简介ZigBee技术在智能家居中的应用

　　引言

    随着信息技术和网络技术的高速发展及人们居住理念的变化与提升，人们越来越追求生活细节的简单化和智能化，希望在日常家居生活中都能置入智能化程序，享受“一键OK"式的简单生活操作。于是智能家居、智能住宅、数字家园、网络化住宅、家庭网络、数码家庭等概念在国内外被广泛提出，各种新技术在家庭智能化系统中不断得到应用。

　　低功耗、低成本、易于组网和维护的家庭智能化系统的研究与开发，是一项有关自动控制、计算机、通信等多学科交叉研究的课题。ZigBee是一个近新出现的无线通信技术，以短距离，低功耗，组网能力等特点在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。蓝牙、WLAN技术，由于协议复杂、成本高、耗电等，在上述应用领域中的推广应用遇到较大的困难。

　　本文根据将ZigBee无线技术应用在智能家居上，并通过因特网甚至是手机远程监控来实现智能家居设备的管理这一理念，构建了智能家居系统，通过家庭网关将家庭内部无线网络和外部广域网沟通起来。研究了ZigBee各个通信协议层的具体功能与作用，采用Jennic公司的JN5139R1M0模块，它符合ZigBee标准。以该模块为设计节点硬件电路，在开源代码的基础上完成了协调器和终端节点软件相关应用的设计，从而组建智能家居内部无线网络。

　　家庭网关是由家居内部无线网络ZigBee协调者和嵌入式Web服务器两个部分组成，两者各司其职，前者主导家庭内部无线网络，后者与外部网络通信。为了实现远程监控功能，以嵌入式Linux为平台构建了Web服务器，并移植了数据库Sqlite。用户通过家庭网关达到监控智能家居的目的。实验结果表明，用户通过家庭网关可以实时监控和管理智能家庭设备，ZigBee无线技术适合于组建智能家居系统，系统安装方便，扩展性好，具有很好的实用价值。

　　ZigBee是近提出的一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信新技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，可以满足对小型廉价设备的无线联网和控制。

　　采取了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层。

　　主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。

　　ZigBee设备按网络功能分3种：网络协调器（Network Coordinator）、路由节点（Network Node）及终端节点（IEEE Node）。前两种都是FFD，可以与任何节点通信；终端节点是RFD。

　　ZigBee的拓扑结构

　　ZigBee设备类型

　　Coordinator（协调器）

　　协调器负责启动整个网络。它也是网络的个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID（也称之为PANID，即PersonalAreaNetworkID），随后启动整个网络。

　　Router（路由器）

　　允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的子终端设备的通讯。

　　End-Device（终端设备）

　　终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以是一个电池供电设备。

　　ZigBee特点

　　1、数据传输速率低：10KB/秒-250KB/秒，专注于低速传输应用。

　　2、功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6-24个月。

　　3、成本低：ZigBee?数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。

　　4、网络容量大：网络多可容纳65,000个设备。

　　5、网络的自组织、自愈能力强，通信可靠。

　　6、数据安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。

　　7、工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（）的频段。

　　ZigBee网络系统组成框架图

　　ZigBee系列产品类型

　　1、ZigBee遥控器

　　设备类型：终端设备

　　功能：控制网络内与其进行过对码的设备，并实时显示设备状态。采用新型基于IEEE802.15.42.4GHzRFMCU和ZigBee2007/Pro协议栈，对ZigBee系列的电源插座，智能、调光开关，电动窗帘进行控制，配合ZigBee红外转发设备，控制家中所有的电器设备，取代原有遥控器可以实时查询显示设备当前状态，采用触摸按键，旋转调光、控制音量，震动唤醒。

　　操作：存储单控对码信息

　　菜单选择切换语言

　　对码、控制过程状态菜单提示

　　触摸按键区对码和设备控制

　　五向键设备切换，菜单操作

　　机械滑动键调光、音量调节

　　2、ZigBee红外转发器

　　功能：接收网关或遥控器指令，实现无线码到红外码的转发，从而可用无线方式对家电设备进行控制。

　　操作：使用前需要和网关或协调器、家电红外遥控器对码

　　3、ZigBee单键调光开关

　　设备类型：路由器

　　功能：接收网关或遥控器指令进行灯控，开关和调光，并对执行情况反馈

　　操作：操作前需要和网关和遥控器进行单控和情景对码操作，并会存储情景对码信息

　　4、ZigBee双键智能开关

　　设备类型：路由器

　　功能：接收网关或遥控器指令进行单控或场景控制，并对执行情况反馈

　　操作：操作前需要和网关和遥控器进行单控和情景对码操作，并会存储情景对码信息

　　5、ZigBee窗帘控制器

　　设备类型：路由器

　　功能：接收网关或遥控器指令进行窗帘开关控制，并对执行情况反馈

　　操作：操作前需要和网关和遥控器进行单控和情景对码操作，并会存储情景对码信息

　　6、插座-协调器

　　设备类型：路由器

　　功能：插座协调器合一设备，提供拨动开关，切换设备类型；在不存在网关的情况下，切换为协调器设备，否则这作为普通开关使用

　　操作：操作前需要和网关和遥控器进行单控和情景对码操作，并会存储情景对码信息

　　7、ZigBee其它产品

　　ZigBee外接控制模块

　　USB，RS485通信

　　Zigbee智能家居系统拓扑图

　　ZigBee智能家居是以家庭为单位进行设计安装，每个家庭都安装一个家庭网关、若干个无线通讯ZigBee子节点模块。在家庭网关和每个子节点上都接有一个无线网络收发模块（符号ZigBee技术标准的产品），通过这些无线网络收发模块，数据在网关和子节点之间进行传送。