3 系統軟件設計

　　系統軟件的設計包含3個部分：網關控制部分、ZigBee網絡部分以及手機應用軟件。系統軟件結構圖如圖3所示。

　　3.1 網關主控制器的程序設計

　　網關主控制器采用Linux系統作為開發平臺。它的驅動程序非常豐富，支持多任務及各種主流的硬件設備，用戶可以根據自己的需求對它進行修改。

　　網關初始化之后可以接收來自手機端和觸摸屏的命令及ZigBee協調器的數據，之后根據命令和對數據分析的結果通過ZigBee協調器向底層設備發送控制指令，并將底層設備的運行狀態通過Wi-Fi發送至手機軟件。網關的主程序流程圖如圖4所示。

　　3.2 ZigBee模塊的程序設計

　　ZigBee模塊的程序包含了協調器和子節點兩個部分。

　　協調器是整個ZigBee網絡的核心，負責整個ZigBee網絡的建立、節點之間信息的傳遞以及和家庭網關交換數據。

　　協調器在初始化之后開始自動掃描，若有節點申請加入網絡，協調器會檢查該節點是否入過網，若是沒有，協調器會給該節點分配一個16位的網絡地址和節點編號并在節點地址表中增加該節點的信息。協調器會收集子節點發送的數據，并按設定好的周期和數據格式將其送至家庭網關；家庭網關向協調器傳達命令后，協調器通過分析再將命令轉發至相應的節點。協調器的程序流程圖如圖5所示。

　　子節點由環境數據采集、安防報警和家電控制3個類型組成。子節點初始化之后向協調器申請入網，申請通過后會被分配一個網絡地址和一個獨有的編號，接著子節點會開始與協調器進行數據信息交換。環境采集節點通過傳感器周期性地采集溫濕度、光照度以及空氣質量等數據并將這些數據上傳至協調器，若是某一數據超過了設定范圍，便會發出相應的設備控制命令使之回到設定范圍內。安防報警節點則包含玻璃破碎、煙霧、二氧化碳濃度、燃氣、紅外對射等傳感設備，當某一節點觸發了報警信息，則該節點會將此信息上傳至協調器并啟動警報。家電控制節點會將其連接的家電運行狀況上傳至協調器，并通過網關和協調器的控制命令對家電進行控制。

　　3.3 應用控制軟件的設計

　　本系統的應用軟件便是基于Android系統設計的，開發平臺為Eclipse。手機軟件包含界面美化、系統模式切換、報警短信接收設置、節點信息查看以及家電控制幾個部分。軟件界面設計盡可能簡單、美觀且人性化，軟件截圖如圖6所示。

　　其中，系統模式分為離家／在家、白天／夜晚和正常／睡眠6種。當選擇離家模式時，系統會將所有的安防報警節點全部啟用，并在觸發報警后將報警短信發送至設定好的手機號碼；選擇在家模式時，系統會部分布防并通過警報器來報警；白天／夜晚模式通過光照度來自動切換，系統也會根據光照度來對窗簾進行控制；在睡眠模式，家中的紅外感應燈開始啟用，并且設定為弱光避免刺激眼睛。

　　通過Wi-Fi與家庭網關進行連接，用戶不僅可以根據設定在手機軟件上分房間查看各節點設備的工作狀況和采集到的數據，而且還能直接通過手機軟件對接入系統的家電進行控制。

　　4 系統模擬測試

　　將設計好的系統搭建在一個小屋當中，硬件全部開啟之后打開手機軟件連接Wi-Fi并登入系統。子節點采集到的環境數據在觸摸屏和手機上都能查看到，并且通過觸摸屏和手機下達的指令能夠很好地執行；模式切換時節點工作無異狀，安防報警正常工作。經過24小時測試，該系統穩定性良好，各項性能也都符合設計的要求。實際搭建好的系統如圖7所示。

　　5 結論

　　本文設計了一種基于ZigBee技術的智能家居系統，詳細介紹了系統的整體構架，給出了硬件設備和軟件的實現方法。相對于傳統的智能家居系統而言，本設計結構簡單、成本較低、便于擴展且避免了復雜的布線問題；同時因智能手機軟件的加入，使整個系統的操作變得更加便利，用戶體驗度提高。基于ZigBee底層控制板的通用性，用戶能夠根據需求改變節點的功能，更加人性化。總體來說，本系統具有良好的實用性、穩定性和安全性，很適合在家庭、公司等場合使用。