基于ZigBee的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)探討

楊書鴻

摘 要 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，智能設(shè)備使用到各個(gè)行業(yè)中，其中影響力較大的就是智能家居。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以對(duì)家居進(jìn)行智能化以及數(shù)字化處理，全面構(gòu)建現(xiàn)代家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。家居智能化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的方式是基于ZigBee計(jì)算機(jī)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過ZigBee無線通信技術(shù)可以對(duì)家居系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的處理，還能在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備對(duì)家居進(jìn)行智能控制，提升智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用的靈活性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能家居的推廣和普及。

關(guān)鍵詞 ZigBee；智能家居；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）205-0158-02

智能家居的出現(xiàn)依托于現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)的使用，嵌入式的接入系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將家庭中的照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中在一起，并且通過移動(dòng)終端進(jìn)行控制，使整個(gè)的家居工作過程更加的便捷。目前來講，市場(chǎng)上可以使用的移動(dòng)設(shè)備較多，但是這些移動(dòng)技術(shù)在使用的過程中協(xié)議較為復(fù)雜，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面存在較大的問題，因此需要對(duì)方法進(jìn)行改進(jìn)，采用ZigBee技術(shù)，保證設(shè)計(jì)過程中的功耗降低，提升組間維護(hù)質(zhì)量，克服網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能性，提升整體質(zhì)量。

1 ZigBee技術(shù)概述

ZigBee技術(shù)作為一種雙向無線通訊技術(shù)，主要使用到距離較短并且功率消耗較低的電子設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)之間的傳輸，對(duì)于周期性的數(shù)據(jù)使用具有非常重要的意義。該技術(shù)與常規(guī)移動(dòng)通信CDMA等網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式存在顯著不同，可以進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，在工作的過程中整個(gè)的工作過程更加的便捷，成本價(jià)格也較低。并且ZigBee技術(shù)作為一種無線連接的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同頻段的數(shù)據(jù)傳輸，范圍可以達(dá)到10m～75m，因此，在家庭智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有一定的適用性。其特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1 功耗較低

ZigBee進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，自身的傳輸速率是較低的，發(fā)射功率為1mW，并且進(jìn)行工作的過程中主要采用的是休眠的模式，這樣在功耗方面得到進(jìn)一步的降低，并且可以節(jié)省電量，普通的2節(jié)5號(hào)電池就可以維持2年左右的時(shí)間，這對(duì)于設(shè)備來講可以大量的節(jié)約能耗。

1.2 成本降低

成本的管理設(shè)計(jì)中比較重要的方式，一般來講進(jìn)行成本管理的過程中優(yōu)勢(shì)也是非常明顯的并且該技術(shù)在使用的過程中屬于免費(fèi)專利產(chǎn)品，作為低成本的因素進(jìn)行使用可以進(jìn)一步提升使用的效率，減少各項(xiàng)成本的消耗。

1.3 傳輸速度快

該技術(shù)在進(jìn)行使用的過程中，從休眠階段到狀態(tài)激活的過程中，整個(gè)的時(shí)間是非常短的，設(shè)備在重新啟動(dòng)信號(hào)搜索的過程中，只需要15ms的時(shí)間，因此，在使用的過程中更加快捷，對(duì)于技術(shù)的使用來講更快，可以更好地使用到家居智能設(shè)備中，提升設(shè)備的整體質(zhì)量，不再受到無線控制系統(tǒng)的影響。

1.4 便捷安全

ZigBee技術(shù)在使用的過程中更加可靠，主設(shè)備與附屬設(shè)備之間可以自由的進(jìn)行組合整個(gè)的過程更加的便捷，并且在技術(shù)設(shè)計(jì)過程中采用避免碰撞的策略，并且對(duì)固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了一定的專業(yè)間隙，這樣可以防止數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)碰撞，防止數(shù)據(jù)之間的沖突，同時(shí)該技術(shù)采用的是完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)包的接收以及發(fā)送也是需要進(jìn)行關(guān)注的問題，在傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)的問題需要重新進(jìn)行發(fā)送，比起傳輸中的其他技術(shù)，這種技術(shù)更加的便捷，傳輸?shù)倪^程也更加的科學(xué)化。并且ZigBee對(duì)于數(shù)據(jù)包存在一定的檢查以及驗(yàn)證功能，可以支持以及認(rèn)證各項(xiàng)數(shù)據(jù)的真實(shí)完整性，并且采用了AES-128對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)使用的安全性以及靈活性。

2 ZigBee的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ZigBee的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中需要結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的需要進(jìn)行工作，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中需要結(jié)合具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。一般來講，進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中系統(tǒng)主要從3個(gè)方面進(jìn)行考慮，以芯片作為主要的中樞傳輸系統(tǒng)，之后進(jìn)行終端控制模塊的管理，3個(gè)部分相互控制和管理，將安防、家電以及智能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行整合。如圖1所示為整體系統(tǒng)運(yùn)行圖，在圖中可將各種系統(tǒng)整體的進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的整體性。具體過程如圖1所示。

