面向ZigBee的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘要】當(dāng)前，對(duì)于智能控制的設(shè)計(jì)和應(yīng)用越來(lái)越多，其優(yōu)勢(shì)非常突出，如：智能控制可以提供智能化的能源管理，讓企業(yè)無(wú)論身在何處都可對(duì)區(qū)域內(nèi)各種電器的用電量了如指掌;可以隨時(shí)關(guān)注環(huán)境狀態(tài)，并改善它的質(zhì)量;遠(yuǎn)程在物業(yè)管理中心，對(duì)設(shè)備情況實(shí)時(shí)監(jiān)控;智能控制讓我們的生活省時(shí)、省力、省心。因此，本文針對(duì)面向ZigBee的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，給出了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】ZigBee;智能控制;遠(yuǎn)程監(jiān)控

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，將傳統(tǒng)的internet和當(dāng)前先進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合，已經(jīng)成為了全新的發(fā)展趨勢(shì)。嵌入式服務(wù)網(wǎng)關(guān)，不但是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要協(xié)調(diào)網(wǎng)關(guān)，更是遠(yuǎn)程WEB不可缺少的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同協(xié)議間的網(wǎng)絡(luò)通信。同時(shí)還可以將無(wú)線傳感器接入到internet網(wǎng)絡(luò)中，這樣物聯(lián)網(wǎng)概念的關(guān)鍵設(shè)備便由此實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中，將扮演重要角色，起到非常關(guān)鍵的作用?？梢詫?shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)以及不同類(lèi)型的感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，也可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。

1、無(wú)線通信技術(shù)的選擇

在智能控制當(dāng)中，對(duì)于無(wú)線系統(tǒng)的應(yīng)用，需要滿(mǎn)足的特征條件包括：穩(wěn)定、低功耗、容易進(jìn)行擴(kuò)展和并網(wǎng)[1]。其中，傳輸速度已經(jīng)不是應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)前，在智能控制當(dāng)中，能夠采用的幾種無(wú)線方式以及特征，如表1 所示。

2、ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的建立

2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

2.2網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)分析

對(duì)于網(wǎng)關(guān)的相關(guān)設(shè)計(jì)工作，需要實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也需實(shí)現(xiàn)區(qū)域互聯(lián)，并且需具備廣泛的感知網(wǎng)接入和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，以便保障系統(tǒng)簡(jiǎn)單便捷且具有非常強(qiáng)大的系統(tǒng)管理特征。在實(shí)現(xiàn)以上功能特征的同時(shí)，還能有效降低設(shè)備投入及維護(hù)成本，這樣才能有利于智能化的全面普及給予推廣[2]。

當(dāng)前，服務(wù)網(wǎng)關(guān)組織（OSGi）的開(kāi)放，正在對(duì)服務(wù)網(wǎng)關(guān)的規(guī)范進(jìn)行制定，在相關(guān)規(guī)范當(dāng)中涵蓋的技術(shù)特征包括：（1）一定要有獨(dú)立并且開(kāi)放的平臺(tái);（2）目標(biāo)是成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn);（3）需要的保密性要非常強(qiáng);（4）要對(duì)各個(gè)類(lèi)型的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)協(xié)議給予支持;（5）可靠性要有所保障。

OSGi標(biāo)準(zhǔn)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，屬于API的集合，也就是應(yīng)用編程接口的一系列集合，在這些API當(dāng)中涵蓋了核心API以及可選API，兩者對(duì)OSGi網(wǎng)關(guān)規(guī)規(guī)范進(jìn)行了構(gòu)建，如有必要，可以借用已經(jīng)制定Java標(biāo)準(zhǔn)，但需要關(guān)注的重點(diǎn)是怎樣將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集成。

核心API對(duì)于服務(wù)傳輸、周期管理、資源管理、遠(yuǎn)程服務(wù)管理，從屬可以有效執(zhí)行，全部核心API，可借助開(kāi)發(fā)人員或者OSGi技術(shù)組進(jìn)行構(gòu)建和完成。

可選API，對(duì)一基于HTTPWeb服務(wù)器輸出資源的機(jī)制進(jìn)行了定義，同時(shí)也定義了客戶(hù)機(jī)和網(wǎng)關(guān)之間產(chǎn)生的交互作用和數(shù)據(jù)管理。

軟硬件：在 ZigBee無(wú)線模塊中能夠運(yùn)行的ZigBee協(xié)議棧程以及在主處理器STM32中的能夠運(yùn)行的嵌入式程序。如圖2所示。

