基于ZigBee无线传感器网络在智能家居中的应用研究
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收稿日期:2010-12-11
作者简介:姚晓通(1972-),副教授,硕士,主要从事嵌入式系
统、计算机测控、物联网等方面的教学与科研工作。
*基金项目:甘肃省自然科学基金项目资助(3ZS051-A25-030)
基于ZigBee无线传感器网络在智能家居中的应用研究*
姚晓通，崔小川
（兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州，730070）
摘 要：基于无线传感器网络技术组建的智能家居网络能够对家居环境进行很好地监控，组网方便，将嵌有无线传感器的家具、家电和其他日常用品同互联网相连，可实现远距离控制，提供舒适、方便和人性化的智能家居环境。
关键词：无线传感器网络；智能家居；网络节点
Abstract: The intelligence lives network which sets up based on the wireless sensor networking is lable to monitor the live environment well. The network is convenient, and it will inlay the wireless sensor's furniture, the electrical appliances and other daily things. It is connected with the Internet, and it may realize the remote control, provides comfortable, convenient and the user-friendly intelligence lives environment.
key words: The wireless sensor network ; The intelligence lives ; Node
中图分类号：ＴＮ９１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－９２２７（２０１１）０２－００１０－０１
０ 引 言
智能家居是未来家居的发展方向，能为人们日常生活
与商务活动提供更大限度的舒适和方便，并开启一个崭新
的时代。在这个领域，基于ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络将扮演
越来越重要的角色。
１ 无线传感器网络节点结构
如图１所示，传感器网络节点的基本组成和功能包括
如下几个单元：传感单元（由传感器和模数转换功能模块
组成）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括ＣＰＵ、存储器、
嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成）、
以及电源部分。此外，可以选择的其它功能单元包括：定
位系统、移动系统以及电源自供电系统等。
图１ 传感器网络节点结构
在传感器网络中，大量的节点部署在感知对象内部或者
附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，并以协作
的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，从
而实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。
这些需求恰恰是ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络的优势所在。
２ 无线传感器网络智能家居组网
智能家居的发展依赖于家庭网络技术与监控技术在
家庭内部的推广。家庭网络是整个智能家居系统的基础，
如果把水、电、气供给系统看作住宅的血管，那么家庭网
络则相当于住宅的神经系统。要实现家居智能化，必须能
够实时监控住宅内部的各种信息，从而采取相应的控制。
为了实现这一目的，智能家居中必须有足够的各种传感器
来采集信息—如温度、湿度、有无煤气泄露或者外来入
侵，这些传感器就构成家庭神经系统的神经末梢，通过
ＺｉｇＢｅｅ节点来采集。因此，我们也可以把家庭网络称为家
庭神经网络，如图２所示。
图２ 智能家居组网
家庭网络是整个智能家居系统的核心，或者说是整
个智能家居系统的基础平台，在选取好合适的家庭网络平
台后，再选取不同的功能模块，就可以构成一个完整的智
能家居系统。
３ 结束语
家庭自动化是一个新兴市场，非常适合ＺｉｇＢｅｅ应用。
“家庭自动化是一个热门话题，人们希望有一种通用监控
解决方案，ＺｉｇＢｅｅ技术可能是最佳选择，ＺｉｇＢｅｅ标准已经
定义了针对照明设备和电器的协议，供开发者生产产品和
解决方案。该市场规模巨大，可能包括万能遥控器制造
商，以及灯和传感器等 终端产品的制造商。”
参考文献
［１］于海斌，曾 鹏。．智能无线传感器网络系统［Ｍ］．北京：科学出版
社，２００６．
丁镇生著．传感器及其遥控遥测技术应用［Ｍ］．北京：电子工业出
版社，２００２．
刘敢峰，吴明光．家庭自动化几种主流网络协议［Ｊ］．电子技术应
用，２００３，２．
［２］
［３］
基于ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络在智能家居中的应用研究 姚晓通，等
物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络
