傳統的智能家居以住宅為平臺，利用物聯網技術將家庭中的可連接設備集成，以構建高效的家庭日程事務管理系統，提高生活品質[1]。本系統最大的特色就是利用超低功耗的MSP430作為主控單元，采用Zigbee技術將家庭的電氣設備相關聯以組建家庭局域網。并通過無線傳感器網絡（Wire1ess Sensor Networks，WSN）感知環境參數，通過MSP430控制相關電氣設備以實現家庭自動化。并利用無縫覆蓋GSM網絡將家庭中的訊息傳送給主人。通過Labview作為上位機進行數據分析和綜合管理控制。以構建智慧的家居，讓家庭更懂人，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。
1 系統設計分析
通過ZigBee組成的無線傳感網絡連接各個節點，將各個節點的數據采回上位機處理分析學習，利用CPU控制各個模塊運行，同時接受上位機的干預控制，系統總體設計框圖如圖1-1所示。
1.1 中央處理模塊
本系統的中央處理模塊的核心是TI公司的MSP430F4616，MSP430是TI公司推出的一種16位超低功耗，具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor），根據實際應用需求，集成了大量片內外設。由于其超低功耗和強大的數據處理能力，該系列單片機廣泛應用于便攜式儀器儀表中。MSP430F4616具有92K閃存，4KRAM，12位ADC，DMA，I2C，SPI，PWM輸出，160段式LCD等豐富的片內外設。極大的減輕了開發成本。本系統因此選擇該芯片作為主控單元。
1.2 無線傳感網絡
無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN），具有低功耗、低成本、分布式和自組織的特點。無線傳感器網絡是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，以協作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發送給網絡所有者。傳感器網絡實現了數據的采集、處理和傳輸的三種功能[2]。無線傳感網絡以其優越性在軍事戰場、醫療監護、自然環境監測、工業現場控制、智能樓宇、交通監測、農業環境等眾多領域都有廣泛的應用。本系統的無線傳感網絡是采用的ZigBee技術，它是一種高可靠的無線網絡，類似于CDMA和GSM網絡，ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75米到幾百米、幾公里，并且支持無線擴展。它的特點是：低功耗、低數據量、低成本，使用免費頻段2.4G，高抗干擾，高保密性，自動動態組網[3]。ZigBee的通信流程圖如圖1-2所示。
1.3 上位機設計
本系統采用NI公司的LabView作為上位機的開發軟件，LabView與其他計算機語言的顯著區別就是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。因為其較為容易的開發難度，相對其他開發語言，LabView的開發時間大大縮短。而且LabView具有良好的平臺一致性，除了能夠運行在常見的三大操作系統上，還支持各種實時操作系統和嵌入式設備，如PDA、FPGA等。通過Labview中的儀器I/O助手實現計算機與外界交流數據。本設計上位機主要完成的功能是1：采集各個時間段的實時數據并存儲；2：根據測量數據繪制出波形圖，并在面板上顯示；3：通過分析測量數據分析主人的生活習慣，并據其控制相關電氣設備，做到更智慧；4：歷史數據查詢；5：通過上位機的提供的控制面板干預控制結果或預設控制效果等。
1.4 GSM模塊
GSM模塊采用SIM300。SIM300使用工業標準界面，使得具備GSM/GPRS 900/1800/1900MHz功能的SIM300C以小尺寸和低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的高速傳輸。內嵌強大的TCP/IP協議棧，通過AT命令控制（支持GSM07.07、07.05和增強AT命令），SIM300憑借其優良性能廣泛應用于許多方面，如WLL、M2M、手持設備等。本系統通過LabView中的儀器I/O口助手實現串口通信，達到遠程查詢、報警的目的。SMS操作的基本AT指令有：AT^SMSO 關機；AT+CMGL=0 讀取未讀短信；AT+CSCA？ 讀取短信中心號碼……