2.1 模塊初始化系統(tǒng)

進(jìn)行設(shè)備使用的過程中需要對(duì)模塊進(jìn)行初始化的管理，硬件電路板設(shè)備需控制在安全的范圍內(nèi)，并且對(duì)整體的電壓進(jìn)行穩(wěn)定性的測(cè)試，這樣可以為設(shè)備的使用提升更加穩(wěn)定的條件，采用不同的方式對(duì)電路板進(jìn)行初始化的處理，保證定時(shí)器、ADC、DMA的初始化，并且將其寫入到NV中，進(jìn)行系統(tǒng)操作的初始化處理，使得電能設(shè)計(jì)處于初始化的模塊，保證進(jìn)入系統(tǒng)后的各項(xiàng)設(shè)備是確定的。在初始化結(jié)束后可以啟動(dòng)移動(dòng)設(shè)備，在家庭移動(dòng)設(shè)備上發(fā)送各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)命令，之后開始創(chuàng)建智能家居網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，在協(xié)調(diào)器命令開始后，建立網(wǎng)絡(luò)，啟動(dòng)終端設(shè)備，終端自動(dòng)的搜索網(wǎng)絡(luò)，并且發(fā)送請(qǐng)求，在終端網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)請(qǐng)求后，按照ZigBee協(xié)議的方式將網(wǎng)址進(jìn)行發(fā)送，并且將短信息發(fā)送至解調(diào)器，之后傳輸至移動(dòng)終端，完成整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程。調(diào)制解調(diào)器在整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中起到非常重要的中樞作用，將其連接到電視機(jī)中，可以通過電視機(jī)的命令將其進(jìn)行分析，并且對(duì)智能家居協(xié)議進(jìn)行發(fā)送，各個(gè)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行協(xié)議的使用可以完成整個(gè)的運(yùn)行過程。

2.2 電能計(jì)量系統(tǒng)

這種系統(tǒng)主要是依托專業(yè)的芯片構(gòu)成電能計(jì)量以及通信設(shè)計(jì)模塊，這樣可以將不同的電量進(jìn)行測(cè)試并且傳輸至協(xié)調(diào)器中，將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，然后結(jié)合實(shí)際的移動(dòng)設(shè)備使用情況將數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并且將不同時(shí)間下的各項(xiàng)模塊信息進(jìn)行傳輸，分析繼電保護(hù)器的運(yùn)行狀態(tài)，將每天的電量信息進(jìn)行查看，實(shí)現(xiàn)定時(shí)的目的。該技術(shù)可以對(duì)家居中的整體電量進(jìn)行控制，并且在運(yùn)行的過程如果電量超出了預(yù)期，可以對(duì)電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電量的整體控制。endprint

2.3 紅外控制設(shè)計(jì)

該技術(shù)主要是通過移動(dòng)設(shè)備終端發(fā)送信號(hào)至協(xié)調(diào)器，在協(xié)調(diào)器確定指令后發(fā)送至移動(dòng)終端，終端在收到信號(hào)之后按照通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，在數(shù)據(jù)分析出來后按照及其的控制指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的組合以及分析，并且利用紅外線功能將數(shù)發(fā)送到其他的設(shè)備中，以此完成整個(gè)的設(shè)計(jì)工作，如果在信號(hào)傳輸?shù)墓こ讨?，設(shè)備沒有接收到信號(hào)，并且未進(jìn)行工作，則需要重新將信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。

2.4 安防監(jiān)控系統(tǒng)

安防系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定，之后移動(dòng)終端中將設(shè)備進(jìn)行開啟，攝像頭可以打開，將安防模式發(fā)送至協(xié)調(diào)器中，這樣就可以將指令進(jìn)行傳輸，終端在接收到信號(hào)，啟動(dòng)安防模式，在系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控模式后，一旦人員經(jīng)過，就會(huì)出現(xiàn)中斷，并且發(fā)出警報(bào)，并開始進(jìn)行錄像，如人員接收到警告后離開，攝像頭在經(jīng)歷3次無人信息確定后，關(guān)閉錄像功能，這樣可以將攝像頭的錄像進(jìn)行更加科學(xué)化的處理，使得攝像信息更加準(zhǔn)確，進(jìn)行信息收集更加完善。

3 結(jié)論

基于ZigBee協(xié)議棧的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)相對(duì)于WiFi、藍(lán)牙等其他的無線通信系統(tǒng)來說相對(duì)簡(jiǎn)單些，但是，其本身還是比較復(fù)雜的，系統(tǒng)主要通過物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)設(shè)備和通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，將幾個(gè)典型的智能家居的功能聯(lián)系在一起，對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居的具體工作流程進(jìn)行介紹，制定更加科學(xué)化的方法將各項(xiàng)管理措施進(jìn)行分析，制定更加適宜的設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法的整體性和智能性，著眼于現(xiàn)在，把現(xiàn)在正在使用的不是智能化的家用電器智能化，做智能家居的宗旨是使家庭生活更舒適、更安全、更方便，為人們的生活提供更加便捷化的工作方法，提升整體的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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