物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络 摘要 物联网，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域，给IT和通信带来了广阔的新市场。积极发展物联网技术，尽快扩展其应用领域，尽快使其投入到生产、生活中去，将具有重要意义。 ZigBee无线通信技术是一种新兴的短距离无线通信技术，具有低功耗、低速率、低时延等特性，具有强大的组网能力与超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首选技术，具有广阔的发展前景。ZigBee协议标准采用开放系统接口(051)分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。 本文首先从概念、技术架构、关键技术和应用领域介绍了物联网的相关知识，然后着重介绍了基于ZigBee的无线传感器网络，其中包括无线传感网简介、ZigBee技术概述和基于ZigBee的无线组网技术。 关键词：物联网；ZigBee；无线传感器网络
物联网简介 物联网概念 “物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。 最简洁明了的定义：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。 技术架构 从技术架构上来看，物联网一般可分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。 感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备，采集外部物理世界的数据，然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。 网络层是物联网的神经中枢和大脑-用于传递信息和处理信息。网络层包括通信网与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。 网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题。这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。特别是在三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的功能，有利于物联网的加快推进。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。 应用层是物联网的"社会分工"-结合行业需求，实现广泛智能化。应用层是物
基于ZigBee技术的智能家居系统
一、智能家居的背景 从宏观上来讲，事物的每个发展阶段都是当时从业人员认识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几个原因共同作用的结果。每个阶段都会局限于当时的技术水平、市场接受程度等，都会有其无法突破的瓶颈和困难。即便智能家居系统在中国已发展20多年，且经过这么多年的发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。只要产品或技术处于高速发展中，它必然需要不断地去解决一些技术上或者产品上的问题。智能家居产品未来会还向节能环保，舒适度方面发展。比如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身的功能去调节温度。而智能家居必须结合这些建筑上的功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居的适应性发展。对与现阶段的智能家居来说，没有专用的对讲或智能家居数字处理芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。如果能够很好的解决，未来数字对讲将会取得更好的应用。而随着中国城镇化趋势的加剧，大型小区会越来越多，人们对安保的重视程度也会日益加强，将来小区的多个安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正一些过往的虚假概念。只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展未来新技术的系统，才能更好地为用户服务。除此之外，各家产品的兼容性也是一个急需解决的问题。目前各厂家的产品均采用自家的协议，无法很好地做到兼容，而不同品牌的可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是今后需突破的难点 二、智能家居系统旨在实现的以下主要功能： (1)可以控制和相应的状态查询，如查询室内和室外的温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更方便。 (2)在光线方面我们可以依照家庭装修环境背景或者用户的其他层次的要对
ZigBee无线传感网报告
无线传感网期末作业 ZigBee在智能家居领域的应用与前景 学院： 姓名： 2015.01.01
ZigBee无线传感网在智能家居领域中的应用前景分析 一、应用背景 智能家居的概念最早由美国、加拿大、欧洲、澳大利亚以及东南亚等经济比较发达的国家提出。世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅狄格州出现，当时只是对一座旧式大楼进行了一定改造，采用计算机对大楼内的空调、电梯、照明灯设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料灯方面的信息服务。而后涌现了各种不同的解决方案，涉及到生活的方方面面。 1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 国内智能家居的控制系统产品十分繁多，由于入行门槛不高，技术水平要求较低，中国产生了数百个互不兼容的标准，直接导致了国内行业竞争激烈，标准不统一带来实际应用的的麻烦。而2005年以后，智能家居的野蛮成长和恶性竞争，给智能家居行业带来了极大的负面影响。导致实际使用效果差，产品可靠性、安全性缺乏。不少媒体对智能家居提出了质疑，一般民众也逐渐丧失了信心。 但是智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势，虽然市场推广才刚刚开始，但行业的竞争已经很激烈，光是宁波就有不下5家企业专门从事这方面开发。面对中国庞大的需求市场，预计该行业将以年均19.8%的速率增长，在2015年产值达1240亿元。 二、技术分析 智能家居不同于数据通信网络，其要求低速率低成本的控制手段。其仅需要设备的互联和控制，故应该考虑以下特点： 1.低成本家庭控制网络中控制的对象主要是大量的家电和传感器终端节点，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。 2.标准化需要各个家居组成部件之间互相通信，标准化的工作非常重要。 3.跨平台使用环境是一个家居环境，整个系统中有着形形色色的平。