SIM300的基本連接電路如圖1-2所示
1.5 其他模塊設計
（1）、溫度監測電路，采用美信公司的DS18B20，在房間設置多個節點，測平均溫度得到準確的環境溫度，通過學習得到預設溫度，讓人感覺更舒暢。通過變頻改變空調的溫度，使其更省電。還可以在主人下班前把溫度提前調節到預設位置，并通過GSM告知主人。
（2）、光照強度用BH1750FVI芯片，把光照強度檢測出來后，通過PWM調光的方式控制高亮燈的亮度，使其發出的柔和不刺眼。同時用熱式紅外傳感器檢測房間內是否有人，當有人進入的時候，燈打開至適當亮度，人離開后燈熄滅，如果是臥室，當人入睡前滅燈，如果半夜有人走動的話，只要沒有報警，則燈隨人動。讓照明系統更智慧，更加人性化。其基本電路如圖1-2所示。
（3）、報警模塊包括闖入報警，可燃氣體報警，過載報警。警報除 了在室內有聲光報警外，還會通過GSM模塊發送報警短信給主人，告知其及時處理。可燃氣體用MQ-2氣體傳感器檢測，過載通過檢測串在主干路中的電流大小判斷，如果是可燃氣體報警和過載報警，將會分別切斷燃氣開關和電源開關。闖入報警一旦觸發，只有通過人工復位后才可解除。
（4）、濕度控制，濕度檢測采用SHT10，人在干燥環境下會感到皮膚不舒服，而長期在潮濕情況下容易生病，測得空氣濕度后可以控制窗戶的開關來控制通風狀況，從而控制室內濕度，如果還不能夠改善，則控制加濕器加濕、除濕器除濕。
2.軟件設計
采用MSP430F4616作為主控芯片，通過輪詢ZigBee傳回的數據，檢測環境值，再通過ZigBee傳回控制字，以實時控制環境變量。過載報警模塊采用中斷的方式，一旦觸發報警，立即進入中斷。系統的軟件流程圖如圖2-1所示
3.總結
隨著物聯網技術的飛速發展，智慧家居作為物聯網不可或缺的一環將會走入千家萬戶，而現在制約智慧發展的瓶頸無非價格和智慧不智慧，沒有良好的體驗：不穩定，不人性化，人機界面不友好等等。但越來越多的科技企業將眼光投向這里，相信會有越來越好的產品問世。本系統采用超低功耗的MSP430作為主控單元，結合可以無線組網的ZigBee技術，布線方便，利用可以大大節約開發時間的圖形化編程軟件LabView，提供了一種較好的思路。同時，與其他智能家居設計很大的不同就是，本系統最大限度的實現家庭自動化，不需要人過多的干預控制，真正實現智慧的家居。具有成本低、超低功耗、體積小、抗干擾能力強、易組網。本設計在實際調試過程中表現出優越的性能。
通過ZigBee組成的無線傳感網絡連接各個節點，將各個節點的數據采回上位機處理分析學習，利用CPU控制各個模塊運行，同時接受上位機的干預控制，系統總體設計框圖如圖1-1所示。
1.1 中央處理模塊
本系統的中央處理模塊的核心是TI公司的MSP430F4616，MSP430是TI公司推出的一種16位超低功耗，具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor），根據實際應用需求，集成了大量片內外設。由于其超低功耗和強大的數據處理能力，該系列單片機廣泛應用于便攜式儀器儀表中。MSP430F4616具有92K閃存，4KRAM，12位ADC，DMA，I2C，SPI，PWM輸出，160段式LCD等豐富的片內外設。極大的減輕了開發成本。本系統因此選擇該芯片作為主控單元。
1.2 無線傳感網絡
無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN），具有低功耗、低成本、分布式和自組織的特點。無線傳感器網絡是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，以協作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發送給網絡所有者。傳感器網絡實現了數據的采集、處理和傳輸的三種功能[2]。無線傳感網絡以其優越性在軍事戰場、醫療監護、自然環境監測、工業現場控制、智能樓宇、交通監測、農業環境等眾多領域都有廣泛的應用。本系統的無線傳感網絡是采用的ZigBee技術，它是一種高可靠的無線網絡，類似于CDMA和GSM網絡，ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75米到幾百米、幾公里，并且支持無線擴展。它的特點是：低功耗、低數據量、低成本，使用免費頻段2.4G，高抗干擾，高保密性，自動動態組網[3]。ZigBee的通信流程圖如圖1-2所示。
