基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳海軍

深圳市求卓科技有限公司 廣東深圳 518000

目前，智能家居逐漸進(jìn)入人們的日常生活當(dāng)中，再加上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，促使智能家具不斷朝向智能化、自動(dòng)化、信息化方向靠攏。為進(jìn)一步促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能家居的結(jié)合發(fā)展，國內(nèi)智能電器廠商紛紛推出創(chuàng)新型產(chǎn)品，以期可以加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居的應(yīng)用范圍。雖然市場(chǎng)面上關(guān)于智能家居系統(tǒng)的解決方案較多，但是多數(shù)解決方案并未形成良好的體系，甚至在性能方面也未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢哉f，智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性與拓展性亟待開發(fā)。針對(duì)于此，本文著重提出一種基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居的設(shè)計(jì)方案，以期可以提升智能家居的性能穩(wěn)定性。

1 基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)在控制裝置方面主要以家居內(nèi)的智能控制端為主，具體包括以太網(wǎng)組成部分、家庭網(wǎng)關(guān)部分、ZIgBee低功耗無線雙向通信部分等重要組成部分。介于家居系統(tǒng)內(nèi)部的家庭網(wǎng)關(guān)屬于家居控制系統(tǒng)的核心部分，主要承擔(dān)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理工作以及外部網(wǎng)絡(luò)溝通工作[1]。最重要的是，利用低功率無線通信技術(shù)手段可以針對(duì)終端設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與運(yùn)行管理方面。為確保家居系統(tǒng)內(nèi)部的家庭網(wǎng)關(guān)始終處于高效運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)計(jì)過程中，可以將系統(tǒng)房間內(nèi)的各種終端節(jié)點(diǎn)以無線網(wǎng)連接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)與管理，目的在于確保網(wǎng)絡(luò)通信過程中各終端節(jié)點(diǎn)始終保持安全無誤狀態(tài)。

利用上述設(shè)計(jì)方案，至少可以為智能家居系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供安全保障，尤其體現(xiàn)在智能家居系統(tǒng)的安全可靠性方面。另外，在房間內(nèi)布設(shè)不同種類的傳感器往往可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與各終端節(jié)點(diǎn)的連接目的。如此一來，即便是房間內(nèi)出現(xiàn)裝置運(yùn)行不正常情況，網(wǎng)絡(luò)也會(huì)及時(shí)將數(shù)據(jù)內(nèi)容傳至到控制器當(dāng)中，并針對(duì)具體故障問題進(jìn)行合理處理。最后通過家庭網(wǎng)關(guān)，用戶可以通過借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)訪問、監(jiān)督各個(gè)房間的控制器終端設(shè)備，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障排查工作。足以見得，基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)計(jì)方案在某些層面上可以有效解決以往專業(yè)技術(shù)難點(diǎn)問題，至少可以在物聯(lián)網(wǎng)家居的能耗問題方面、性能安全方面，實(shí)現(xiàn)突破性發(fā)展。

2 基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及流程分析

2.1 無線傳輸ZigBee模塊

基于ZIgBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇方面，主要以兩種邏輯設(shè)備類型為主。一種是協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，另外一種是終端節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)方案所運(yùn)用到的協(xié)調(diào)器主要以RS232串口為主。根據(jù)家庭網(wǎng)關(guān)工作狀態(tài)傳達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)有效信道以及終端節(jié)點(diǎn)的管理與協(xié)調(diào)工作。目的在于確保各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都可以接收到協(xié)調(diào)器發(fā)送的指令或者要求，根據(jù)具體指令或者要求，對(duì)相應(yīng)位置的終端節(jié)點(diǎn)加以控制，進(jìn)而達(dá)到控制終端節(jié)點(diǎn)的目的[2]。