ZIGBEE无线传感器网络简介
无线传感器网络简介 2007年01月06日星期六下午04:29 ［来源：仪器仪表与传感器网］ 科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。 发展历程 早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(Boston Unversity)还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium)，期望能促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、 Sensicast Systems及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。 应用现状 虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域： 1. 环境的监测和保护 随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来
Zigbee无线传感器网络英文文献
Zigbee Wireless Sensor Network in Environmental Monitoring Applications I. ZIGBEE TECHNOLOGY Zigbee is a wireless standard based on IEEE802.15.4 that was developed to address the unique needs of most wireless sensing and control applications. Technology is low cost, low power, a low data rate, highly reliable, highly secure wireless networking protocol targeted towards automation and remote control applications. It’s depicts two key performance characteristics – wireless radio range and data transmission rate of the wireless spectrum. Comparing to other wireless networking protocols such as Bluetooth, Wi-Fi, UWB and so on, shows excellent transmission ability in lower transmission rate and highly capacity of network. A. Zigbee Framework Framework is made up of a set of blocks called layers.Each layer performs a specific set of services for the layer above. As shown in Fig.1. The IEEE 802.15.4 standard defines the two lower layers: the physical (PHY) layer and the medium access control (MAC) layer. The Alliance builds on this foundation by providing the network and security layer and the framework for the application layer. Fig.1 Framework The IEEE 802.15.4 has two PHY layers that operate in two separate frequency ranges: 868/915 MHz and 2.4GHz. Moreover, MAC sub-layer controls access to the radio channel using a CSMA-CA mechanism. Its responsibilities may also include transmitting beacon frames, synchronization, and providing a reliable transmission mechanism. B. Zigbee’s Topology The network layer supports star, tree, and mesh topologies, as shown in Fig.2. In a star topology, the network is controlled by one single device called coordinator. The coordinator
