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無線傳感器技術(shù)在智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用
作者：程海英; 陳勇
來源：中國儀器儀表
日期：2010-12-15 15:24:45
摘要：近年來無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從人工操作的無線電報網(wǎng)絡(luò)到使用擴頻技術(shù)的自動化無線局域網(wǎng)絡(luò)。
1 引言
智能家居是利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及通信技術(shù)將各種設(shè)施通過網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而滿足整個系統(tǒng)的自動化要求，能夠提供更便捷的控制和管理。傳統(tǒng)的智能家居實現(xiàn)一般是通過有線線路的布線方式對樓宇設(shè)施進(jìn)行控制和通信，很難脫離各種線纜的束縛、安裝成本較高，而且系統(tǒng)的擴展性也很差。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)不僅可以擺脫線纜的束縛、降低安裝成本，而且系統(tǒng)的擴展性也有了大幅度的提高。
2 智能家居系統(tǒng)概述
智能家居系統(tǒng)可以劃分為外網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)和內(nèi)網(wǎng)3個部分。外網(wǎng)可以是小區(qū)局域網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、電話網(wǎng)和Internet等，大多采用比較成熟的技術(shù)。內(nèi)網(wǎng)則是用于互連家庭內(nèi)部各種家電、設(shè)備的局域網(wǎng)，由于所連接的設(shè)備千差萬別，其組網(wǎng)形式也表現(xiàn)出很大的多樣性。家庭內(nèi)網(wǎng)根據(jù)其功能大體上分為3類：用于實現(xiàn)控制功能的控制網(wǎng)絡(luò)，用于交換數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用于傳輸音頻和視頻的多媒體網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)關(guān)是連接家庭內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，將內(nèi)網(wǎng)接入外網(wǎng)，為外網(wǎng)提供對家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制功能；同時家庭網(wǎng)關(guān)允許家庭內(nèi)部可以采用不同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用網(wǎng)關(guān)為不同的通信子網(wǎng)提供橋接的能力，使各子網(wǎng)內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間可以相互通信。智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
?。?）安全防護(hù)：包括小區(qū)周邊防護(hù)、家庭可視對講、門禁控制、防盜報警、防火災(zāi)、防燃?xì)庑孤缏┑龋?
?。?）高速信息接入：Internet、視頻電話、小區(qū)局域網(wǎng)等通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入家庭。
?。?）小區(qū)服務(wù)：小區(qū)管理中心可以對轄區(qū)內(nèi)設(shè)備、環(huán)境實施監(jiān)控和管理。
智能家居系統(tǒng)重點考慮的是家庭內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，主要包括智能家居網(wǎng)關(guān)和家庭智能傳感器節(jié)點2個部分。智能家居網(wǎng)關(guān)是家庭資源管理和配置中心，完成家庭組網(wǎng)和節(jié)點控制等功能。智能家居的網(wǎng)關(guān)通過組網(wǎng)技術(shù)連接家庭網(wǎng)絡(luò)中各傳感器開關(guān)節(jié)點，通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議對內(nèi)實現(xiàn)智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的管理和控制，對外作為家庭網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的信息的交互接口。智能家居能實現(xiàn)的各種功能，如：家庭監(jiān)控、內(nèi)外信息交互、能源管理、家庭安防、場景設(shè)置等都離不開智能家居網(wǎng)關(guān)的支持，許多功能都是基于智能家居網(wǎng)關(guān)而實現(xiàn)的。
3 智能家居的關(guān)鍵技術(shù)
智能家居中的關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性決定了整個智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性。智能家居中的通信方式大致分為有線和無線2種。有線方式有電力線載波(PLC)、以太網(wǎng)和有線局域網(wǎng)等。
無線方式可分為兩大類:一是基于蜂窩的接入技術(shù)，如蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)，通用分組無線傳輸技術(shù)(GPRS)，EDGE等；二是基于局域網(wǎng)的技術(shù)，如ZigBee、IEEE802.11W LAN、藍(lán)牙（Bluetooth）、紅外通信技術(shù)、Wi-Fi和超寬帶(UWB)技術(shù)等。無線方式的優(yōu)點在于無需布線，大大降低了施工難度。
?。?）無線傳感器技術(shù)的概念