1.3 上位機設計
本系統采用NI公司的LabView作為上位機的開發軟件，LabView與其他計算機語言的顯著區別就是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。因為其較為容易的開發難度，相對其他開發語言，LabView的開發時間大大縮短。而且LabView具有良好的平臺一致性，除了能夠運行在常見的三大操作系統上，還支持各種實時操作系統和嵌入式設備，如PDA、FPGA等。通過Labview中的儀器I/O助手實現計算機與外界交流數據。本設計上位機主要完成的功能是1：采集各個時間段的實時數據并存儲；2：根據測量數據繪制出波形圖，并在面板上顯示；3：通過分析測量數據分析主人的生活習慣，并據其控制相關電氣設備，做到更智慧；4：歷史數據查詢；5：通過上位機的提供的控制面板干預控制結果或預設控制效果等。
1.4 GSM模塊
GSM模塊采用SIM300。SIM300使用工業標準界面，使得具備GSM/GPRS 900/1800/1900MHz功能的SIM300C以小尺寸和低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的高速傳輸。內嵌強大的TCP/IP協議棧，通過AT命令控制（支持GSM07.07、07.05和增強AT命令），SIM300憑借其優良性能廣泛應用于許多方面，如WLL、M2M、手持設備等。本系統通過LabView中的儀器I/O口助手實現串口通信，達到遠程查詢、報警的目的。SMS操作的基本AT指令有：AT^SMSO 關機；AT+CMGL=0 讀取未讀短信；AT+CSCA？ 讀取短信中心號碼……
SIM300的基本連接電路如圖1-2所示
1.5 其他模塊設計
（1）、溫度監測電路，采用美信公司的DS18B20，在房間設置多個節點，測平均溫度得到準確的環境溫度，通過學習得到預設溫度，讓人感覺更舒暢。通過變頻改變空調的溫度，使其更省電。還可以在主人下班前把溫度提前調節到預設位置，并通過GSM告知主人。
（2）、光照強度用BH1750FVI芯片，把光照強度檢測出來后，通過PWM調光的方式控制高亮燈的亮度，使其發出的柔和不刺眼。同時用熱式紅外傳感器檢測房間內是否有人，當有人進入的時候，燈打開至適當亮度，人離開后燈熄滅，如果是臥室，當人入睡前滅燈，如果半夜有人走動的話，只要沒有報警，則燈隨人動。讓照明系統更智慧，更加人性化。其基本電路如圖1-2所示。
（3）、報警模塊包括闖入報警，可燃氣體報警，過載報警。警報除 了在室內有聲光報警外，還會通過GSM模塊發送報警短信給主人，告知其及時處理。可燃氣體用MQ-2氣體傳感器檢測，過載通過檢測串在主干路中的電流大小判斷，如果是可燃氣體報警和過載報警，將會分別切斷燃氣開關和電源開關。闖入報警一旦觸發，只有通過人工復位后才可解除。
（4）、濕度控制，濕度檢測采用SHT10，人在干燥環境下會感到皮膚不舒服，而長期在潮濕情況下容易生病，測得空氣濕度后可以控制窗戶的開關來控制通風狀況，從而控制室內濕度，如果還不能夠改善，則控制加濕器加濕、除濕器除濕。
2.軟件設計
采用MSP430F4616作為主控芯片，通過輪詢ZigBee傳回的數據，檢測環境值，再通過ZigBee傳回控制字，以實時控制環境變量。過載報警模塊采用中斷的方式，一旦觸發報警，立即進入中斷。系統的軟件流程圖如圖2-1所示
3.總結
隨著物聯網技術的飛速發展，智慧家居作為物聯網不可或缺的一環將會走入千家萬戶，而現在制約智慧發展的瓶頸無非價格和智慧不智慧，沒有良好的體驗：不穩定，不人性化，人機界面不友好等等。但越來越多的科技企業將眼光投向這里，相信會有越來越好的產品問世。本系統采用超低功耗的MSP430作為主控單元，結合可以無線組網的ZigBee技術，布線方便，利用可以大大節約開發時間的圖形化編程軟件LabView，提供了一種較好的思路。同時，與其他智能家居設計很大的不同就是，本系統最大限度的實現家庭自動化，不需要人過多的干預控制，真正實現智慧的家居。具有成本低、超低功耗、體積小、抗干擾能力強、易組網。本設計在實際調試過程中表現出優越的性能。
