ZigBee技術在智能校園中的應用研究

黃婉盈 朱娜 張少華 劉文亮

摘要：ZigBee技術具有短距離性、高安全性與低功耗等優(yōu)點，因此被廣泛利用于智能家居中。本次課題主要是根據(jù)人們對智能校園系統(tǒng)功能的具體需求進行分析，并對之進行針對性的應用研究，同時解決校園整體系統(tǒng)中存在的成本、故障率高等問題，從而構建一套功能滿足需要、成本低、安全較高、覆蓋范圍廣等集諸多優(yōu)點的ZigBee智能校園內(nèi)部系統(tǒng)。

關鍵詞：智能校園；ZigBee技術；應用研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0264-02

一、引言

人們生活質(zhì)量的提高使智能生活方式成為主流。作為一種低成本、低功耗的無線通訊技術，ZigBee技術在智能校園系統(tǒng)中有著良好的應用前景。將ZigBee技術應用于智能校園系統(tǒng)中，構建一個基于ZigBee技術的現(xiàn)代、智能校園系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全新的數(shù)字化、智能管理和服務校園運營模式。在不同的領域，各種系統(tǒng)通過先進的無線網(wǎng)絡技術相互連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和管理，使智能化、人性化的校園生活成為現(xiàn)實。

二、ZigBee技術

（一）ZigBee技術簡介與應用

ZigBee一種是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本和自組織的雙向無線通信技術。主要適合用于自動化控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。它是一種低速、低功耗、低傳輸速率的近距離無線組網(wǎng)通訊技術，并且可以自動組成網(wǎng)絡。該技術始于2002年，在過去幾年發(fā)展迅速，有著廣闊的應用范圍，尤其是智能家居領域。市面上的現(xiàn)有產(chǎn)品如無線開窗器、無線光照傳感器、場景開關、溫濕度傳感器等。以無線光照傳感器為例，作為一款環(huán)境監(jiān)測類的產(chǎn)品，不僅可以實時讀取當前環(huán)境光照數(shù)值，還可以通過場景內(nèi)的聯(lián)動，調(diào)整室內(nèi)燈光、窗簾等。

（二）與其他同類技術比較

Wi-Fi是現(xiàn)代應用最廣泛的無線傳輸技術，最大特點是方便人們隨時隨地接入互聯(lián)網(wǎng)。但是也存在明顯的缺點，功耗高、組網(wǎng)專業(yè)性強、安全性低等。另一種就是無線射頻技術，運用在車輛監(jiān)控、遙控、小型無線網(wǎng)絡等，但抗干擾能力弱、組網(wǎng)不便、可靠性一般。ZigBee則使用128K加密技術，研發(fā)至今在全球沒有被攻破的先例，而Wi-Fi與射頻技術產(chǎn)品，利用截碼器五分鐘就能輕易破解。ZigBee在穩(wěn)定性方面也是遠勝Wi-Fi，獨有的組網(wǎng)功能即使大面積斷電后依舊能自主網(wǎng)絡，恢復如初。

三、ZigBee技術的智能校園

（一）校園遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

針對現(xiàn)有的校園整體監(jiān)測監(jiān)控裝置成本高、安裝維護難度大等缺點，將ZigBee無線通訊技術引到校園監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，設計了基于ZigBee技術的校園監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。利用無線傳輸?shù)谋O(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對整個校園中的各個角落、突發(fā)狀況等進行快速、準確的監(jiān)測并進行處理分析，實現(xiàn)高效率的遠程監(jiān)控并很大程度上減少人力支出。例如，ZigBee技術和太陽能路燈結合的智能路燈系統(tǒng)，能夠遠程實時監(jiān)控在第一時間判斷故障并排除，當路燈損壞時可以進行報警并顯示出具體位置，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)單盞路燈的亮度并對功耗和亮燈率等數(shù)據(jù)進行顯示，大大提高使用壽命和經(jīng)濟效益并降低維護成本，從而節(jié)約社會資源以實現(xiàn)生態(tài)校園的目的。一般來說，校園需要更多的數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控站點，而ZigBee技術可以在提高可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r大大降低設備的成本，也可以覆蓋現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡的盲區(qū)，以實現(xiàn)低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪h程檢測監(jiān)控系統(tǒng)。

（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著校園各類數(shù)據(jù)的增多，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的故障率也逐漸提高。因此利用ZigBee技術的功率小、成本低等優(yōu)點設計出一個校園無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、適應性強、性能安全穩(wěn)定、操作簡單等特點，實現(xiàn)了穩(wěn)定數(shù)據(jù)實時采集和準確傳輸?shù)耐瑫r保證數(shù)據(jù)的安全性。