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks WSNs)是由眾多傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。其目的是感知、采集和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的感知對象的各種信息，并發(fā)送給觀測者。傳感器節(jié)點、感知對象和觀測者是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的3個組成部分：無線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器節(jié)點與觀測者之間的通信基礎(chǔ)，用于在傳感器與觀測者之間建立通信路徑；感知、采集、處理、發(fā)送感知信息是傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分或全部節(jié)點可以移動。傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布形狀也會隨著節(jié)點的移動而不斷地動態(tài)變化。傳感器節(jié)點由電源、傳感器元器件、處理器CPU、存儲器、通信部件和軟件幾部分構(gòu)成。
與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：感知范圍擴大、容錯性能提高、測量的準(zhǔn)確性提高、成本降低，此外，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很高的智能性，部署方便，可以長期在無人干預(yù)的環(huán)境中自主工作。大大降低了使用和維護(hù)的成本。
?。?）無線傳感器技術(shù)的特點
近年來無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從人工操作的無線電報網(wǎng)絡(luò)到使用擴頻技術(shù)的自動化無線局域網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷地擴展。目前主流的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如：IEEE8O2.11、IEEE802.15.3(Bluetooth)、IEEE802.15.4(ZigBee)都是為了數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計的。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點如下：
規(guī)模大：傳感器網(wǎng)絡(luò)可能包含多達(dá)成千上萬個節(jié)點。
高冗余：為了保證網(wǎng)絡(luò)的可用性和生存能力，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常具有較高的節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余，以及采集的數(shù)據(jù)冗余。
拓?fù)湟鬃兓撼斯?jié)點移動帶來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，傳感器?jié)點的功率控制和剩余電量下降等因素也會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓Ａ硗?，根?jù)應(yīng)用需要，網(wǎng)絡(luò)中有些節(jié)點可能進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而引起工作節(jié)點在數(shù)目和分布上的變化，導(dǎo)致拓?fù)涓淖儭?
專用：傳感器網(wǎng)絡(luò)是針對某種數(shù)據(jù)采集需求而專門建立的。
空間位置尋址：用戶往往不關(guān)心數(shù)據(jù)采集于哪一個節(jié)點，而關(guān)心數(shù)據(jù)所屬的空間位置，因此可采取空間位置尋址方式，而不必采用Internet的IP尋址方式。
自組織：網(wǎng)絡(luò)的建立和節(jié)點間通信不依賴于固定的通信基礎(chǔ)設(shè)施。傳感器節(jié)點通過分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動調(diào)整以適應(yīng)節(jié)點的移動、添加和退出、剩余電量和無線傳輸范圍的變化等。
流量不均衡：傳感器網(wǎng)絡(luò)流向處理中心的數(shù)據(jù)量往往遠(yuǎn)大于反方向的流量。數(shù)據(jù)流向處理中心且在處理中心集中，會出現(xiàn)離處理中心越近，節(jié)點負(fù)載越重的現(xiàn)象。
4 無線傳感器技術(shù)的系統(tǒng)實現(xiàn)
?。?）系統(tǒng)功能模塊組成
智能家居系統(tǒng)是一種基于單片機的可通過電話、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)訪問及控制家居設(shè)備的控制系統(tǒng)。智能家居網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集、命令控制模塊和TCP/IP協(xié)議模塊實現(xiàn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化，命令控制分為3種模式:1）電話遠(yuǎn)程控制；2）網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制；3）現(xiàn)場當(dāng)機操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
智能家居網(wǎng)關(guān)是整個系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)與系統(tǒng)中的各模塊協(xié)同工作。通過單片機及模塊中的各接口實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的調(diào)度。該模塊既可響應(yīng)來自外部的電話及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的控制請求指令,通過對指令的解釋,傳輸相應(yīng)的狀態(tài)信息或控制調(diào)度各模塊動作,也可響應(yīng)家居內(nèi)部的安防報警請求,并通過電話模塊向用戶發(fā)送報警信息。
硬件部分包括CPU基本系統(tǒng)、以太網(wǎng)接口、RS2485接口、RS2232接口、USB接口。CPU基本系統(tǒng)包括電源、復(fù)位、Flash、內(nèi)存等電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
電源：系統(tǒng)采用樓宇自動化的標(biāo)準(zhǔn)12V/5V直流電源，用DC-DC轉(zhuǎn)換器完成5~3.3V和5~1.8V的轉(zhuǎn)換，給CPU和外圍器件提供電源。
復(fù)位電路和時鐘電路：時鐘電路為微處理器及其他電路提供工作時鐘，是系統(tǒng)必須的重要電路。復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位功能，系統(tǒng)采用較簡單的RC復(fù)位電路。
