電子科技論文發(fā)表期刊推薦《電腦開發(fā)與應用》，本刊集信息、知識、趣味、可讀性于一體,以計算機實用技術見長,博采、精選國內外電腦研究、開發(fā)與應用的精華。具有軍事、兵器控制色彩，軍用計算機的開 發(fā)，將用相當?shù)钠�幅刊登企業(yè)信息化、信息化建設、信息傳輸處理與管理方面的信息及文章，關注IT產業(yè).尤其是刊登Internet、WWW、網友、軟硬件 二次開發(fā)、電腦測控、 CORBA、 開放式與微內核技術、 柔性與敏捷制造等方面的內容，跟蹤報道世界最新技術。
　　摘 要：本文是在物聯(lián)網技術基礎上，以學生宿舍為研究對象，建立一個對學生宿舍環(huán)境實現(xiàn)控制與管理的智能化系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ARM S3C6410 作為核心控制處理器，嵌入式Linux系統(tǒng)為智能學生宿舍總中心控制系統(tǒng)，以ZigBee近距離無線傳輸協(xié)議組建宿舍控制監(jiān)測網絡，通過增設服務器以及開發(fā)Android 應用程序，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和普及率，實現(xiàn)了學生宿舍居住和管理的智能化。

　　關鍵詞：電子科技論文發(fā)表,嵌入式,物聯(lián)網,ZigBee,智能學生宿舍,智能家居

　　物聯(lián)網是在現(xiàn)代計算機互聯(lián)網的基礎上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信技術，構造一個覆蓋萬事萬物的網絡世界，在這個網絡中，可以對各個事物進行智能化管理和互動[1]。如今，智能家居的理念不斷深入人心，許多家用電器都實現(xiàn)了智能化控制，但很少有將這種物聯(lián)網技術應用于大學生宿舍。然而，學校宿舍用電安全及財產安全一直是社會關注的焦點，所以設計一個基于物聯(lián)網的智能控制系統(tǒng)來對學生宿舍進行管理是有現(xiàn)實意義的。

　　1 系統(tǒng)總體方案

　　本系統(tǒng)是以ARM 嵌入式系統(tǒng)為基礎，利用無線傳感器技術、RFID以及信號處理與通信技術實現(xiàn)系統(tǒng)的整體架構。該系統(tǒng)將實現(xiàn)對宿舍的門禁、照明、采光和供電插座進行遠程控制與管理，利用RFID對人員進出進行記錄。

　　智能宿舍系統(tǒng)按照功能結構可以分為應用層、網絡層和感知層。系統(tǒng)應用層的具體實物包含了Android應用程序及其服務器相關程序。在系統(tǒng)的網絡層中，服務器是建立外網通信的核心部分，宿舍網關是建立內部通信連接數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵牟糠�。在tiny6410開發(fā)板上擴展ZigBee模塊作為宿舍網關，負責宿舍內部網絡和外部網絡的連接和數(shù)據(jù)轉換。系統(tǒng)的感知層是采用ZigBee近距離無線傳輸協(xié)議來組建宿舍內部通信網絡，ZigBee終端節(jié)點擴展不同的模塊以實現(xiàn)不同功能。智能宿舍系統(tǒng)的總體架構如圖1所示。

　　2 智能宿舍系統(tǒng)硬件設計

　　智能宿舍系統(tǒng)硬件主要是宿舍網關(嵌入式Linux網關)、ZigBee自組網中各個內部網絡節(jié)點的設計。智能宿舍網關設計是建立在嵌入式Linux系統(tǒng)上，與服務器建立TCP連接，實現(xiàn)網絡通信，并與ZigBee協(xié)調器建立串行數(shù)據(jù)通信連接，ZigBee協(xié)調器通過組建內部網絡并實現(xiàn)相互間的通信連接，從而實現(xiàn)網絡化的管理與控制。

　　智能宿舍網關設計采用的是Tiny6410 嵌入式開發(fā)板[3]，其配有一個網絡接口和四個串行通信接口，可以簡化了硬件設計。在移植嵌入式Linux系統(tǒng)后，只需要在該系統(tǒng)上運行建立網絡與串行通信連接的應用程序。

　　ZigBee節(jié)點的硬件設計采的是TI公司的CC2530F256芯片，單個芯片上整合ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。[2]

　　圖1 智能宿舍系統(tǒng)的總體架構

　　2.1 嵌入式Linux網關設計

　　Linux內核支持DM9000 的驅動和串行通信接口驅動，并且對TCP/IP協(xié)議有良好的支持，設計網絡通信程序較容易，作為智能宿舍的內部網關，要處理來自服務器的控制指令數(shù)據(jù)，解析后通過串行通信方式傳遞給ZigBee協(xié)調器，以實現(xiàn)網絡數(shù)據(jù)的獲取與傳輸，系統(tǒng)整體結構如圖2所示。

　　圖2 嵌入式系統(tǒng)結構圖

　　2.2 ZigBee節(jié)點的設計

　　寢室環(huán)境中，各功能設備的通訊是基于ZigBee無線網絡。介于智能宿舍的規(guī)模，即網絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大、節(jié)點較多等因素，宿舍內部網絡結構選擇星形結構。在實際環(huán)境中搭建的網絡結構，必要的硬件設備按結構可分為協(xié)調器和終端節(jié)點。

