摘要：针对有线组网办法布线杂乱、保护困难的问题，提出了一种依据ZigBee无线组网技能和嵌入式Web服务器，对家庭环境进行长途监控的完结办法。选用厥度传感器
DHT11完结温湿度的收集，烟雾传感器MQ2监测厨房烟雾浓度是否超支，人体红外感应模块完结家庭安防。而且经过红外技能操控空调和加湿器或热水器的翻开或封闭，然后完结对囟群褪度的调理，对热水器的长途操控。试验成果表明，该体系体积小、功耗低、运转安稳，具有必定的实际意义。
在酷热的夏日，下班回家后才把空调翻开，却仍是很热;想洗热水澡，发现热水器还没有加热;有急事需求出门，成果忘掉封闭空调。为了处理上述问题，急需求一套对家电的长途操控体系。所以，本文将ZigBee技能结合嵌入式Web服务器，完结了一种对家庭温湿度等环境要素的长途监控，让人们的日子愈加便利、舒适。
1 体系概述
本规划需求在家庭内部树立网路，将各种电器、传感器归入其间，以完结会集办理。家用电器方位简略改动，数量也简略改动，相对间隔较短;ZigBee技能是一种契合国际规范的新式短间隔无线通信技能，具有低功耗、低成本、容量大、安全性高、抗干扰性强等长处;文中运用ZigBee技能组成家庭无线网络，接线简略，功用安稳牢靠，功耗低，实时性好。
嵌入式Web服务器完结家庭网络与外部网络的衔接。因为HTML言语的规范统一性，只需该嵌入式Web服务器接入Internet，就能够运用恣意一种接入Internet的Web浏览器接纳和发送信息，完结对家庭网络中传感器数据的显现，对家用电器的操控。
本规划的整体结构如图1所示，ZigBee网络包含网络和谐器和终端节点。和谐器和建立了Web服务器的ARM9芯片经过串口接在一同，而ARM9又经过网口以网线衔接路由器，然后接入Internet。长途客户端是连网的个人电脑，电脑上装置有一般浏览器程序，经过一般浏览器登陆服务器，然后完结对ZigBee终端节点的传感器数据的显现和对履行电器的操控。
依据体系功用运用，选用星型网络拓扑结构。此网络结构中有仅有的和谐器，它是整个网络的中心，担任网络的树立和保护。和谐器将终端节点上传的传感器数据经过串口发送给嵌入式web服务器，将嵌入式web服务器传过来的指令解析，并将操控指令下发给终端节点。
终端节点定时收集传感器数据，并上传给网络和谐器;当和谐器下发操控指令时，依据指令鼓励红外二极管发射红外遥控信号。履行电器的红外接纳端接纳到红外信号后，履行相应的操作。
2 硬件电路
嵌入式Web服务器以ARM9为硬件渠道，选用S3C2440芯片作为主处理器，主频400 MHz，最高533 MHz，SDRAM作为内存，Flash作为内核和文件体系存储芯片。
ZigBee模块主芯片选用CC2430，它是Chipcon公司推出的用来完结嵌入式ZigBee运用的片上体系。它结合一个高功用2.4GHzDSSS射频收发器中心和一颗工业级细巧高效的8051操控器。该芯片选用0.18μmCMOS工艺，作业电流损耗为27 mA，在接纳和发射形式下，电流损耗别离低于27 mA或25mA。
监控体系的首要参数要视详细运用场合而定，此体系的运用针对的是家庭，而人们对家庭环境的要求，最基本的便是温度、湿度要适宜，此外要防火防盗。家庭室内环境温度的规模一般为0～35℃之间，相对湿度规模在20～80%RH之间;当环境温度在18～25℃，相对湿度在40%～70%，时，人体感觉最舒适。依据此，选用数字温湿度传感器DHT11，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。丈量规模是：相对湿度20～90%RH，温度0～50℃;丈量湿度的精度为±5%RH，丈量温度的精度为±2℃，均能满意要求，而且抗干扰能力强、性价比较高。其它传感器挑选烟雾传感器MQ2、HR-SR501人体红外感应模块。
传感器MQ2确保正常作业的电压为5 ±0.2 V，而CC2430的供电电压为2～3.6 V，因而选用升压模块对其升压后再给MQ2供电。图2为Zig Bee终端节点的部分电路衔接图，如图所示电源VCC经过升压后再衔接到传感器模块MQ2的电源端，然后MQ2的数字输出端衔接ZigBee终端节点的通用I/O口P0.1。升压电路功耗低，供给的电流也能满意MQ2正常作业的要求。
为了下降成本，结合红外技能来完结对家用电器的操控。这样，每个房间只需一个ZigBee终端节点，其I/O端口除了衔接传感器外其他的还作为操控信号输出端口运用。空调遥控器按键是开关量，又多是两节干电池供电，因而ZigBee终端节点的I/O端口能够和空调遥控器上的几个按键直接相连，这样既能长途操控，又能够在本地经过遥控器操控空调的开关、温度的调理。而电热水器和加湿器没有配套的遥控，因而在ZigBee终端节点衔接5 mm红外发射管，选用软件调制技能，鼓励红外二极管发射红外遥控信号来完结对电热水器和加湿器的长途操控，原理图如图3所示。
电热水器和加湿器的开关处要增加一红外接纳电路。红外接纳电路由低成本低功耗的PIC单片机P%&&&&&%12F629、红外一体化接纳头、继电器组成。