3、本地局域網(wǎng)通信

本地局域網(wǎng)通信，如圖3所示。

4、ZigBee云平臺(tái)組建

云服務(wù)的智能控制系統(tǒng)構(gòu)建。云計(jì)算所提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)非?？煽坎⑶野踩脩?hù)不需要對(duì)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題給予擔(dān)心，同時(shí)也省去了病毒入侵等一系列的麻煩;其次，云計(jì)算對(duì)于用戶(hù)端設(shè)備并沒(méi)有非常高的要求，使用十分便捷;云計(jì)算針對(duì)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)應(yīng)用共享十分輕松;最后，云計(jì)算為網(wǎng)絡(luò)的使用提供了非常多的無(wú)限可能。例如：部署次數(shù)更快、客戶(hù)采用時(shí)間有所縮短。在智能控制領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)于云計(jì)算的應(yīng)用，最突出的特點(diǎn)得到了非常完美的展現(xiàn)，是智能控制發(fā)展過(guò)程中非常強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力[3]。

5、工程實(shí)例應(yīng)用

工程在酒店每個(gè)客房當(dāng)中對(duì)配置ZigBee網(wǎng)關(guān)，已房間為分區(qū)，實(shí)施分區(qū)管理。每個(gè)房間相當(dāng)于一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，使得整個(gè)系統(tǒng)更可靠更安全，既不會(huì)相互影響，也不會(huì)出現(xiàn)大面積因設(shè)備故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況。

5.1設(shè)計(jì)概況

（1）無(wú)線組網(wǎng)。借助ZigBee技術(shù)，對(duì)智能控制子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了構(gòu)建，這樣便可以使網(wǎng)絡(luò)從有線轉(zhuǎn)變到無(wú)線，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控制傳感器節(jié)點(diǎn)的效果。

（2）本地監(jiān)控。在客房當(dāng)中，用戶(hù)只需對(duì)房間內(nèi)本地網(wǎng)關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問(wèn)操作，便可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控。在控制中心，用戶(hù)只需要有PC機(jī)或者通過(guò)智能手機(jī)與網(wǎng)絡(luò)相連接，便可以遠(yuǎn)程監(jiān)控智能控制系統(tǒng)。

（4）降低功耗。在客戶(hù)退房后，設(shè)備啟動(dòng)休眠模式的應(yīng)用，可以使傳感器的正常應(yīng)用壽命得以延長(zhǎng)，減少了更換電池的頻率。

5.2主要功能

（1）嵌入式系統(tǒng)，將替代傳統(tǒng)以PC構(gòu)建的智能控制網(wǎng)關(guān)，有效降低設(shè)備投入成本。

（2）對(duì)于人機(jī)交互界面的有效構(gòu)建，用戶(hù)控制傳感器會(huì)更加方便，并且查詢(xún)?cè)O(shè)備狀態(tài)或者更改等操作也更加便捷。

（3）遠(yuǎn)程服務(wù)云平臺(tái)的有效搭建，用戶(hù)可以借助不同的終端，便可以對(duì)環(huán)境情況實(shí)施遠(yuǎn)程查看，并且提供的人性化服務(wù)非常多、也十分便捷。

結(jié)語(yǔ)：

總之，通過(guò)比對(duì)分析組網(wǎng)的有效技術(shù)以及無(wú)線技術(shù)，最終對(duì)ZigBee作為智能控制的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行了選定。針對(duì)智能控制系統(tǒng)框架的有效構(gòu)建，需要先對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)確定，之后才可完成整體設(shè)計(jì)等，接入外部網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)軟件和硬件的設(shè)計(jì)完成之后，連接好內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)和外部，最終保障內(nèi)外網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的有效交互。

參考文獻(xiàn)：

[1]張毅，張靈至，盧威.面向物聯(lián)網(wǎng)的ZigBee-紅外控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013（05）：90-93.

[2]楊峰，朱凱，徐昕軍，等. Design of Interior Monitoring System Based on ZigBee Internet of Things-oriented%面向物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)ZigBee監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2014，022（005）：1439-1441，1445.

[3]張毅，楊鵬博，郭權(quán). Design of streetlight control system based on the ZigBee network%基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用， 2012， 038（010）：77-80.

作者簡(jiǎn)介：

劉川琪，男，（1984.10-），本科，主要從事建筑電氣設(shè)計(jì)等工作。