Zigbee网络原理与应用教案
计算机与信息技术学院 课程教案 专业物联网工程 课程Zigbee网络原理与应用 讲授人姚建峰 2015 年 9月10日
(一) 课程名称：Zigbee网络原理与应用 (二) 学时学分：周4学时，3学分 (三) 预修课程：电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、高级语言程序设计 (四) 使用教材 ZigBee技术与实训教程――基于CC2530的无线传感网技术，清华大学出版社，2014年5月第1版 (五) 教学参考书(3本以上) 1、李文仲编著：《Zigbee2006无线网络与无线定位实战》，北京航空航天大学出版社，2008年1月第1版； 2、王小强编著：《Zigbee无线传感器网络设计与实现》，化学工业出版社，2012年6月第1版； 3、郭渊博编著：《Zigbee技术与应用》，国防工业出版社，2010年6月第1版。 （六）教学方法：课堂讲授，课堂演示，师生互动，理论与实验结合教学。 (七) 教学手段：多媒体教学。 (八) 考核方式：闭卷考试。 (九) 学生创新精神与实践能力的培养方法：结合实验、具体应用、小组讨论等方式使学生掌握Zigbee技术开发的基本方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的动手能力和创新能力。 (十) 其它要求：严格考勤，学生课堂表现和实验完成情况占学生成绩的30%，期末成绩占70%。
第一章无线传感器网络 教学时数：2学时 教学目的与要求：主要让学生理解无线传感网络的主要概念，了解无线传感网络的发展历程、研究现状与研究前景、应用领域，掌握无线传感网络的特点、网络体系结构、关键技术。 教学重点：无线传感器网络体系结构。 教学难点：无线传感器网络的关键技术。 第一节无线传感器网络概述(了解) 1.无线传感器网络的概念： 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 2.无线传感器网络的发展历程： 第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来，美军投放了2万多个“热带树”传感器。“热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。 第二阶段:二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。因此在1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。 第三阶段:21世纪开始至今，也就是9·11事件之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。除了应用于反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室－－橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。 3.无线传感器网络研究现状： （1）国外无线传感器网络的研究现状 1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，最先开始无线传感器网络技术的研究，目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统
基于ZigBee的智能家居系统
基于ZigBee的智能家居系统 摘要： 基于ZigBee的智能家居系统是针对家居高度自动化、智能化的要求提出的一种新的解决方案。主要用ZigBee手持控制器无线采集室内环境参数，远程控制各种家居电器，实现家居控制、参数检测的完全自动化、智能化。设备以C8051F020单片机为控制核心单元，检测湿度，负责驱动电机，处理和传输数据。采用高精度传感器作为湿度检测器件，直流电机等为执行机构，完成环境参数检测，对窗帘、交流电电器等的控制功能。用手持设备通过IP-LINK1270模块串口实现了室内无线通信，可以接收湿度数据，控制简单家居。本系统具有良好的开发和应用前景。 关键词：ZigBee 无线通信湿度检测智能家居 由于生活质量的日益改善，各种家电设备的高度自动化和智能化已经成为一种消费需求，同时科学技术的飞速发展，让这种需求的达到已经不再遥远。新的ZigBee协议在无线传感器网络和各种无线终端控制方面有良好的前景，为传感器网络和控制设备提出了新的方案。基于ZigBee的网络控制系统就可以实现对各种家电设备的控制和调节，只需要对旧式家电（家居）进行改装，或加入必要的驱动电路，便可以实现小信号对交流电器的控制。室内温度、湿度等环境参数直接影响生活质量，同样可以通过ZigBee控制器对室内温度、湿度检测设备进行较远距离的适时采集，然后根据个人意愿对家电（家居）进行不同程度的调节。 我们对实用小功率电扇进行了改装，对窗帘装上直流电机和定滑轮，可以由ZigBee控制器向单片机发送命令对电扇和窗帘的开关程度控制和调节。室内参数检测方面，开发了湿度检测设备，可以有效的反馈实时数据。 一、系统（主设备）结构及各部分功能 在整个系统设计方案中，以C8051F020为核心，作为数据处理器和设备控制器，整个设备也可作为工业现场设备，从属于ZigBee核心控制器。 系统（主设备）结构如图所示， 图1 系统（主设备）总体结构图
基于Zigbee的无线传感器网络与IP连接