3 软件规划与完结
3.1 ZigBee网络和谐器节点
选用TI公司半开源的Zstack协议栈-ZigBee2006，详细版别号为ZStack-1.4.3-1.2.1，既缩短了研制周期又能增强体系的安稳性。
和谐器节点的程序规划首要包含协议栈的装备和运用层软件的开发。图4是和谐器的程序流程图。
本文选用的是双向绑定的办法，因为绑定表只树立在建议绑定的一方，关于被绑定方是不知道绑定方的绑定地址的。故而采纳双向绑定的办法，来完结和谐器和终端节点的双向通信。
因为终端节点有多个，故而选用次序绑定的办法，即先设置绑定节点1，成功之后设置绑定节点2，依此类推直到绑定一切终端节点。在函数void zb_BindConfirm(uint16 commandId，uint8 status)中，标志位count每完结一次和谐器到终端节点的绑定，其值增一，以此记载该绑定哪个终端节点。再利用if句子完结对终端节点的设置绑定事情，然后完结绑定作业。
在正常作业情况下的和谐器，当有按键按下时，会进入运用层进行处理。调用函数zb_SendDataRequest(uint16 destination，uint16 commandId，uint8 len，uint8*pData，uint8 handle，uint8 txOptions，uint8 radius)向终端节点发送数据，因为不同终端节点的comma ndId不同，因而和谐器只向commandId相匹配的终端节点发送数据。终端节点依据接纳到的数据去做相应处理。
3.2 ZigBee终端节点
终端节点上电后，进行初始化，然后去发现网络并参加网络、进行绑定等操作。之后进入正常丁作情况，终端节点每隔10S收集一次传感器数据，将数据存储在数组pData中，然后调用发送函数zb_SendDataRequest(OxFFFE，SENSOR_REPORT_CMD_ID，12，pData，0，AF_ACK_ REQUEST，0)，将一切数据一次性发送给和谐器节点。图5是终端节点程序流程图。
4 嵌入式web服务器
嵌入式Web服务器以linux为操作体系，经过建立BOA服务器，完结对浏览器页面拜访恳求呼应以及数据的发送等功用。此外，结合CCI技能编写HTML静态网页和CGI程序，移植了嵌入式数据库SQlite，用以存储合法用户的用户名和暗码，完结对登录用户的客户验证功用;而且还能存储由串口传送来的传感器数据，经过CGI程序调用数据库的最新数据，由BOA服务器回来给浏览器完结对家庭传感器数据的实时显现。
ARM9除了BOA服务器一直在运转，还有串口运用程序也在不断监听是否有数据需求接纳或许发送。规划所用ARM9开发板有3个UART，选用串口1，首要寄存器设置如下：
CPHCON=0xa00;
ULCON1=0x03;//数据格式为8位，一中止位，无校验位
UCON1=0x05;//时钟源为pclk，查询办法
UBRDIV1=(PCLK/(115200 x 16)-1);//设置波特率115200
5 体系测验
本规划以一个和谐器和5个终端节点为例进行测验，5个终端节点别离放在5个房间-客厅、主卧室、次卧室、卫生间、厨房内，和谐器节点和嵌入式Web服务器放在主卧室。在PC机上翻开浏览器，输入http：//192.168.1.230，即呈现登陆页面，输入用户名、暗码认证成功后，即呈现主页面，如图6，是本体系默许主页面，显现内容为房间称号、电池电量、温湿度、是否有人活动等情况，默许情况下空调、加湿器都是封闭的。
如图7所示，经过挑选页面上空调的敞开选项，浏览器将指令传给CGI程序，CGI程序调用运用程序，使ARM9经由串口发送2个字节操控指令给ZigBee网络和谐器，1个字节装载的是房间编号信息，即ZigBee终端节点的网络地址，另一个字节装载的是操控指令数据。网络和谐器将指令下发给客厅中的ZigBee终端节点，ZigBee终端节点将操控指令数据译成对P2.1口输出低电平，相当于空调遥控器开关按键按下，空调相应翻开。再在页面上挑选空调调理温度选项“降温”，然后点击“提交”按钮，经由类似进程，ZigBee终端节点操控P1.2输出低电平，相当于空调遥控器降温按键按下，客厅温度下降，在网页上点击3次按钮“提交”，客厅温度降至25℃。
经过试验，能够知道本体系能能完结以下功用：对家庭各个房间的温度和湿度实时显现，能长途调理温度和湿度，长途翻开热水器开关对其加热，当房间有人活动时能在监控页面显现出来，厨房烟雾浓度是否超支也能在页面显现。
6 结束语
文中所述的长途监控体系运用在家庭环境中，既能完结长途监测家中各个房间的温湿度情况，也能操控家中空调、加湿器的翻开或许封闭情况然后调理温湿度，营建一个舒适迷人的环境。烟雾传感器能完结烟雾浓度超支检测，运用人体红外模块可完结家庭安防功用。电池电量检测能即时提示替换电池。若对本规划做细小改动，增加房间数量或削减数量，或许改动传感器类别完结其他功用，可扩展性较强。
