2016ZigBee无线智能家居最新方案方案-2015
智能家居系统的无线控制方案设计
智能家居系统的无线控制方案设计作者：张占军陈诗伟赵煜李未超来源：《科教导刊·电子版》2015年第01期摘要本方案设计了利用树莓派卡片电脑为控制服务器，ZigBee作为无线组网工具的无线智能家居控制系统。
通过该系统，用户可以通过网络端实时访问并控制树莓派向ZigBee协调器发送控制命令，并由ZigBee路由器接收协调器转发的命令，从而控制终端电器设备。
方案为智能门锁设计了用高低电平控制开闭锁；为智能窗帘设计了两个电机正反转控制窗帘的开闭；为智能电灯设计了通过调光模块调节电灯亮度。
关键词树莓派 ZigBee 智能家居中图分类号：TN873 文献标识码：A智能家居作为一个新兴产业，正于一个成长发展期，技术的发展更新正是物联网智能家居发展方向。
当前，智能家居系统尚未有统一的行业标准，其控制方式也形式多样，但有线连接控制的方式居多，与无线相比，安装工作和使用维护的方便性都要逊一筹。
随着近两年Wi-Fi、蓝牙和ZigBee等技术突飞猛进地发展和广泛应用，无线技术和设备已带给人们诸多便利，悄然改变着人们传统的生活习惯。
本方案在现有智能家居技术的背景下，研究无线智能家居的控制。
1 主要开发设备及环境1.1 系统控制设备本方案以当前迅速兴起的树莓派（Raspberry Pi）作为系统控制设备。
它是一款基于Linux 系统的、只有一张信用卡大小的卡片式计算机，内存为256M、CPU为ARM1176JZF-S，具有多媒体处理能力，具有体积小、价格低廉、功能强大的特点。
通过通用端口（GPIO）来控制外连设备，简单的说就是给其26个针脚赋值高低电平，以达到对外部设备的控制。
1.2 无线通信设备随着物联网的发展，衍生出来的无线连接方式多种多样，红外、蓝牙、Wi-Fi和ZigBee等都已成为开发人员研究方向。
与蓝牙等相比，ZigBee在家庭自动化控制中，在功耗、距离和组网容量、时延短等方面稍有优势，而Wi-Fi则在连接互联网、智能手机和个人电脑方面表现更好，因此本方案设计使用了两种无线通信技术：Wi-Fi和ZigBee。
zigbee无线方案
zigbee无线方案随着物联网技术的发展，无线传感器网络越来越受到人们的关注。
而在众多的无线传感器网络中，ZigBee无线方案因其低功耗、低速率和低成本等特点，成为了众多应用场景下的首选。
一、ZigBee无线方案的特点ZigBee无线方案是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速率、低功耗、低成本的无线传感器网络。
ZigBee无线方案的主要特点有：1、低功耗：ZigBee协议采用了睡眠和唤醒机制，将节点在不参与通信时进入睡眠状态，从而降低功耗。
2、低速率：ZigBee的最高通信速率为250kbps，适合低速率、低带宽的应用场景。
3、低成本：由于ZigBee无线方案采用了低功耗设计，使得节点可以采用AA、AAA等干电池作为电源，从而降低了成本。
4、简单部署：由于ZigBee节点之间的通信是以星型网络的形式建立的，因此节点之间的部署非常简单。
二、ZigBee无线方案的应用场景1、智能家居：随着智能家居的兴起，ZigBee无线方案成为了智能家居的重要支撑技术之一。
在智能家居中，ZigBee节点可以用于控制照明、温度、门窗等设备，从而实现智能家居的全面控制。
2、工业自动化：在工业自动化领域，ZigBee无线方案可以用于工厂设备的监测和控制。
通过ZigBee节点采集设备的状态信息，并将其传输给服务器，从而实现对设备的实时监测。
3、智能交通：在智能交通中，ZigBee无线方案可以用于车辆间通信。
通过ZigBee节点的交互，可以实现车辆之间的协同工作，更好地实现车流量的控制。
三、ZigBee无线方案的技术难点1、网络拓扑结构：在ZigBee网络中，节点之间的通信是基于星型拓扑结构实现的。
由于节点数量不受限制，因此如何设计网络拓扑结构，使得网络的稳定性得到保证，是ZigBee无线方案需要解决的问题。
2、节点安全性：在无线传感器网络中，由于节点数量众多，节点安全性尤为重要。
ZigBee无线方案需要解决节点之间的安全问题，从而保护节点的数据安全。
(重点推荐)2016—2017年智能家居解决方案(精品方案)
智能家居解决方案一、智能家居系统总体概述1．什么是智能家居想象一下：您准备欣赏电视节目，在您说“看电视新闻联播”这句话的时候，电视打开了，频道调整到中央一台，窗帘拉上了，房间的光线逐渐调整到最适宜看电视的程度……或者，在您回家的路上，自动为您提前打开空调，调整室内温度到合适程度，接通通风装置，调节好室内的光线；把您预先准备好的食物用微波炉加热。
这样，您一回来就可以享受到清新的空气、舒适的环境，或许还有一杯热茶。
这看起来就想科幻影片里描写的一样，可是事实上，这样的生活已经近在咫尺智能家居系统是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理于一体的高效、舒适、安全、便利的居住环境。
将各种与信息相关的住宅设备通过家庭内网络连接起来，并保持这些设备与住宅的协调，有效地实现住户与外界的沟通和联系，支持即插即用的多种接入，包括电话、传真、高速数据网络、xDSL接入等。
