基于ARM与ZigBee技术的智能家居系统设计

从周口店的山顶洞到半坡遗址的茅草屋，从汉唐的未央宫、大明宫到明清故宫，人类追逐更好居住环境的脚步从未停止。二十一世纪以来，现代科学技术的飞速发展使人类由工业化时代迈入信息时代。人们追求更宜居的生活环境和高品质的生活，这种需求催生出了智能家居系统的出现。智能家居系统将各种传感器、电子电气设备通过网络连接起来，组成一个可实现家居环境监测、家居设备自动化以及家居安防等功能的综合管理系统。 目前，基于ARM体系结构的CPU芯片广泛应用在嵌入式系统的应用领域，同时ZigBee技术在无线传感器网络的应用方面独占鳌头，这两种技术在智能家居领域有着举足轻重的作用。本文设计并实现了基于ARM与ZigBee技术的智能家居系统。文章首先介绍了智能家居系统的研究背景及国内外研究现状，随后分别介绍了基于ARM架构的嵌入式技术的优点，以及ZigBee对于Wi-Fi、红外、蓝牙等无线传感器网络技术的技术优势，并依此确定了智能家居系统的总体设计框架。依照此框架，本文重点介绍智能家居系统中嵌入式网关以及无线传感网节点的硬件电路设计、Z-Stack协议栈的移植与开发等工作。 智能家居系统中嵌入式网关的CPU选用基于ARM架构的S3C6410X芯片，操作系统选用开源且移植性强的Linux系统。与传统网关相比，嵌入式网关具有更友好的人机界面以及更低的功耗。为提高嵌入式系统的稳定性，本文在PCB板卡设计过程中，针对特殊的高速信号线进行信号完整性分析。本文以ZigBee节点组建家庭个域网，ZigBee节点选用CC2530芯片作为CPU，并在其外围添加了传感器及检测电路，通过移植开发Z-Stack协议栈实现个域网组网和数据采集等功能。 最后，本文在实验室模拟家居场景，对智能家居系统进行了功能测试。测试结果表明：智能家居系统操作便捷、稳定可靠，符合预期设计目标。本系统具有一定的市场应用前景和实用价值，为新一代智能家居系统的设计与应用提供了技术支持和实际案例。