基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的研究

王勇

摘 要：現(xiàn)代化智能家居理念以智能、高效、快捷等優(yōu)勢(shì)成為未來(lái)理想家居模式，本文闡述了實(shí)現(xiàn)智能家居必要條件以及ZigBee技術(shù)，分析了Zigbee技術(shù)與家庭網(wǎng)絡(luò)接軌的優(yōu)勢(shì)。以Zigbee無(wú)線通信技術(shù)完成了家庭電器的智能控制，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)線路中的缺點(diǎn)。通過(guò)實(shí)踐證明，基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)具有耗能低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、可拓展、安全性能高等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)智能家居的最佳途徑。

關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)；ZigBee技術(shù)；遠(yuǎn)程控制

智能家居是一種現(xiàn)代化的家居生活方式，智能家居通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信、綜合布線等技術(shù)將家庭中的各種電器相連接，將電器遠(yuǎn)程控制成為現(xiàn)實(shí)。智能家居具有安全、舒適、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)漸漸受到人們的喜愛(ài)和關(guān)注。智能家居概念很早就被提出，但是是經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展仍未得到廣泛推廣。目前，無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其中，值得一提的是傳感器網(wǎng)絡(luò)Zigbee技術(shù)已發(fā)展成熟，極大的促進(jìn)了智能家居系統(tǒng)推廣與應(yīng)用。相信隨著Zigbee技術(shù)的成熟智能家居系統(tǒng)將很快的進(jìn)入千家萬(wàn)戶，改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睢?/p>

1 Zigbee技術(shù)

Zigbee技術(shù)是一種近距離、雙向的無(wú)線通訊技術(shù)。在數(shù)據(jù)鏈路層中醫(yī)IEEE 802.15.4為標(biāo)準(zhǔn)，在網(wǎng)絡(luò)層、表示層、應(yīng)用層由Zigbee技術(shù)來(lái)制定。與藍(lán)牙、無(wú)線USB、wi-fi等無(wú)線接入設(shè)備相比，Zigbee技術(shù)具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。（1）低成本，一塊Zigbee芯片的造價(jià)為12塊錢左右，同時(shí)它為免費(fèi)專利。（2）耗能低，在休眠狀態(tài)下，1節(jié)5號(hào)電池可維持一個(gè)節(jié)點(diǎn)3個(gè)月～12個(gè)月的工作消耗。（3）擁有超大容量的網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)中可容納近66000個(gè)設(shè)備，因?yàn)閆igbee的組網(wǎng)可變形為多種組網(wǎng)模式以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

2 Zigbee技術(shù)與家庭網(wǎng)絡(luò)接軌的優(yōu)勢(shì)

智能家居系統(tǒng)中連接的控制、開(kāi)關(guān)、安防、家電、地板采暖等調(diào)節(jié)控制信號(hào)的傳輸只需要很小的數(shù)據(jù)量，沒(méi)有高速傳輸?shù)男枰?，但要求耗能低、容量大、?shí)時(shí)性高。若是將智能家居推廣應(yīng)用勢(shì)必要降低它的制作成本，所以必須具備低成本、方便快捷、易安裝、拓展性高等特點(diǎn)。由此可見(jiàn)，Zigbee技術(shù)是推廣智能家居系統(tǒng)的理想選擇。

目前，在家庭中常使用的通信設(shè)備從連接技術(shù)劃分可分為有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兩類。常見(jiàn)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有電話通訊、電力傳輸、Ethernet等技術(shù)，這些技術(shù)在安裝維護(hù)成本較高、拓展性能差、布線工作繁重等缺陷與智能家居系統(tǒng)的理念相悖。因此，在智能家居網(wǎng)絡(luò)的選擇上勢(shì)必為無(wú)線組網(wǎng)方式。常見(jiàn)的無(wú)線組網(wǎng)方式有wi-fi、紅外技術(shù)、Zigbee、藍(lán)牙等。wi-fi使用耗能高。紅外技術(shù)拓展性差、功能單一，同時(shí)具有一個(gè)致命性的缺點(diǎn)——方向性要求高。因此，以上兩種無(wú)線傳輸技術(shù)都不適合應(yīng)用與智能家居系統(tǒng)。但Zigbee技術(shù)具有耗能低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全性能高的優(yōu)點(diǎn)與智能家居系統(tǒng)的需要相符，在未來(lái)必將成為智能家居網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)的核心。

3 基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的研究

3.1 智能家居主控制器的設(shè)計(jì)

主控制器接收來(lái)自分控制器傳回的各種傳感器收集的數(shù)據(jù)信息，比對(duì)用戶設(shè)定的指標(biāo)完成智能判斷再作對(duì)相應(yīng)的指令進(jìn)行調(diào)整。在linux操作系統(tǒng)中搭建web的boa服務(wù)器，完成PC端的http訪問(wèn)，智能家居主控制器將家電數(shù)據(jù)和傳感器經(jīng)由boa服務(wù)器遠(yuǎn)程傳輸給PC端，主控制器也可由boa服務(wù)器遠(yuǎn)程傳輸給PC端下達(dá)各種信息給智能家居分控制器。主控制器的核心為lntel pxa 270，可外擴(kuò)ZigBee、鍵盤、網(wǎng)卡燈模塊。在軟件配置上，智能家居主控制器軟件開(kāi)發(fā)包含linux的植入、boa服務(wù)器的配置、嵌入式應(yīng)用程度以及驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。

3.2 智能家居分控制器的設(shè)計(jì)

智能家居分控制器包含家電控制器、安防控制器、環(huán)境控制器、三表控制器四種。每個(gè)控制器分管不同部門，但其核心是相通的，控制器采用CC2430芯片為控制器，CC2430芯片是一種系統(tǒng)芯片（SOC）CMOS的解決方案，它是一種兼具高性能的射頻收發(fā)器和控制器。CC2430芯片將無(wú)線收發(fā)器和處理器融為一體，在能耗只需要少數(shù)的外圍輔助電路就可完成ZigBee節(jié)點(diǎn)分控制器。常見(jiàn)的分控制電路包括：電源開(kāi)關(guān)、觸屏、鍵盤、A/D電路、編程接口電路等。在不同的功能分控制器中應(yīng)配置不同的外圍控制電路運(yùn)作。

3.3 智能家居系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)主要由分控制器和主控制器組成。其中，主控制器為智能家居系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)家庭內(nèi)、外網(wǎng)的物理連接以及家電的控制與管理。智能家居分控制器按功能劃分可分為家電控制器、安防控制器、環(huán)境控制器、三表控制器四類。由ZigBee芯片負(fù)責(zé)分控制器與主控制器之間的連接。主控制器、遠(yuǎn)程用戶以及用戶手機(jī)三者通過(guò)GPRS技術(shù)進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

ZigBee技術(shù)十分符合現(xiàn)代智能家居理念，本文提出了基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的實(shí)施辦法，研究了智能家居系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及ZigBee的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)使各種家庭設(shè)備形成一個(gè)有機(jī)的整體，將家庭電器的智能控制成為了現(xiàn)實(shí)。該系統(tǒng)具有具有耗能低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、可拓展、安全性能高等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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