或2.4G遙控模塊實現(xiàn)對ZigBee各個節(jié)點的遠程控制，實現(xiàn)安防，環(huán)境監(jiān)測，遠程遙控開關，智能燈光調(diào)節(jié)等功能。實驗結(jié)果表明，這種智能家居控制系統(tǒng)簡單可行，成本低，功耗低，開發(fā)簡單，擴展容易推廣。由于靈活、便攜和較低的安裝成本，無線智能家居正逐漸流行起來。本文介紹了一種智能家居控制系統(tǒng)，它能方便地根據(jù)需要對家用電器進行遠程管理與控制，為人們提供一個安全、舒適、高效的生活環(huán)境。ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術，主要應用于短距離、低功耗和低傳輸速率的場合以及典型的周期數(shù)據(jù)；同時，由于反應時間短、數(shù)據(jù)傳輸不連續(xù)等特點，特別適合小型電子設備的無線控制指令傳輸?，F(xiàn)在的無線wifi模塊廠家ZigBee智能家居控制方案有很多種，比如PC上位機、嵌入式圖形界面GUI(graphicaluserinterface)、云服務器等。但是，這些交互方式都存在一些問題：PC上位機需要通過接線與網(wǎng)關連接，從而降低了網(wǎng)關的移動性，因為大部分時間網(wǎng)關都是空閑待機，應用嵌入式GUI無形中增加了設備的開發(fā)成本和不必要的功耗，造成資源的浪費等等；單用云服務器交互，無疑是對網(wǎng)絡質(zhì)量的依賴，減少系統(tǒng)的穩(wěn)健性。所以，設計一套低成本、低功耗、高魯棒性、易于實現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)顯得尤為重要。

智能家居系統(tǒng)的方案設計，利用ARM和ZigBee技術，設計了一種基于ARM和ZigBee的智能家庭遠程監(jiān)測系統(tǒng)，利用ARM11處理器移植Linux開發(fā)網(wǎng)關，并利用無線wifi模塊廠家ZigBee和TD-LTE無線終端系統(tǒng)。通過4G網(wǎng)絡與ZigBee進行交互，利用觸摸屏將用戶手機的狀態(tài)信息和家庭設備發(fā)送的信息顯示出來，用戶可以很容易地輸入相應的指令來控制家庭設備。一種基于網(wǎng)絡和GSM的智能家庭控制系統(tǒng)。它包括無線wifi模塊廠家ZigBee模塊、樹莓派、智能插頭和GSM調(diào)制解調(diào)器，用戶可以通過網(wǎng)絡或GSM對家庭設備進行遠程靈活的監(jiān)控。基于ZigBee和WiFi的智能家居系統(tǒng)，采用ST作為主處理器，通過公司芯片組成ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡。通過智能終端設備與WiFi模塊進行通訊，以太網(wǎng)模塊可將網(wǎng)關連到因特網(wǎng)上，從而實現(xiàn)室內(nèi)的遠程監(jiān)控。針對以上問題，本文設計了一個基于2.4G和ZigBee的智能家居系統(tǒng)，以達到進一步降低成本、功耗、增加控制的目的。它包括云服務器、網(wǎng)關節(jié)點、2.4G遠程遙控節(jié)點和ZigBee傳感器網(wǎng)絡。Gateway主要負責ZigBee傳感器網(wǎng)絡與云服務器和遠距離的數(shù)據(jù)交互；無線wifi模塊廠家ZigBee傳感網(wǎng)絡由協(xié)調(diào)網(wǎng)和子結(jié)點組成，通過Z-Stack協(xié)議棧構(gòu)成星形網(wǎng)絡進行無線數(shù)據(jù)傳輸。煙幕傳感器和溫度濕度傳感器負責家庭環(huán)境監(jiān)測；紅外熱釋電傳感器負責家庭安全監(jiān)測[7]；非智能設備用繼電器模塊進行遠距離開關；燈光控制節(jié)點用太陽能電池板和紅外熱釋放電感傳感器來實現(xiàn)智能燈光調(diào)節(jié)。每個子結(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關上傳到云服務器，云數(shù)據(jù)與手機App同步，而App(2.4G遙控)控制指令通過WiFi模塊(2.4G遙控)傳給網(wǎng)關處理后，并通過協(xié)調(diào)機構(gòu)發(fā)送給相應的終端節(jié)點，實現(xiàn)對各個子節(jié)點的監(jiān)控。2.4G遙控器相對于傳統(tǒng)的紅外線、藍牙等遙控器有許多優(yōu)勢[8]，不僅傳輸距離遠，而且消除了定向等問題。利用2.4G遙控器與網(wǎng)關進行交互，可進一步降低成本、功耗，實現(xiàn)人機交互功能，提高產(chǎn)品性能。