智能家居的自动控制系统可以实现在远方用电话控制家电设备；自动传送水电煤气的读数，智能住宅配备的保安系统遇火灾及偷盗紧急情况时会自动向主人和物业管理单位报警。
智能家居系统利用先进的信号传送和微处理器技术，来集成或控制家中的电子电器产品或系统，例如计算机、照明系统、厨房设备、保安系统、暖气及冷气系统、通讯系统、视频及音响系统等，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。
一方面，系统会自动参考来自各个传感器中的信号做出相应的一系列操作，另一方面主人可以通过键盘、触摸屏、计算机、手持遥控器等人机接口来控制家中的电子电器产品。
2．智能家居与其他类型智能家居的区别目前国内的智能家居产品从技术和功能上讲主要分为以下几类：总线技术类、电力线载波类、无线通讯类，而无线通讯类主要是433/315和ZIGBEE2.4G两种技术。
推荐的三室二厅二卫智能家居解决方案二.实现功能介绍1）清晨4：30面包机开始准备早餐。
清晨6：30，主人还在熟睡中，卫生间取暖设备、热水器开始工作。
基于Zigbee和红外的智能家居控制系统
基于Zigbee和红外的智能家居控制系统作者：张威来源：《现代职业教育·职业培训》2016年第11期[摘要] 基于Zigbee技术的红外类家居设备控制器，可以通过传感器检测温度、湿度等信号来随时控制家居设备的工作状态，达到节能的目的，并支持手动操作和实时显示。
[关键词] Zigbee；智能网关；红外控制器；传感器[中图分类号] TN919 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）33-0121-01随着物联网的兴起和家电智能化的浪潮，消费者希望能够简便地将各种家居设备连接到一起，进行统一集中控制，并能进行远程管理。
而目前智能家居还没有统一的规范和标准，各个厂家的设备难以互联。
本文通过结合Zigbee和红外控制系统，实现了一套通用的智能家居控制系统。
一、总体设计方案Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，并具有自组网能力。
使用Zigbee技术进行家居设备网络连接，每个终端节点通过自带学习功能的红外模块，实现对红外遥控类家居设备的统一控制。
并且可通过传感器实时检测状态，实现自动控制家居设备的工作模式。
基于Zigbee技术的红外类家居设备控制器，包括AC/DC电源电路模块、电平转换模块、Zigbee模块、CPU控制模块、红外学习模块、手动控制按键、传感器检测模块和LCD显示模块。
电平转换模块由MAX232芯片及辅助电路构成，两端通过232芯片分别与Zigbee模块和CPU控制模块对接。
Zigbee模块由无线定位模块和智能网关构成无线通信单元。
CPU控制模块采用双串口STC12C5A60S2单片机。
传感检测模块包括温度信号传感器、湿度信号传感器和无线红外入侵探测器。
LCD显示模块采用12864液晶模块。
Zigbee模块的TTL电平是3.3V。
CPU控制模块的TTL电平是5V。
AC/DC电源电路模块将220V交流电变换成5V直流电。
基于ZigBee 的无线智能家居控制系统的设计
基于ZigBee 的无线智能家居控制系统的设计摘要：本文将ZigBee 技术应用到智能家居系统中，提出了一种以ZigBee 技术为基础的智能家居系统设计方案。
该系统以STM32F103VCT6 为控制核心，选择了合适的ZigBee 模块进行硬件电路设计，实现对家居环境的检测与控制。
结果表明，该系统运行稳定，具有广泛的应用前景。
关键词：智能家居 ZigBee 嵌入式系统一、引言随着人们生活水平的提高以及计算机技术、通信技术和网络技术的发展，智能家居逐渐成为未来家居生活的发展方向。
智能家居不仅能给用户提供安全、健康和舒适的生活环境，而且用户能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。
在智能家居控制系统中，采用无线网络技术可以解决有线网络布线麻烦，网络节点多，使用电缆数量庞大等问题，更符合家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点，将无线网络技术应用于家庭网络己经成为主流趋势。
本文结合实际设计了一种家居无线控制系统，并对其进行了实现。
二、系统设计的结构与功能本文构造了一个基本的智能家居系统，功能具体描述如下：（1）安防功能。
目前家庭安防系统主要功能是监控非法闯入和门的开关等。
一旦出现问题事件，系统会自动发出相应的信号给主控制器，及时通知用户有情况发生。
（2）家电控制。
对家电实行智能控制，用一个便携的触摸屏控制器就可以控制家里的任何电器，包括电视机、冰箱、空调、电脑等，还可以实现定时开关电器等功能。
（3）灯光控制。
根据不同的室内自然光强度，可以智能地调节发光强度，外加的光敏控制元件可以感测外而光的强度，并且根据实际设定的要求自动调节光照强度。
智能家居控制系统依靠一个控制中心来对整个家居进行控制，使用ZigBee 技术组建了一个无线传感器网络作为各个功能部件之间的数据传输和控制的枢纽。