2012第四次国际会议“计算智能，建模与仿真” 基于ZigBee的无线传感网络与IP连接Alaparthi Narmada Parvataneni Sudhakara Rao 欧洲经委会JNTU 欧洲经委会 技术科学Vignan研究所，技术科学Vignan研究所 Deshmukhi，Nalgonda DT，印度安得拉邦。Deshmukhi，Nalgonda DT，安得拉邦，印度 Email: a.narmada@https://www.360docs.net/doc/f610617590.html, Email: sparvata@https://www.360docs.net/doc/f610617590.html, 摘要 -无线传感器网络（WSN ）包括在远程位置的分布式传感器节点，用于测量在远程位置的传感器数据。无线传感器网络中的每个节点都包括一个无线微控制器接口与传感器。用户面临着独立工作和多样化的电子设备，如电视，掌上电脑，笔记本电脑等。必须要有中间软件来粘合这些异构设备。它还集成了无线传感器网络和IP ，以满足现实世界需求并且能够基于IP的无线传感器网络的电子设备来访问相同或不同网络的其他设备。 TCP / IP堆栈不适合被移植到无线传感器网络节点的内存。它占用更多的内存，并导致更多的开销的无线传感器网络。实现基于IP的无线传感器网络的技术有两种基本方法：基于网关的方法和虚拟网关的方法。一种新的基于无线微控制器的新的网络来集成IP和无线传感器网络被提了出来。硬件采用一个协调员，三台路由器和集成IP和无线传感器网络的一台手持设备。大会提出了新的寻址机制来建立虚拟IP和无线传感器网络地址作为这个集成的一部分。 关键词：无线传感器网络; PAN; PANM; IP I.引言
无线技术（如蓝牙，IEEE 802.11无线局域网和IEEE802.15.4无线传感器网络）的出现奠定了机器之间（M2M）通信的基础。在这一方面，一个设备能协同工作并服务人类的系统是必需的。具有多个输入输出单元，提供了一个连贯和环绕接口的虚拟设备具有许多优点，包括安全性[1]。设备可以共享资源如：处理能力，内存，数据，应用网络接入点和用户借口。 在家的设备将形成一个个人区域网（PAN），其中的设备可能会在网络中动态地出现和消失。这个需求可以通过使用一个能够在PAN内简历虚拟设备的PAN 中间件（PANM）来实现。它可以处理设备的动态存在或消失和设备类型的多样化。本文着重论述在PAN内介于网络层和应用层之间的应用互连。它隐藏了PAN内参与的各个独立的设备，并提出应用程序在设备上运行的与在单独计算机上一样的能力。中间件包含一些智能化功能，同时，它有助于用户控制PAN，提高了人机交互（HCI）。 II.Z IGBEE 技术 为了实现这一引人注目的理念，并让设备到设备的协作，通信和网络必须建立。传统的PAN一直被认为实现了蓝牙技术。使用ZigBee的基于IP的PAN的建立是一个自下而上的网络方式，这是一个明智的一步进程。在“PAN外围（ZigBee 设备）'必须建立链路层连接到邻近的设备。当链路已建立连接，该设备可能会继续配置IP网络层并将它的地位提升到“ZigBee PAN主机”。当IP连接[3]建立后，设备可能会继续配置IP网络层来参与网络运营和管理，其中包括作为'zigbee PAN - 路由器‘的[4]PAN路由协议。该网络建立过程开始于两个设备发现对方，洽谈，互相配对，并在设备发现和连接建立阶段形成初始PAN网络。这有两个方面的考虑：1，形成家庭网络和人机界面；2，利用IP连接到外部世界。 IEEE 802.15.4协议被采纳为低速率无线局域网的个人区域网络（LR-WPAN）的一个通信标准[2]。ZigBee是一种无线网络标准，其目的是遥控和传感器的应用，它适用于在恶劣的无线环境和在隔离的位置。它建立在标准IEEE802.15.4，其中定义了物理层和MAC层。Zigbee的还定义了应用程序和安全[1]层规范实现来自不同厂商的产品之间的互操作性。图1显示了Zigbee协议作为一个超集的IEEE 802.15.4的。
【标准】基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方 家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数 本项目所使用开发板为Real6410 开发板，采用三星公司的ARM11 内核的处理器 S3C6410.开发板上还集成了123 M的DDR 内存以及1 GB NandFlash, 同时预留了
Zigbee无线传感器网络英文文献
Ｚigbee Wｉreｌess Sensor Ｎetworｋin Eｎvironmｅntal Monｉ ｔoｒｉng Applicaｔions I.?ZIGBEＥTECHNOLＯGＹ Ｚigbeｅis a wiｒeless stanｄarｄbasｅd oｎIEEE8０2.15．４ｔｈaｔw ａs deveｌopeｄto ａｄdｒeｓs the unique nｅeds of most wiｒeｌess seｎｓｉｎg ａｎｄcｏntrol aｐplｉcationｓ. Tｅｃｈｎoｌｏｇy iｓlow cost, ｌow power，a ｌｏｗdａtａｒatｅ，highly rｅliable，ｈighly secure ｗireleｓs net ｗoｒkiｎg protｏcol tａrgeｔed towａrｄsａｕｔomａｔiｏn ａnd ｒｅmote con ｔｒol apｐlicatiｏns.It’s ｄepictｓｔwo keｙpｅrｆormance chaｒａｃterisｔicｓ–wirelｅｓs radio rａnｇe and ｄata trａnｓmissiｏｎｒatｅｏｆthｅｗｉrelesｓspeｃtrum.Cｏmpaｒｉnｇto otheｒwｉｒeless neｔwｏrking prｏｔｏco ｌｓｓuch as Bluｅtoｏth, Wi-Fi, UWB andｓoｏｎ, shoｗｓｅｘcｅｌlent ｔranｓmissioｎabilityｉｎlｏweｒｔransmissｉoｎraｔe and higｈｌy capacity of nｅｔwork. A. ZｉgｂeｅFramework Ｆrameworｋis ｍade up of a set oｆbｌocｋs called ｌayeｒs.Ｅach layｅｒpｅrforｍｓa specifｉc set oｆservices for the layer abovｅ.Ａs shｏｗｎin Fｉg.1. Ｔｈe IEＥE 8０2.15.４ｓｔandarｄdefinｅs thｅtwo loｗｅr ｌayers: ｔｈｅｐhysiｃaｌ（PHY)ｌaｙer aｎd thｅmediumａｃｃeｓs ｃoｎtｒｏｌ(MAC)lａｙer. Ｔhe Alｌiａncｅbｕiｌds ｏn this foundation by pｒoviding the ｎｅtｗork ａnd seｃurity ｌaｙｅr and the framework for the ａpｐliｃａtion layeｒ. Fig.1 Fraｍewｏrk The IEＥE 802．1５.4ｈａs two PHY lａyerｓthat ｏperate ｉn tｗo separate ｆrequenｃy ranges: 8６８／９15ＭHz and ２.4ＧHz. Mｏreoveｒ，ＭAC suｂ－layｅr c