硬件主要包括網(wǎng)關模塊、ZigBee模塊和2.4G遠程控制模塊。網(wǎng)關模網(wǎng)關模塊由S主控制器、無線wifi模塊廠家WiFi模塊、ZigBee協(xié)調(diào)模塊和2.4G接收機組成。主控制器采用S低成本，高性能32位微處理器；WiFi模塊以樂鑫科技ESP8266模塊為核心；X是一款自帶2.4G高速無線收發(fā)模塊的單片機，集成了RF收發(fā)器、頻率發(fā)生器、晶振、GFSK調(diào)制解調(diào)器等功能模塊。采用SPI/IIC接口，可靈活配置輸出功率、通道、協(xié)議，內(nèi)建CRC、FEC、自動應答、自動重發(fā)等功能，大大簡化了系統(tǒng)設計，優(yōu)化了性能。該模塊采用全電路方式設計，用戶只需簡單地連接電源、地線、MOSI、MISO、CS、CLK等6條線就可使用。該模塊采用微帶線，傳輸距離超過50米，具有體積小、功耗低、收發(fā)靈敏度高、價格低廉等優(yōu)點。

ZigBee子節(jié)點模塊入侵檢測采用H紅外熱釋電模塊，煙霧報警器采用M可燃氣體傳感器模塊；溫濕度監(jiān)測采用D溫濕度傳感器；繼電器開關節(jié)點采用多路繼電器模塊；照明模塊由太陽能電池板組成，熱電傳感器和LED燈組成。

遙控器采用同型號的2.4G芯片X為主控單元，矩陣鍵盤為控制輸入，電池供電。系統(tǒng)軟件設計網(wǎng)關程序設計網(wǎng)關上電后相應硬件初始化。該協(xié)調(diào)程序選擇一個PANID(personalareanetworkID)，該協(xié)調(diào)程序在該節(jié)點加入網(wǎng)絡時分配地址，然后開始接收數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)程序接收的數(shù)據(jù)由S通過WiFi上傳到云服務器；WiFi/2.4G模塊接收指令由S通過協(xié)調(diào)程序發(fā)送到相應節(jié)點。

ZigBee子節(jié)點編程，將NV_RESTORE=1宏定義添加到預編譯選項中，以便在子節(jié)點斷網(wǎng)重新連接之后，協(xié)調(diào)者在協(xié)調(diào)器之前分配的短地址保持不變，協(xié)調(diào)者可以繼續(xù)使用該地址進行點播通信。感應點的時序采集傳感器數(shù)據(jù)的上傳；繼電節(jié)點的睡眠等待協(xié)調(diào)器消息；燈控節(jié)點有4種采用PWM調(diào)光方式的亮燈模式，按指令進行模式切換。以下4種模式：模式1為缺省模式，夜間，人體感應時微亮20s；模式2夜亮，人體感應時亮20s；模式3常亮；模式4關閉人體感應并關燈。3.32.4G遠程控制和接收程序的設計，由于ZigBee和WiFi都是2.4G頻段，因此2.4G模塊采用了無線wifi模塊廠家WiFi和ZigBee間隔信道跳頻通信，以降低信道干擾，提高通信質(zhì)量。遠程遙控上電休眠，通過按鍵觸發(fā)喚醒，檢測到按鍵發(fā)送相應數(shù)據(jù)包，檢測到按下結(jié)束后立即進入睡眠狀態(tài)，以實現(xiàn)超長待機的低功耗。接收端上電進接收方式，如在指定時間內(nèi)接收正確數(shù)據(jù)，由SPI傳送至S處理，否則可立即重新接收通道。
云服務器和應用程序的軟件設計系統(tǒng)選擇云物聯(lián)網(wǎng)云平臺，通過WiFi模塊與云服務器進行連接。注冊平臺并添加自己的數(shù)據(jù)點之后，生成的代碼包被移植到網(wǎng)關代碼中，WiFi模塊需要燒錄它的官方固件，這樣無線wifi模塊廠家WiFi模塊就可以自動連接到路由和云平臺；使用它的官方App就可以對設備進行遠程監(jiān)控和管理。

為了測試系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，評估系統(tǒng)可靠性，對建筑物存在障礙時的丟包率測試。為了仿真家庭環(huán)境中ZigBee節(jié)點的分布，將測試節(jié)點置于距離網(wǎng)關50m以內(nèi)的不同位置，并利用App和2.4G遙控器，實現(xiàn)遠程控制。手機App控制方式的丟包率隨距離的增加幾乎為0，反映了物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性，但這也取決于網(wǎng)絡質(zhì)量，如果網(wǎng)絡不穩(wěn)定，則會增加丟包率。不像App控制方式，2.4G遠程控制方式不依賴網(wǎng)絡，在20m以內(nèi)丟包率為0，在20m~50m之間，丟包率為1%，隨著距離的持續(xù)增加，丟包率會進一步增加。

總的來說設計達到了要求，能夠很好地實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的控制。采用無線wifi模塊廠家Zigbee構(gòu)造星型傳感器網(wǎng)絡，使其成為家庭感知網(wǎng)絡和用戶之間的一座橋梁；2.4G遙控器和手機App遙控器可讓用戶通過云服務器輕松實現(xiàn)家庭遠程控制，實現(xiàn)家庭設備的高效遙控，這樣既減輕了室內(nèi)局部布線的麻煩，又大大降低了成本和功耗。經(jīng)試驗表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，成本低，功耗低，開發(fā)簡單，便于擴展和推廣，能滿足用戶對智能家居的需求。