該系統(tǒng)利用ZigBee無線網(wǎng)絡的獨特技術優(yōu)勢構建長鏈型網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中進行多跳路由傳輸。ZigBee中心節(jié)點即數(shù)據(jù)匯聚點，連接到系統(tǒng)管理中心，每個監(jiān)測點都是ZigBee的路由節(jié)點或終端節(jié)點，負責發(fā)送和接受數(shù)據(jù)或路由。以基于ZigBee技術的低速網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集無線傳感網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，配合現(xiàn)有的軟硬件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)準確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。因此在校園智能系統(tǒng)中的應用前景十分廣泛。

（三）無線點餐

現(xiàn)有的傳統(tǒng)餐飲服務模式信息化程度低，存在諸多不便。例如，單據(jù)多、出現(xiàn)漏單等。為滿足餐飲數(shù)字化、網(wǎng)絡化智能校園的要求，結合ZigBee技術獨特的網(wǎng)絡優(yōu)勢與智能設備建立一個無線點餐系統(tǒng)，提高食堂餐飲的服務質(zhì)量和工作效率，減少人力支出、優(yōu)化管理流程、降低出現(xiàn)差錯的幾率，實現(xiàn)各種信息的快速操作、餐飲管理的數(shù)字化、智能化。

ZigBee無線節(jié)點網(wǎng)絡通過在餐廳、廚房、收銀臺和處理中心部署的ZigBee節(jié)點設備及RFD的軟件程序形成一個完整的無線通訊網(wǎng)絡。使這個網(wǎng)絡能夠自動處理信息，用戶可以使用內(nèi)置無線ZigBee通信模塊無線點餐終端進行點餐、加餐、催餐、結賬等操作。例如，點餐時用戶或服務員的訂單通過終端和大廳內(nèi)的ZigBee網(wǎng)絡自動上傳到廚房和收銀臺，在有效范圍內(nèi)能及時將數(shù)據(jù)由無線通訊傳達到數(shù)據(jù)服務器，再經(jīng)過后臺處理，將菜品信息無線傳送至廚房終端。從而完成整個點餐流程。無線通訊系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較低，更注重功耗與成本。而低成本、低功耗的ZigBee無線點餐系統(tǒng)極大程度滿足了需求。

（四）智能交通

1.ZigBee技術的智能交通。隨著校園的發(fā)展和汽車數(shù)量的迅速增長，現(xiàn)有的校園交通已經(jīng)無法滿足日益增長的交通需求。新一代信息技術中智能交通占據(jù)著重要地位，而ZigBee技術具有成本低、功耗低的優(yōu)點，很適用于智能交通系統(tǒng)。采用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡技術，設計智能校園交通系統(tǒng)。通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送到無線控制系統(tǒng)子控制模塊，子控制模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂颇K進行處理，并根據(jù)實時路況進行交通信號燈的管制，從而提高交通效率。不僅能在GPS覆蓋不到的樓內(nèi)或隧道內(nèi)繼續(xù)使用，還能通過ZigBee無線網(wǎng)絡傳輸信息實時采集路況，使每臺設備間通過無線網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)無需挖掘路面進行布線，在智能交通領域具有一定的價值。

2.校園智能公交。開發(fā)一種基于ZigBee和GSM/GPRS的校園智能公交運行監(jiān)測管理系統(tǒng)，利用各自的特點從而較好地解決學生出行問題。每輛校園公交上的無線識別器就是一個ZigBee設備，而每一個站臺上的站臺監(jiān)控器則是ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。每個站臺系統(tǒng)與到達的車輛形成一個ZigBee網(wǎng)絡。ZigBee組成的智能交通系統(tǒng)可以使車輛在行駛過程中有效檢測車輛狀態(tài)、信息方位等，還可以將導航、地理等信息及時傳送給車輛，并且能調(diào)度交通系統(tǒng)，提高行車安全性且有效緩解交通壓力。

四、結語

本文主要對ZigBee在智能校園系統(tǒng)中的應用進行分析和研究，隨著ZigBee技術的不斷進步，將會在更多的設備中進行投入和使用。我國相關研究部門也正將這種ZigBee技術進行研發(fā)，并且在不久的將來，無線點餐系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等都會安裝大量低成本、低耗能的ZigBee設備。而基于ZigBee技術的智能校園系統(tǒng)也將更加完善，與人們的生活更加貼近。

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