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计 方案 摘要：对基于ZigBee 技术对嵌入式Web 的智能家居远程监控系统进行研究和设计。对家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上，在因特网上设立一个"无线视频网关"WEB 服务器，可供外部访问；实现将家居信息如温度进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑 （Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各
种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数
基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统
福建农林大学学报（自然科学版）第40卷第4期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University（Natural Science Edition）2011年7月 基于ZigBee无线传感器网络 的森林环境监测系统 狄飞，张莉君 （中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，湖北武汉430074） 摘要：设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统；描述了该系统的构成原理与整体结构，以及基于CC2430芯片的传感器节点和网关的硬件设计和系统软件工作流程．采用的星—簇首—路由的拓扑结构，具有低成本、易于部署、使用寿命长等优点． 关键词：无线传感器网络；ZigBee；数据传输 中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1671-5470（2011）04-0435-04 Design of forest environment monitoring system based on Zigbee wireless sensor network DI Fei，ZHANG Li-jun （Faculty of Mechanical＆Electronic Information，China University of Geosciences，Wuhan，Hubei430074，China） Abstract：A forest environment monitoring system based on ZigBee wireless sensor network was researched and designed．The prin-ciple and architecture of the system were described．The sensor node using CC2430chip and gateway were illustrated in detail，and the system software work process was demonstrated．The system applied star-cluster first-route topological structure，with the advan-tages of low cost，easy-to-use and long life cycle，etc． Key words：wireless sensor network；ZigBee；data transmission 森林环境监测是森林资源保护与管理的基础，是建设现代林业、实现森林科学经营的重要保障．第七次全国森林资源清查结果显示，仅森林的固碳释氧、涵养水源、保育土壤等6项生态价值就超过了10．01万亿元［1］．此外，森林是社会、经济发展不可或缺的资源，它作为陆地生态系统的主体，在减少温室气体排放中发挥着举足轻重的作用．因此，做好森林环境监测工作对于我国可持续发展和节能减排具有重要的价值与意义［2］． 本文设计了一种森林环境监测系统，该系统是基于ZigBee无线传感器网络（wireless sensor network，WSN），能够实时监测林区的大气温湿度及火灾烟雾浓度等参数，具有监测范围广、部署性好、数据传输可靠性高、对生态环境影响小等优点，在森林环境监测中有着广阔的应用前景． 1ZigBee无线传感器网络技术 无线传感器网络是部署在区域内的大量具有传感、计算和通信能力的传感器节点通过自组织方式构成的多跳无线网络，是无线通信、嵌入式计算和分布式数据处理等多领域技术的交叉融合［3－5］．传感器节点通常包括处理器、存储器、传感器、无线通讯和电源等组件，能够同时进行数据的采集、处理以及无线传输，具有低功耗、小体积等优点［6］．传感器节点之间分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内监测对象或周围环境的信息． ZigBee基于IEEE802．15．4协议标准，是一种短距离、低速率的无线通信技术．ZigBee采用了直接序列扩频技术，可以工作在868MHz、915MHz或2．4GHz频段［7］．与其它无线通信技术相比，ZigBee具有架构简单、成本低、可靠性高、组网能力强等特点［6－7］，因此，ZigBee非常适用于无线传感器网络［5－7］． 收稿日期：2011－01－12修回日期：2011－05－12 作者简介：狄飞（1986－），男，硕士研究生．研究方向：嵌入式系统及计算机软件．通讯作者张莉君（1965－），女，副教授．研究方向：智能检测及工业控制．