Flash存儲器接口電路：Flash存儲器在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)等。Flash接口電路是最小系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要的電路。常用的Flash存儲器為8bit/16bit數(shù)據(jù)寬度，工作電壓一般為3.3V，主要生產(chǎn)廠商為Intel、Atmel、Hyundai等。
S D R A M接口電路：與F l a s h存儲器相比較，S D R A M雖然不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲器，并且具有讀/寫屬性，SDR A M在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。
液晶顯示：液晶選用SHARP公司的HR-TFT，型號是LQ035Q7DB02。該液晶模塊是TFT型液晶，260K真彩顯示。模塊包括觸摸屏接口，背光采用白色LED背光，典型驅(qū)動電壓是21.6VDC。
電話遙控：用戶可以用手機或電話遙控家電的開關(guān)，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程家庭遙控管理。系統(tǒng)首先利用解碼芯片對DTMF信號進(jìn)行解碼，然后由MPC850對解碼進(jìn)行譯碼，并根據(jù)譯碼發(fā)出相應(yīng)的控制信號，驅(qū)動被控電路，實現(xiàn)對家電的控制和電話控制等。
（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件部分主要由家庭網(wǎng)絡(luò)終端程序組成。
系統(tǒng)上電后，對各模塊進(jìn)行初始化操作，其主要功能包括水、電、氣3表的數(shù)據(jù)采集和存儲、報警信息的獲取、設(shè)防撤防狀態(tài)的獲取和以上信息數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。主控模塊處于待機狀態(tài)，以中斷方式隨時響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)通信模塊、電話語音模塊及安防報警3方面的請求，其中的網(wǎng)絡(luò)通信模塊工作在服務(wù)模式下，偵聽來自互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制請求。對于電話的連接請求，在核實用戶身份后，通過語音提示模塊引導(dǎo)用戶完成電話的按鍵指令操作，控制相關(guān)模塊動作，并以語音提示信息的方式向電話用戶回送相關(guān)信息；對于安防報警方面的請求，主控模塊則以用戶事先設(shè)定的電話號碼拔通用戶電話并以語音提示的方式向用戶發(fā)出報警。數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收要遵守家庭網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議。
5 結(jié)束語
隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、圖像顯示技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通過現(xiàn)有的因特網(wǎng)和PSTN實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制越來越普遍，組建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，可以滿足低成本、低功耗、易操作、易安裝、易擴充的設(shè)計思路，并且系統(tǒng)安裝方便，適用范圍廣，具有很好的實用價值。
智能家居是利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及通信技術(shù)將各種設(shè)施通過網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而滿足整個系統(tǒng)的自動化要求，能夠提供更便捷的控制和管理。傳統(tǒng)的智能家居實現(xiàn)一般是通過有線線路的布線方式對樓宇設(shè)施進(jìn)行控制和通信，很難脫離各種線纜的束縛、安裝成本較高，而且系統(tǒng)的擴展性也很差。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)不僅可以擺脫線纜的束縛、降低安裝成本，而且系統(tǒng)的擴展性也有了大幅度的提高。
2 智能家居系統(tǒng)概述
智能家居系統(tǒng)可以劃分為外網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)和內(nèi)網(wǎng)3個部分。外網(wǎng)可以是小區(qū)局域網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、電話網(wǎng)和Internet等，大多采用比較成熟的技術(shù)。內(nèi)網(wǎng)則是用于互連家庭內(nèi)部各種家電、設(shè)備的局域網(wǎng)，由于所連接的設(shè)備千差萬別，其組網(wǎng)形式也表現(xiàn)出很大的多樣性。家庭內(nèi)網(wǎng)根據(jù)其功能大體上分為3類：用于實現(xiàn)控制功能的控制網(wǎng)絡(luò)，用于交換數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用于傳輸音頻和視頻的多媒體網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)關(guān)是連接家庭內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，將內(nèi)網(wǎng)接入外網(wǎng)，為外網(wǎng)提供對家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制功能；同時家庭網(wǎng)關(guān)允許家庭內(nèi)部可以采用不同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用網(wǎng)關(guān)為不同的通信子網(wǎng)提供橋接的能力，使各子網(wǎng)內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間可以相互通信。智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
?。?）安全防護(hù)：包括小區(qū)周邊防護(hù)、家庭可視對講、門禁控制、防盜報警、防火災(zāi)、防燃?xì)庑孤缏┑龋?
