随着网络技术和通信技术的不断发展，人们希望即使在工作或外出时也能通过某种方式及时了解和控制家中的情况，伴随着数字化家庭的普及，智能家居的远程控制已经成为一种趋势。传统的智能家居系统布线复杂、成本较高，因而没有得到广泛的应用。本设计利用网络通讯技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹规划，实现对住宅情况的远程监控和实时管理，为用户提供全方位的多功能服务，让家居生活更轻松。

　　1  系统设计方案

　　该系统由多个无线传感器节点、无线传感网络、GSM网络、HNMP模型、中央控制器和监控者（手机）组成。系统设计思路为：

　　一方面，终端节点控制器采集数据，当检测到异常发生时，比如起火等，无线传感器节点以自组织的方式组成网络，采集的数据经多跳传输方式传送到中央控制器，中央控制器通过GSM网络发送报警短消息到户主，通知户主及时处理；另一方面，户主通过手机控制家电，手机发送一条短消息到中央控制器，中央控制器接收到短消息以后对其进行解析，并发送相应命令到对应的终端控制器；，终端控制器与HNMP管理工作站进行信息交互后执行相应操作，控制家庭数字化电器设备的工作状态。系统总体设计方案简图如图1所示。

　　2  家庭网络管理模型（HNMP）工作原理

　　图1虚线上方给出了一个数字化家庭网络的示例。在未来的家庭，大部分家庭信息设备都将是数字化设备。这些设备上运行嵌入式操作系统，并通过各种不同的传输方式和家庭网关或相关的控制设备连接之后，再和Internet相连接，组成家庭数字化网络。HNMP模型用于对家庭数字网络进行管理和控制，它与SNMP模型相兼容。该模型包括四个部分：管理工作站、被管设备、信息管理库（MIB）和管理协议。管理工作站运行HNMP管理器，维护管理信息库，并可改变被管设备的状态，对它们进行控制。被管设备是家庭中的各种信息设备，都运行着一个HNMP代理模块与管理工作站进行通信。管理信息库用于存储描述各个被管设备的状态和行为的各种参数。管理站向代理申请MIB中定义的数据，代理识别后，将管理设备提供的相关状态或参数等数据转换成MIB定义的格式，应答给管理站，完成管理操作。

　　3  中央控制器的设计

　　系统以AT89S52作为控制器，借助于XBee模块和TC35I模块分别设计ZigBee无线传感网络接口和GSM网络接口。整个系统设计方框图如图2所示，单片机通过两个串口（其中一个为模拟串口）和TC35I模块、XBEE模块连接，并设置了JTAG调试接口，RS232接口。

　　3.1 单片机外围电路设计

　　单片机外围包括电源，晶振，按键，复位电路，报警电路，LCD显示模块，JTAG调试电路等部分。

　　3.2 Xbee/Xbee-PRO模块电路设计

　　Xbee/Xbee-PRO模块是MaxStream公司生产的符合IEEE802.15.4规范的ZigBee模块。它提供了一种低成本，低功率的无线传感器网络解决方案。通过UART接口，非常容易和单片机进行连接。系统设计时还选用三个不同颜色的LED指示灯，红色指示灯表示接收信号的强度；黄色指示灯表示模块当前的状态是数据模式还是AT命令模式；绿色指示灯是电源指示灯。图3是我们利用MaxStream公司提供的用于配置XBee/XBee-PRO模块的编程软件X-CTU读出的模块参数图。

　　4  无线传感器节点设计

　　基于无线传感器网络的智能家居网络主要是由若干无线传感器节点、无线执行机构、家居无线控制中心组成，其中无线传感器节点分布于需要监测的区域内，执行数据采集、处理和通信等工作；无线执行机构负责启动声光报警、摄像监控等功能；家居无线控制中心处理、转发来自无线传感器节点的信息，并且与GSM网络进行远程控制。本系统中主要通过传感器节点采集室内温度、可燃气体浓度、室内光线强度、感应人体波长，以达到检测室内环境以及有无非法闯入。

　　传感器节点的程序主要由主程序、无线通信子程序、数据采集子程序、时钟控制子程序、人机交互子程序等部分组成。主程序执行完各个模块的初始化后，进入主循环等待产生中断，传感器节点主要处理睡眠程序、唤醒程序、接收到数据等待中断。

　　5  GSMMODEM与单片机接口电路设计

　　本设计中单片机和GSMMODEM采用SIMENS公司的TC35i,该模块通过串口相连，用户手机通过GSM网络与GSMMODEM进行通信，单片机通过解析串口命令实现对外围器件的控制。单片机与GSMMODEM的软件接口通过AT指令完成。

　　5.1 系统收发短信时序图

　　（1）发送短消息时序

　　单片机将采集到的数据传送给用户手机时，单片机会首先向GSMModem发出AT+CMGS=“number”指令，然后等待GSMModem的反馈信息，如果正确，随即向用户手机发送短消息，当GSMModem检测到结束标志时，返回OK,即代表发送成功。

　　（2）接收短消息时序

　　用户向单片机发送消息时，首先是检测新短消息指令CMTI,当检测到有新短消息时，单片机发出CMGR指令，阅读短消息。由于SIM卡容量有限，所以读取完一条新短消息后，随即调用删除短消息的子程序CMGD。

　　5.2 串口通信协议

　　当接收到手机短信时，TC35i的RI引脚会变成低电平，单片机可以监测此引脚的电平变化来判断是否接收到短信。为防止收到其他短信引起程序混乱，需要对程序设置一些标识符，即规定发送短信到控制器的格式。其格式如下表所示：

　　开始标志（一个字节）：本设计中规定的开始标志为0X1A,如果收到规定的字头，即表示开始接收数据包。

　　操作类别标识符（一个字节）：操作类别包括查询、打开、关闭三种操作，依次用QRY、ON、OFF表示。

　　查询值或报警标志（一个字节）：查询值为返回的温度值，此时电器编号为FF;报警标志为Alarm。

　　电器编号（一个字节）：电器编号的范围是00-99,可以接入100种家用电器。

　　结束标志（一个字节）：结束标志为字符0X1B,若收到此字符则表示发送完成。

　　5.3 试验结果

　　该设计中串口设计是基础，也是重要的一个环节。在硬件设计时，加入了RS232接口连接PC,借助与串口调试助手，可以观察到单片机和TC35i的数据收发情况。GSM模块与串口建立连接如图5所示，我们可以通过AT指令获取GSM模块参数。

　　6  结语

　　随着计算机网络和数据通信技术的高速发展，人们对居住环境的要求不断提高“信息化”的概念被引入到了住宅的建设当中，并由此掀开了家庭信息化和智能化的新篇章。随着各种新技术的不断涌现，智能家居也在动态变化中不断向前发展。该系统利用网络通讯技术将与家居生活有关的各种多功能服务，通过网络化的综合管理，让家居生活更轻松。