ZigBee技术下的智能家居系统设计

ZigBee技术下的智能家居系统设计

随着科学技术的发展，人们的生活水平日益提高，对居住环境的要求是更加智能、舒适。《IDC 中国智能家居设备市场季度跟踪报告》显示 [1]，2021 年上半年中国智能家居设备市场出货量约 1 亿台，预计未来五年中国智能家居设备市场出货量将以 21.4% 的复合增长率持续增长，2025 年市场出货量将接近 5.4 亿台，全屋智能解决方案在消费市场的推广将成为市场增长的重要动力之一。但是，目前国内不同公司采取的技术标准不尽相同，不同品牌的产品无法兼容、成本较高、控制方式单一，无法满足普通人的需求 [2-3]。

1、 系统的整体设计

2 、系统硬件设计

2.1 传感器选择

根据传感器功能的不同，分成以下三个系统 ：

（1）健康系统 ：配置了体温传感器 MAX30205MTA 和心率血氧传感器 MAX30102。

2.2 终端节点和协调器设计

2.3 控制器模块

主控制器负责与各个节点进行通信，所以控制器选用正点原子基推出的基于 ARM CortexM3 内核的 ATK- 精英STM32 开发板。

使用安信可的 ESP8266 作为系统的 WiFi 模块，通过串口和主控制器 STM32 通信，支持标准的 IEEE802.11 b/g/n 协议、完整的 TCP/IP 协议栈 [10]，可以实现 WiFi 和串口之间的转换。该模块可以兼容 3.3 V 和 5 V 的单片机系统，这样可以很方便地与主控芯片进行连接 ；此外，它还支持 WiFi-STA、串口转 AP 和 WiFi-STA+WiFi-AP 三种模式，这有利于系统的开发。将安信可的 AT 固件烧至 8266 里，以便用 AT 指令配置 8266 模块。

3、 系统软件设计

3.1 下位机软件设计

3.2 ESP8266 接入云平台通信设计

STM32 主控制器通过串口发送 AT 指令，以控制 8266模块初始化以及收发数据操作。首先发送 AT 测试指令再进行复位，之后将 8266 设置为透传模式，开启 DHCP，获取IP 地址 ；最后连接到服务器的 IP 地址和端口号，8266 初始化成功。

4、 系统测试

4.1 硬件数据采集测试

通过测试数据可知，环境系统和标准仪器在相同时间的测试结果基本准确，证明硬件系统的数据采集功能有效，硬件功能成功实现。

4.2 上位机程序测试

在测试上位机系统运行的过程中，要测试移动端上位机的正常运行、上位机和硬件的通信功能以及系统的数据检测、照明和报警控制功能，用户可以直接在列表中切换系统，选择传感器数据的观测和控制功能，系统界面测试情况如下。

（1）环境系统界面测试

（2）健康系统界面测试

（3）安全系统界面测试

4.3 微信天气查询功能测试

微信天气查询界面功能测试主要测试系统能否准确调用网站提供的天气参数，以方便用户正常查询地区的天气参数。如图 6 所示，以安徽淮南田家庵区为例进行测试发现，天气系统能够正常运行，获取到的天气数据准确，系统功能得到实现。

5 、结 语