這種設(shè)計(jì)方式不僅促使整個(gè)系統(tǒng)工作過程朝向?qū)哟位⒏咝Щ较蜻\(yùn)行，同時(shí)還可以加強(qiáng)對(duì)故障問題的維護(hù)效率，一舉兩得。最重要的是，處于該類系統(tǒng)當(dāng)中，各種家用電器以及各類傳感器基本上都可以視為一個(gè)功能獨(dú)立、自主運(yùn)行的工作節(jié)點(diǎn)。且各節(jié)點(diǎn)也可以根據(jù)ZIgBee功能模塊，構(gòu)建健全、完整的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)?？梢哉f，構(gòu)建一種以中央系統(tǒng)為核心的控制裝置，已經(jīng)不再是紙上談兵，各終端節(jié)點(diǎn)的信息反饋功能基本上可以得以實(shí)現(xiàn)。

2.2 電源模塊

電源作為整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的核心組成部分，往往會(huì)對(duì)系統(tǒng)控制情況以及運(yùn)行情況產(chǎn)生直接影響。根據(jù)本文所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)來看，對(duì)于電源模塊的設(shè)計(jì)工作，需要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃：

一方面，考慮電源模塊的穩(wěn)定性。目的在于確保系統(tǒng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性與高效性。當(dāng)整個(gè)智能家居系統(tǒng)長(zhǎng)期處于正常工作狀態(tài)時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)及內(nèi)容才能夠確保安全無誤。

另一方面，考慮電源模塊性價(jià)比問題。無論是哪一設(shè)計(jì)工作，都需要顧慮設(shè)計(jì)成本。因此，在電源模塊性價(jià)比方面，建議在輸入電壓的選擇方面，最好選用3．3V直流電壓，將其作為輸入電壓。究其原因，主要是因?yàn)橹绷麟妷簾o論是在成本方面，還是效率方面，均可以表現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性良好特點(diǎn)。

2.3 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)技術(shù)的核心內(nèi)容，在本質(zhì)上可以歸類到廣播型網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。該項(xiàng)技術(shù)具備明顯的沖突檢測(cè)功能，即CSMA/CD技術(shù)。目前，該項(xiàng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的綜合運(yùn)用當(dāng)中起到的作用十分明顯。主要通過借助以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)登錄方式，必要時(shí)，還可以進(jìn)行異地管理，促使系統(tǒng)裝置資源得以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度要求，降低因局限性造成的不足問題，如信息不全面等。

2.4 ZigBee-WiFi數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)端口

在ZIgBee-WiFi數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)端口的選擇方面，主要由微控制器、ZigBee無線模塊、WiFi無線模塊等基礎(chǔ)裝置組成。其中，ZigBee無線模塊作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，可以借助微控制器實(shí)現(xiàn)與ZigBee無線模塊、WiFi無線模塊的連接要求。通過使用ZIgBee-WiFi數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)端口，系統(tǒng)運(yùn)行效率明顯提高。

2.5 報(bào)警模塊

裝置系統(tǒng)中的報(bào)警模塊主要以語音實(shí)時(shí)報(bào)警方式為主。當(dāng)室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、煤氣泄漏且用戶在室內(nèi)當(dāng)中時(shí)，裝置系統(tǒng)中的報(bào)警模塊會(huì)自發(fā)性起到報(bào)警作用。并且對(duì)于非法入侵情況，也可以起到警告作用，基本上可以維護(hù)用戶室內(nèi)安全。而室外報(bào)警方式主要啟動(dòng)于用戶外出狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)情況，并將室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)及家居運(yùn)行狀態(tài)傳至到用戶手機(jī)當(dāng)中，便于用戶決策[3]。

3 結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)計(jì)方案在某些層面上可以有效解決以往專業(yè)技術(shù)難點(diǎn)問題，至少可以在物聯(lián)網(wǎng)家居的能耗問題方面、性能安全方面，實(shí)現(xiàn)突破性發(fā)展。通過對(duì)系統(tǒng)軟件結(jié)果的測(cè)試，基本上有效驗(yàn)證出系統(tǒng)整體性能，在指標(biāo)數(shù)據(jù)方面能夠到達(dá)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由此可以證明，基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居具備低能耗、高效率的目標(biāo)特點(diǎn)，值得推廣與應(yīng)用。