淺談ZigBee 技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

莫玉華

江蘇省常州技師學院電氣工程系 江蘇常州 213032

ZigBee最初預(yù)計的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括消費電子、能源管理、衛(wèi)生保健、家庭自動化、建筑自動化和工業(yè)自動化。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，ZigBee又獲得了新的應(yīng)用機會。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的最基礎(chǔ)最核心最廣泛的單元細胞，而ZigBee能夠在數(shù)千個微小的傳感傳動單元之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳到另一個節(jié)點，所以它的通信效率非常高。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴容，易使用，易維護、便于快速大規(guī)模部署等特點順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢。目前來看，物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)在智能家居、工業(yè)監(jiān)測和健康保健等方面的應(yīng)用有很大的融合性。

一、ZigBee技術(shù)概述

蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。

每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。

ZigBee技術(shù)的安全性較高，其安全性源于其系統(tǒng)性的設(shè)計：采用AES加密(高級加密系統(tǒng))，嚴密程度相當于銀行卡加密技術(shù)的12倍;其次，ZigBee采用蜂巢結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個設(shè)備不僅能通過多個方向與網(wǎng)關(guān)通信，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性;每個設(shè)備還具有無線信號中繼功能，可以接力傳輸通訊信息把無線距離傳到1000米以外。另外，其網(wǎng)絡(luò)容量理論節(jié)點為65300個，能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，即便是智能小區(qū)、智能樓宇等只需要1個主機就能實現(xiàn)全面覆蓋;最后，ZigBee具備雙向通信的能力，不僅能發(fā)送命令到設(shè)備，同時設(shè)備也會把執(zhí)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)反饋回來。此外，ZigBee采用了極低功耗設(shè)計，可以全電池供電，理論上一節(jié)電池能使用2年以上。

二、ZigBee技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

1.安全系統(tǒng)

一個安全系統(tǒng)可以包括多個傳感器，包括運動探測器，玻璃破碎傳感器和安全監(jiān)視器。這些設(shè)備需要通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)與中心安全面板進行通信，基于ZigBee的安全系統(tǒng)簡化了安裝和更新的過程。盡管ZigBee的數(shù)據(jù)速率很低，但是它仍然可以無線傳輸圖像，傳輸質(zhì)量也可以接受。例如，Zig-Bee已經(jīng)被用于無線攝影機系統(tǒng)，用來在家庭門口記錄來訪者的錄像，并將這些錄像發(fā)送到室內(nèi)一個專用監(jiān)視器上。

2.抄表系統(tǒng)

電表需要定期讀取數(shù)據(jù)來獲取水電費賬單，實現(xiàn)這個目的的一個方法就是在戶主的住宅處手動抄表，并將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫中。基于ZigBee的自動抄表系統(tǒng)（AMR）能在居民住宅間建立自形成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，這些住宅的電表都連接到電表公司辦事處。AMR提供了遠程監(jiān)控居民的用電，氣和水情況的機會，并且淘汰了人力每月定期上門抄表的方式。

AMR的作用不僅限于傳輸每月的水電使用數(shù)據(jù)，它可以收集更加詳細的使用信息，自動檢測泄露和設(shè)備問題，協(xié)助入侵檢測?；?ZigBee的無線設(shè)備不僅執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)，他們還可以通過和室內(nèi)的裝置通信來管理使用高峰期。例如，當電量使用激增時，可以暫時關(guān)閉ZigBee電熱水器一段時間來減少高峰期用電量。

3.燈控系統(tǒng)

電燈控制是在室內(nèi)或商業(yè)建筑中使用ZigBee的一個典型例子。在傳統(tǒng)的電燈安裝中，為了實現(xiàn)打開和關(guān)閉電燈，必須從電燈到開關(guān)扯一根電線。例如，安裝一個新壁燈的時候，需要一條新的到開關(guān)的電線。如果壁燈和開關(guān)都配備了ZigBee設(shè)備的話，那么電燈和開關(guān)之間將不再需要電線連接。這樣，室內(nèi)的任何開關(guān)都可以被指派來打開和關(guān)閉一盞特定的電燈。

舉個例子，電燈位于居民建筑的入口處，居住區(qū)和走廊。入口處的墻上開關(guān)可以打開和關(guān)閉4盞燈中的任何一盞，相比之下，居住區(qū)墻上的開關(guān)僅與位于居住區(qū)的電燈進行通信。支持ZigBee的壁燈要比常規(guī)的壁燈更貴，但是它的安裝費用卻較低，因為它不需要額外的電線連接到墻上的開關(guān)。使用無線來遙控電燈已經(jīng)不是一個新的概念，通過確保較長的電池壽命和來自不同經(jīng)銷商的產(chǎn)品的互操作性，ZigBee提供了在可靠的，低成本的網(wǎng)絡(luò)中大范圍實現(xiàn)這個概念的機會。

除了潛在的成本節(jié)省外，在室內(nèi)，ZigBee電燈還有其他的好處。例如，嵌入到壁燈內(nèi)的ZigBee設(shè)備可以充當路由器，在房間內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)信息，或者，壁燈可以被編程設(shè)計為當電視打開時變暗。ZigBee燈控機制同樣也已經(jīng)被用于路燈控制。

未來的智能家居將依照人體工程學原理，融合個性需求，將與家居生活有關(guān)的各個子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯(lián)動、淋浴器等有機地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗并更加的人性化、實用、易用，真正的提高人們的生活品質(zhì)。