基于Zigbee的智能家居无线图像监控系统设计与实现
辽宁建材 ２００８年第５期 基于Ｚｉｇｂｅｅ的智能家居无线图像监控系统设计与实现 １引言 随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。监控系统作为安全防范的重要手段，越来越多的应用在智能家居中。 无线监控系统集成了计算机技术、无线宽带通讯技术、图像解压缩技术、图像识别技术、红外图像采集技术、工业数据采集等诸多学科的技术。与传统的有线监控系统相比，它具有很大的优势：系统的组建比较简单，可省去布线的麻烦；具有可移动性，并且不受地点限制，可随意摆放在家里任何一个角落；在拆迁时直接取下布置的无线监控产品就可以带走了。 目前，无线图像监控系统广泛应用于家居监控、交通监控、１１０报警中心对城市重要现场监控、公安通讯指挥车的重要现场监控、收费站监控系统、油田及矿山的重要现场监控、重要仓库，码头、森林防火监控、银行监控联网等领域。 ２无线通信技术介绍 目前，各种无线传输技术林立，都在争取成为市场标准。每个技术都有其立足的特点：有基于传输速度、距离、耗电量等特殊要求的；有着眼于功能的扩充性的；还有符合某些单一应用的特别要求的。 （１）蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，能在近距离范围内实现相互通信或操作。但蓝牙技术遭遇最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。 （２）ＩｒＤＡ是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（ＰＡＮ）的技术。 ＩｒＤＡ的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功能低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。ＩｒＤＡ的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔。 （３）Ｗｉ－Ｆｉ无线保真技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。虽然由Ｗｉ－Ｆｉ技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到１１ｍｂｐｓ，符合个人和社会信息化的需求。 （４）Ｚｉｇｂｅｅ是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“ＨｏｍｅＲＦＬｉｔｅ”或“ＦｉｒｅＦｌｙ”无线技术，主要用于近距离无线连接。与蓝牙、红外、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ和无线局域网等无线系统相比较，ＺｉｇＢｅｅ技术的主要包括数据传输速率低、功耗低、成本低、时延短、安全、网络容量大、优良的网络拓扑能力、有效范围小、工作频段灵活等特点。 赵强 （沈阳建筑大学，辽宁沈阳１１０１６８） ［摘要］本文结合智能家居监控系统的实际需求，提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线图像监控解决方案，并介绍了该方案的硬件设计、软件开发的方法及过程。 ［关键词］ＺｉｇＢｅｅ；智能家居；图像监控；无线通信；微控制器 ［中图分类号］ＴＵ８５８［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－０１４２（２００８）０５－００２８－０３ ［收稿日期］２００８－０５－１４ ２８
基于Zigbee协议无线传感网络的应用
基于Zigbee 协议无线传感网络的应用 曹庆年,曹 蕾,孟开元 (西安石油大学计算机学院,陕西西安710065) 摘 要:介绍了Zigbee 技术的概念及协议框架,以小区供热管网检测系统为例,着重讲述Zigbee 技术在工业领域的应用。关键词:Zigbee 技术;无线传感网络;RTU 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:167227800(2010)0320106202 1 Zigbee 协议概述 Zigbee 是一种新兴的无线网络技术,其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。Zigbee 的传世速率是10~250KB /s,时延在15~30ms 之间,有效通信范围是10~75m,工作频段为2.4GH z 、868MH z(欧洲)及915MH z(美国),单个Zigbee 网络可支持255个节点。Zigbee 主要是在短距离范围之内传输小量的数据,传感器数据、控制命令和重复行数据是其主要的传输对象。 1.1 Zigbee 协议栈简介 完整的Zigbee 协议自上而下由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成,如图1 所示。 图1 Zigbee 协议栈组成 应用层定义了各种类型的应用业务,是协议栈的最上层用户。应用汇聚层负责把不同的应用映射到Zigbee 网络层上。网络层的功能包括拓扑管理、MAC 管理、路由管理和安全管理。数据链路层有分为逻辑链路控制子层(L LC)和介质访问控制子层(MA C)。LLC 子层的功能包括传输可靠性保障、数据包的分段与重组、数据包的顺序传输。