　　2.2.1 ZigBee協(xié)調器

　　ZigBee組網具有自組織的特點。ZigBee 協(xié)調器主要是組建整個ZigBee網絡，實現(xiàn)內部網絡相互間的數(shù)據(jù)傳輸，并與嵌入式智能宿舍網關建立通信連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳及指令的下發(fā)。

　　2.2.2 終端節(jié)點

　　在學生宿舍環(huán)境中，安全方面是首要考慮的。所以終端節(jié)點的功能設計，包含了RFID門禁系統(tǒng)、照明與插座控制節(jié)點、窗簾電機控制節(jié)點等。

　　(1)門禁控制節(jié)點。RFID門禁系統(tǒng)采用RC522 13.56MHZ 高頻的射頻識別模塊，可以快速、準確地讀取常見類型的學生校園卡，通過驅動電路實現(xiàn)門閥的控制。由于本RFID門禁系統(tǒng)是通過ZigBee終端節(jié)點控制，通過無線傳感網絡技術，可以方便的實現(xiàn)Android 手機的遠程控制。當需要遠程開門時，點擊Android 系統(tǒng)上的開門按鈕，通過Internet和ZigBee網絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撻T禁系統(tǒng)的節(jié)點上，通過該節(jié)點對門閥的控制實現(xiàn)開門。同時，還可以通過網絡遠程管理此門禁系統(tǒng)，當需要鎖定某種RFID卡號，通過鎖定按鈕以實現(xiàn)RFID射頻識別的失效;需要恢復時，通過解鎖按鈕恢復。

　　圖3 門禁節(jié)點原理圖

　　(2)照明與插座控制節(jié)點。與門禁節(jié)點原理相似，電燈與插座都是CC2530 單片機通過驅動電路實現(xiàn)對繼電器的控制，從而實現(xiàn)對電燈以及用電器件的控制。當接收到網絡傳遞的指令數(shù)據(jù)時，ZigBee 終端節(jié)點執(zhí)行相應的控制指令，實現(xiàn)對電燈或是用電器件的開關控制，進而實現(xiàn)了學生宿舍的用電器件的管理以控制，以無接觸方式實現(xiàn)用電器件的控制，保證了用電的安全可靠。

　　(3)窗簾電機控制節(jié)點。窗簾控制就是通過CC2530 單片機通過對步進電機驅動模塊實現(xiàn)對步進電機的驅動，原理與門禁節(jié)點類似。當該終端節(jié)點接收到相關控制指令通過驅動電機的以實現(xiàn)窗簾的開關控制，這里可以通過實現(xiàn)需要來控制窗簾的開合度，保證室內的合理化采光控制。

　　3 智能宿舍系統(tǒng)的軟件設計

　　3.1 服務器程序設計

　　服務器程序是建立在具有固定IP的服務器上，最主要的作用是建立 Android 手機客戶端和嵌入式系統(tǒng)的TCP 連接的線程間的管理和通信。嵌入式Linux系統(tǒng)與服務器建立TCP連接后，服務創(chuàng)建相應線程與其通信，當Android 手機客戶端建立連接時，服務器創(chuàng)建另一個線程與其通信，服務器將兩者通信數(shù)據(jù)相互傳輸，以實現(xiàn)兩個客戶端線程的通信。

　　3.2 Android 應用程序設計

　　Android應用程序是用戶遠程訪問控制宿舍的客戶端。應用程序設計就是與ZigBee節(jié)點相應的，分為門禁的控制按鈕、電燈的開關按鈕、插座的通斷按鈕和窗簾的開閉按鈕。應用程序首次安裝登錄時，會與手機號進行綁定，以提高系統(tǒng)的安全性。登錄后與服務器建立TCP連接，按鈕動作會向服務器發(fā)送相應的控制指令，達到控制目的。

　　4 結束語

　　本文設計的系統(tǒng)實現(xiàn)了學生宿舍的智能化管理與控制功能，整體結構清晰明了，節(jié)點安裝方便�？梢愿鶕�(jù)實際需求擴展節(jié)點的功能，適用于不同環(huán)境。此項技術將Web技術、嵌入式技術和ZigBee技術完美的結合，在學生宿舍方面的應用與推廣有較好的前景。

　　參考文獻：

　　[1]Luigi A，Antonio I，Giacomo M.The internet of things：A survey[J].Computer Networks，2010：784-2805

　　[2]Texas Instruments.A True System-on-Chip Solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications[EB/OL].http：//www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cc2530.pdf.

　　[3]友善之臂.Tiny6410開發(fā)板[EB/OL].http：//www.arm9.net/tiny6410.asp.

　　作者簡介：華旺東(1992.01-)，男，湖北武漢人，本科，研究方向：物聯(lián)網;張仕臻(1989.06-)，男，湖北十堰人，江漢大學研究生處，研究生，研究方向：系統(tǒng)工程;王松(1992.08-)，男，湖北武漢人，本科。

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