基于ZigBee的高校智能家居實(shí)訓(xùn)室建設(shè)

姜寧

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居行業(yè)的廣泛應(yīng)用，高校相應(yīng)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)，配套實(shí)訓(xùn)平臺(tái)搭建是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。文中介紹了智能家居和ZigBee技術(shù)的基本概念，利用ZigBee無線通信技術(shù)構(gòu)建智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，經(jīng)實(shí)踐，效果良好。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)； ZigBee技術(shù)；智能家居； 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）07-0-02

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，社會(huì)信息化程度越來越高，信息領(lǐng)域新產(chǎn)品、新服務(wù)大量涌現(xiàn)，人們對(duì)家庭生活、學(xué)習(xí)、娛樂提出了更高的品質(zhì)要求，構(gòu)建智能、舒適、高效的家居生活成為未來家居的發(fā)展方向。智能家居作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在物聯(lián)網(wǎng)大潮下蘊(yùn)含著巨大的市場(chǎng)潛力，預(yù)測(cè)在未來幾年內(nèi)全世界將有近億家庭進(jìn)入智能的家居生活，而這需要大批具有智能家居系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修等方面的技能人才。目前我國(guó)已有50多所高校設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)本科專業(yè)和30多所高職院校設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)?？茖I(yè)[1]。

1 智能家居概念

智能家居（Smart Home）是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境[2]。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家中各種設(shè)備（照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）有機(jī)結(jié)合，提供家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多種功能。

2 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能[3]。這個(gè)名稱來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息[4]。ZigBee 是基于IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，主要用于小型設(shè)備如溫濕度傳感器、照明控制器、安防系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備等，其低功耗可以確保兩節(jié)五號(hào)電池的使用壽命達(dá)到6個(gè)月至2年，其網(wǎng)絡(luò)容量可以實(shí)現(xiàn)數(shù)千個(gè)傳感器之間的相互通信，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以支持254個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)區(qū)域內(nèi)最多可以同時(shí)存在100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。隨著ZigBee技術(shù)的不斷完善，它將在智能家居、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療領(lǐng)域等方面廣泛應(yīng)用。

3 智能家居實(shí)訓(xùn)室建設(shè)

智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)開放型應(yīng)用環(huán)境之一，理論與實(shí)踐相結(jié)合，使物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生掌握基本的工程布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)搭建、智能化項(xiàng)目的設(shè)備選型、工程設(shè)計(jì)、集成安裝與調(diào)試。把教學(xué)實(shí)訓(xùn)和工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，具備工程展示、設(shè)備認(rèn)知、理論實(shí)驗(yàn)、技能實(shí)訓(xùn)等功能[5]。

在實(shí)訓(xùn)室建設(shè)前期，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師對(duì)幾所高校進(jìn)行了實(shí)地考察調(diào)研，并對(duì)幾家公司產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，最終選擇了廣州一家公司的智能家居沙盤。該智能家居沙盤實(shí)景模型按照兩室三衛(wèi)一廳一花園戶型設(shè)計(jì)。智能家居沙盤裝配有智能家居系統(tǒng)核心設(shè)備——智能家居網(wǎng)關(guān)、用于控制房間燈光的智能開關(guān)、智能窗簾電機(jī)，智能插座。還可控制用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)的溫濕度傳感器，用于安防監(jiān)控的攝像頭、智能門磁、人體感應(yīng)探測(cè)器以及用于遙控家電設(shè)備的紅外遙控器等設(shè)備。本系統(tǒng)采用美國(guó)德州儀器TI 公司生產(chǎn)的CC2530芯片來實(shí)現(xiàn)家庭中各設(shè)備節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器之間的控制功能，所有設(shè)備之間均采用ZigBee無線通信協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)互通，如圖1所示。用戶既可以直接使用配套提供的Android App軟件對(duì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行控制，體驗(yàn)智能家居應(yīng)用，也可以根據(jù)配套提供二次開發(fā)資源，設(shè)計(jì)并自行開發(fā)上位機(jī)軟件，完成物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)。

智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包含燈光控制系統(tǒng)，智能音箱控制系統(tǒng)，智能安防控制系統(tǒng)，智能窗簾控制系統(tǒng)等。

（1）燈光控制系統(tǒng)

智能燈光控制系統(tǒng)結(jié)合ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、燈光控制面板等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)房間燈光的智能化管理。基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程燈光控制模式，可實(shí)現(xiàn)燈光臨時(shí)、定時(shí)自動(dòng)開關(guān)等功能；手動(dòng)燈光控制模式通過動(dòng)手指對(duì)燈光控制面板的操作實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)手動(dòng)燈光開關(guān)控制。

（2）智能音箱控制系統(tǒng)

智能音箱控制系統(tǒng)結(jié)合ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、智能插座面板及紅外轉(zhuǎn)發(fā)器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)房間的多媒體設(shè)備的智能化管理。通過智能插座面板遠(yuǎn)程控制音箱的電源；通過紅外轉(zhuǎn)發(fā)器模擬遙控器遠(yuǎn)程操作紅外音箱。

（3）智能安防控制系統(tǒng)

數(shù)字安防系統(tǒng)通過WiFi攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)房間視頻監(jiān)控功能?；赪iFi無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能；配合其他硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)安防監(jiān)控功能。

（4）智能窗簾控制系統(tǒng)

智能窗簾控制系統(tǒng)結(jié)合ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、窗簾電機(jī)及導(dǎo)軌、開關(guān)面板等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)房間窗簾的智能化管理?；诰W(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程窗簾控制功能，可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)房間內(nèi)窗簾的開關(guān)動(dòng)作；手動(dòng)開關(guān)控制功能通過窗簾控制面板實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制房間內(nèi)窗簾開關(guān)動(dòng)作的目的。

該智能家居系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的主要功能是作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表1所列。學(xué)生完成全部實(shí)驗(yàn)便可以使用擅長(zhǎng)的上位機(jī)開發(fā)語言進(jìn)行基于智能家居概念的物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 語

智能家居實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)能滿足物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)需求，支持學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、科技競(jìng)賽等活動(dòng)，可以比較全面的展示物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科研項(xiàng)目的研發(fā)[6]。實(shí)踐證明，智能家居實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)能讓課堂教學(xué)的效果落到實(shí)處，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，取得了良好的教學(xué)效果。讓我們暢想：當(dāng)您回到家中，隨著門鎖被開啟，家中的安防系統(tǒng)自動(dòng)解除警戒，廊燈緩緩點(diǎn)亮，空調(diào)自動(dòng)啟動(dòng)，喜歡的音樂輕輕響起，每天晚上所有的窗簾都會(huì)定時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，您外出之前按一個(gè)鍵就可以關(guān)閉家中所有的燈和電器，在辦公室或出差時(shí)打開電腦上網(wǎng)，家中的安全設(shè)備和家用電器立即呈現(xiàn)在用戶面前……智能家居正一步步走進(jìn)人們的生活。

參考文獻(xiàn)

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