?。?）高速信息接入：Internet、視頻電話、小區(qū)局域網(wǎng)等通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入家庭。
?。?）小區(qū)服務(wù)：小區(qū)管理中心可以對轄區(qū)內(nèi)設(shè)備、環(huán)境實施監(jiān)控和管理。
智能家居系統(tǒng)重點考慮的是家庭內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，主要包括智能家居網(wǎng)關(guān)和家庭智能傳感器節(jié)點2個部分。智能家居網(wǎng)關(guān)是家庭資源管理和配置中心，完成家庭組網(wǎng)和節(jié)點控制等功能。智能家居的網(wǎng)關(guān)通過組網(wǎng)技術(shù)連接家庭網(wǎng)絡(luò)中各傳感器開關(guān)節(jié)點，通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議對內(nèi)實現(xiàn)智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的管理和控制，對外作為家庭網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的信息的交互接口。智能家居能實現(xiàn)的各種功能，如：家庭監(jiān)控、內(nèi)外信息交互、能源管理、家庭安防、場景設(shè)置等都離不開智能家居網(wǎng)關(guān)的支持，許多功能都是基于智能家居網(wǎng)關(guān)而實現(xiàn)的。
3 智能家居的關(guān)鍵技術(shù)
智能家居中的關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性決定了整個智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性。智能家居中的通信方式大致分為有線和無線2種。有線方式有電力線載波(PLC)、以太網(wǎng)和有線局域網(wǎng)等。
無線方式可分為兩大類:一是基于蜂窩的接入技術(shù)，如蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)，通用分組無線傳輸技術(shù)(GPRS)，EDGE等；二是基于局域網(wǎng)的技術(shù)，如ZigBee、IEEE802.11W LAN、藍(lán)牙（Bluetooth）、紅外通信技術(shù)、Wi-Fi和超寬帶(UWB)技術(shù)等。無線方式的優(yōu)點在于無需布線，大大降低了施工難度。
?。?）無線傳感器技術(shù)的概念
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks WSNs)是由眾多傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。其目的是感知、采集和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的感知對象的各種信息，并發(fā)送給觀測者。傳感器節(jié)點、感知對象和觀測者是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的3個組成部分：無線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器節(jié)點與觀測者之間的通信基礎(chǔ)，用于在傳感器與觀測者之間建立通信路徑；感知、采集、處理、發(fā)送感知信息是傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分或全部節(jié)點可以移動。傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布形狀也會隨著節(jié)點的移動而不斷地動態(tài)變化。傳感器節(jié)點由電源、傳感器元器件、處理器CPU、存儲器、通信部件和軟件幾部分構(gòu)成。
與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：感知范圍擴大、容錯性能提高、測量的準(zhǔn)確性提高、成本降低，此外，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很高的智能性，部署方便，可以長期在無人干預(yù)的環(huán)境中自主工作。大大降低了使用和維護(hù)的成本。
?。?）無線傳感器技術(shù)的特點
近年來無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從人工操作的無線電報網(wǎng)絡(luò)到使用擴頻技術(shù)的自動化無線局域網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷地擴展。目前主流的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如：IEEE8O2.11、IEEE802.15.3(Bluetooth)、IEEE802.15.4(ZigBee)都是為了數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計的。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點如下：
規(guī)模大：傳感器網(wǎng)絡(luò)可能包含多達(dá)成千上萬個節(jié)點。
高冗余：為了保證網(wǎng)絡(luò)的可用性和生存能力，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常具有較高的節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余，以及采集的數(shù)據(jù)冗余。
拓?fù)湟鬃兓撼斯?jié)點移動帶來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，傳感器?jié)點的功率控制和剩余電量下降等因素也會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓Ａ硗?，根?jù)應(yīng)用需要，網(wǎng)絡(luò)中有些節(jié)點可能進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而引起工作節(jié)點在數(shù)目和分布上的變化，導(dǎo)致拓?fù)涓淖儭?