MAC 子层的功能包括设备间无线链路的建立、维护和拆除,确认模式的帧传送与接收,信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理。物理层定义了3种流量等级:当频率采用2.4GH z 时,使用16 信道,能够提供250kbit /s 的传输速率;当采用915MH z 时,使用10信道,能够提供40kbit /s 的传输速率;当采用868MH z 时,使用单信道,能够提供20kbit/s 的传输速率。 1.2 Zigbee 的网络拓扑结构 Zigbee 支持3种通信设备的网络拓扑,即Star 、Mesh 和Cluster T ree 。其中,Star(星形)网络是一种常用且适用于长期运行使用操作的网络;Mesh 网络是一种高可靠性检测网络,它通过无线网络连接可提供多个数据通信通道,即它是一个高级别的冗余性网络,一旦设备数据通信发生故障,则存在另一个路径可供数据通信,这一点和Z 2Wave 一样Clust er T ree 网络是Star/Mesh 的混合型拓扑结构,结合了上述两种拓扑结构的优点。 2 系统设计 2.1 系统概述 小区供热管网监测系统采用IEEE 802.15.4技术标准和 Zigbee 网络协议设计,它采用三级控制结构,由大量的数据采集站点、汇聚点和系统中心控制室组成。系统中心控制室为一级结构,汇聚点RT U 为二级结构,数据采集站点为三级结构。系统的中心控制室负责监视、管理和控制等工作。RTU 负责收集多个数据采集站点采集到的数据,并通过无线GPRS 网络上传给中心控制室。DCU 负责采集各个供热管网的数据,并把采集到的数据实时地上传给RTU 。中心控制室与RTU 之间通过GPRS 模块采用GPRS 无线通信方式,RTU 和数据采集站点之间通过Zigbee 模块进行无线通信(如图2所示)。 在小区供热管网监测系统中,数据采集器主要完成数据采集并将数据上传给RT U 的功能。这就要求现场使用的数据采集器电流消耗尽可能小,以降低系统的功耗,延长电池的供电时间。在以往的小区供热管网的监测系统中,数据采集站点与RTU 之间采用的是GPRS 传输技术,也就是将采集到的数据 作者简介:曹庆年(19632),男,陕西西安人,硕士,西安石油大学计算机学院副教授,研究方向为通信工程、嵌入式系统;曹蕾(19852),女, 河南南阳人,西安石油大学计算机学院硕士研究生,研究方向为嵌入式系统、计算机体系结构;孟开元(19682),男,江苏海安人,硕士,西安石油大学计算机学院副教授,研究方向为嵌入式系统、计算机体系结构。
智能家居app开发案例-基于ZigBee和无线Wi-Fi
智能家居app开发案例-基于ZigBee和Wi-Fi的 摘要：根据ZigBee技术及家庭控制网络通信的特点，设计出由ZigBee无线节点和嵌入式网关组成的智能家居系统。系统中引入多种传感器采集环境信息，能够远程控制家电设备，用户能通过手机APP和短信息方式查看系统信息并接收报警。 0引言 深圳智能家居app开发公司《酷点网络》认为：科技的进步以及人们物质生活水平的提高，逐渐推动了智能家居概念的出现。现在，身为物联网的十大应用领域之一，智能家居的应用与生活息息相关。各种无线通信技术的不断发展，使家庭智能系统的智能化和远程控制成为一种现实[1]。对于家庭网络通信而言，传输数据量小，在传输速率上要求不高，网络容量大，家电设备多，所以要求信息实时性好、时延短、成本低[2]。ZigBee作为一种新兴无线网络通信技术，它的低成本、低功耗和较宽的覆盖范围，使其应用在智能家居领域具有很大的优势[3]。针对目前市场上的智能家居产品结构复杂、通用性能不强及用户体验不佳等问题，本文设计并实现了一种更为完善的智能家居系统。Lbs定位：在北京、上海、广州、武汉、成都、东莞、佛山、珠海、中山、惠州、汕头、厦门、南京、苏州、无锡、杭州、厦门、大连、天津、合肥、长沙、贵阳、昆明、南宁、南昌、福州、宁波、温州、郑州、西安、沈阳、济南、青岛、太原、重庆、无锡、青岛、海口智能家居/家电手机app软件开发公司--酷点网络 1系统整体方案设计 1.1系统构成 智能家居系统主要由家庭网关、ZigBee模块、GSM／GPRS模块、Wi-Fi模块、液晶触摸屏、各类传感器以及手机软件终端等组成。家庭网关是整个系统的核心控制部分，其中ZigBee 协调器负责无线采集和控制网络的链接、数据的分析以及指令的下达；ZigBee各模块则是采集环境信息并根据指令对底层设备进行控制。系统总体框图如图1所示。 基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统 用户可通过远程网络或者手机软件把控制命令发送给家庭网关，由ZigBee协调器对下面负责环境信息采集或控制家电的各个ZigBee模块进行控制，家庭网关也能通过GPRS或Wi-Fi 向手机软件反馈设备运行状况和采集到的数据。当设置在家中的传感器探测到有异常情况时，不仅家中的报警器会开始报警，系统还会通过GSM／GPRS模块向用户的手机发送报警短信。 1.2ZigBee网络拓扑结构 ZigBee的网络拓扑结构主要有3种：星形、树形、网形。星形网结构简单，成本低，但是通信会受到距离的限制，覆盖范围小；树形网存在路由，所以覆盖范围比星形网要大，但是一旦某个路由发生故障，与其相连的节点就会从网络中断开；网形网结构较复杂，覆盖范围大，可靠性能较高。 居住面积不大的家庭用星形网有较高的性价比，如果居住面积较大则用网形网络会有更好的效果。本智能家居系统选用星形网络建立拓扑结构。 2系统硬件设计 2.1家庭网关主控制器 本智能家居系统的设计中，网关主控制器的控制芯片采用了三星公司的S3C6410，它是16/32位RISC微处理器，采用ARM1176JZF-S内核，主频达到667MHz，能够满足系统对实时性的要求。S3C6410支持最大分辨率为1024×1024的TFT24bit LCD屏，具有2路IIC、4路UART 以及全功能的SPI，它还有两个PCM Audio接口、两个USB接口和SD／MMC接口，可以非