專用：傳感器網(wǎng)絡(luò)是針對某種數(shù)據(jù)采集需求而專門建立的。
空間位置尋址：用戶往往不關(guān)心數(shù)據(jù)采集于哪一個節(jié)點，而關(guān)心數(shù)據(jù)所屬的空間位置，因此可采取空間位置尋址方式，而不必采用Internet的IP尋址方式。
自組織：網(wǎng)絡(luò)的建立和節(jié)點間通信不依賴于固定的通信基礎(chǔ)設(shè)施。傳感器節(jié)點通過分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動調(diào)整以適應(yīng)節(jié)點的移動、添加和退出、剩余電量和無線傳輸范圍的變化等。
流量不均衡：傳感器網(wǎng)絡(luò)流向處理中心的數(shù)據(jù)量往往遠(yuǎn)大于反方向的流量。數(shù)據(jù)流向處理中心且在處理中心集中，會出現(xiàn)離處理中心越近，節(jié)點負(fù)載越重的現(xiàn)象。
4 無線傳感器技術(shù)的系統(tǒng)實現(xiàn)
?。?）系統(tǒng)功能模塊組成
智能家居系統(tǒng)是一種基于單片機的可通過電話、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)訪問及控制家居設(shè)備的控制系統(tǒng)。智能家居網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集、命令控制模塊和TCP/IP協(xié)議模塊實現(xiàn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化，命令控制分為3種模式:1）電話遠(yuǎn)程控制；2）網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制；3）現(xiàn)場當(dāng)機操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
智能家居網(wǎng)關(guān)是整個系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)與系統(tǒng)中的各模塊協(xié)同工作。通過單片機及模塊中的各接口實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的調(diào)度。該模塊既可響應(yīng)來自外部的電話及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的控制請求指令,通過對指令的解釋,傳輸相應(yīng)的狀態(tài)信息或控制調(diào)度各模塊動作,也可響應(yīng)家居內(nèi)部的安防報警請求,并通過電話模塊向用戶發(fā)送報警信息。
硬件部分包括CPU基本系統(tǒng)、以太網(wǎng)接口、RS2485接口、RS2232接口、USB接口。CPU基本系統(tǒng)包括電源、復(fù)位、Flash、內(nèi)存等電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
電源：系統(tǒng)采用樓宇自動化的標(biāo)準(zhǔn)12V/5V直流電源，用DC-DC轉(zhuǎn)換器完成5~3.3V和5~1.8V的轉(zhuǎn)換，給CPU和外圍器件提供電源。
復(fù)位電路和時鐘電路：時鐘電路為微處理器及其他電路提供工作時鐘，是系統(tǒng)必須的重要電路。復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位功能，系統(tǒng)采用較簡單的RC復(fù)位電路。
Flash存儲器接口電路：Flash存儲器在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)等。Flash接口電路是最小系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要的電路。常用的Flash存儲器為8bit/16bit數(shù)據(jù)寬度，工作電壓一般為3.3V，主要生產(chǎn)廠商為Intel、Atmel、Hyundai等。
S D R A M接口電路：與F l a s h存儲器相比較，S D R A M雖然不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲器，并且具有讀/寫屬性，SDR A M在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。
液晶顯示：液晶選用SHARP公司的HR-TFT，型號是LQ035Q7DB02。該液晶模塊是TFT型液晶，260K真彩顯示。模塊包括觸摸屏接口，背光采用白色LED背光，典型驅(qū)動電壓是21.6VDC。
電話遙控：用戶可以用手機或電話遙控家電的開關(guān)，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程家庭遙控管理。系統(tǒng)首先利用解碼芯片對DTMF信號進(jìn)行解碼，然后由MPC850對解碼進(jìn)行譯碼，并根據(jù)譯碼發(fā)出相應(yīng)的控制信號，驅(qū)動被控電路，實現(xiàn)對家電的控制和電話控制等。
（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件部分主要由家庭網(wǎng)絡(luò)終端程序組成。
系統(tǒng)上電后，對各模塊進(jìn)行初始化操作，其主要功能包括水、電、氣3表的數(shù)據(jù)采集和存儲、報警信息的獲取、設(shè)防撤防狀態(tài)的獲取和以上信息數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。主控模塊處于待機狀態(tài)，以中斷方式隨時響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)通信模塊、電話語音模塊及安防報警3方面的請求，其中的網(wǎng)絡(luò)通信模塊工作在服務(wù)模式下，偵聽來自互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制請求。對于電話的連接請求，在核實用戶身份后，通過語音提示模塊引導(dǎo)用戶完成電話的按鍵指令操作，控制相關(guān)模塊動作，并以語音提示信息的方式向電話用戶回送相關(guān)信息；對于安防報警方面的請求，主控模塊則以用戶事先設(shè)定的電話號碼拔通用戶電話并以語音提示的方式向用戶發(fā)出報警。數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收要遵守家庭網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議。
5 結(jié)束語
隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、圖像顯示技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通過現(xiàn)有的因特網(wǎng)和PSTN實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制越來越普遍，組建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，可以滿足低成本、低功耗、易操作、易安裝、易擴充的設(shè)計思路，并且系統(tǒng)安裝方便，適用范圍廣，具有很好的實用價值。