控制信号通过遥控器发送到控制中心，控制中心接受控制信号进行分析处理发出控制命令到各个开关并接受反馈信号将信号显示在显示屏上。
zigbee无线方案
zigbee无线方案ZigBee是一种低功耗、短距离无线通信技术，被广泛应用于物联网和智能家居领域。
本文将探讨ZigBee无线方案的原理、特点以及在不同领域的应用。
一、ZigBee无线方案的原理ZigBee无线方案基于IEEE 802.15.4标准，采用2.4GHz的ISM频段进行通信。
该方案通过创建一个自组织、自适应的无线网络，实现设备之间的低功耗、低数据传输速率的通信。
ZigBee网络由一个协调器（Coordinator）、若干个路由器（Router）和若干个终端设备（End Device）组成。
协调器作为网络的控制中心，负责网络的管理和数据的路由。
路由器可以与其他设备进行通信并转发数据，终端设备则主要用于传感器数据的采集。
二、ZigBee无线方案的特点1. 低功耗：ZigBee设备在待机时能耗极低，在传输数据时也能保持较低的功耗，适合长时间运行的应用场景。
2. 低速率：ZigBee网络的数据传输速率较低，适用于对数据传输实时性要求不高的场景，如温度、湿度等环境监测。
3. 自组织网络：ZigBee设备能够自动组网，设备之间的网络拓扑结构可以根据需求进行动态调整，提高了网络的灵活性和扩展性。
4. 安全性：ZigBee网络支持多种安全机制，如加密、认证等，保障数据的机密性和完整性，并防止网络遭受恶意攻击。
5. 成本低廉：ZigBee芯片和设备的成本相对较低，使其成为物联网和智能家居等领域的常用无线通信技术。
三、ZigBee无线方案的应用1. 智能家居：ZigBee无线方案广泛应用于智能家居领域。
通过ZigBee技术，灯光、窗帘、温控设备等可以相互连接，实现智能化的远程控制和自动化管理，提升居住的舒适度和便利性。
2. 工业控制：ZigBee无线方案在工业自动化控制中也得到广泛应用。
通过部署ZigBee传感器网络，可以实现对工作环境、设备运行状态等参数的实时监测和控制，提高生产效率和安全性。
3. 物流跟踪：ZigBee无线方案可以应用于物流行业中的货物跟踪和管理。
基于ZigBee无线传感器网络的智能家居系统
基于ZigBee无线传感器网络的智能家居系统苏李果;朱燕【摘要】随着电子、计算机和通信技术的发展以及人们生活水平的提高，人们对每日息息相关的家居功能有了更高的期望。
为了改进现有大多数现场总线式系统布线和维护难的局面，提出了一种基于 ZigBee 无线传感器网络的智能家居系统实现方案。
该系统包括ZigBee无线传感器网络、智能家居网关和移动手机终端三个部分，可以通过智能家居网关直观地掌握所有节点上各种传感器的工作状态，集中对各种电器进行控制，并可通过移动手机终端实现远程控制。
经测试该系统运行良好，达到了预期的设计目标。
%With the rapid development of electronic, computer and communication technology and the improvement ofpeople's living standard, people have higher expectations for the home furnishing function. To improve the difficult situation of wiring and maintenance in the most fieldbus system, this paper provides a smart home system solution based on ZigBee Wireless Sensor network. This System includes ZigBee Wireless Sensor network, smart home system gateway and mobile phone end device. Users can master the working state of all the sensors in the nodes intuitively, and they can centralize control the Electrical appliances. And the remote control mode can be realized through a mobile terminal, too. After the test, this system works well and reaches the desired design goal.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P66-70)【关键词】ZigBee;无线传感器网络;智能家居;协调器节点;终端节点【作者】苏李果;朱燕【作者单位】闽西职业技术学院电气工程系，龙岩 364021;娄底职业技术学院电子信息工程系，娄底 417000【正文语种】中文21世纪是信息化的时代, 随着电子、计算机和通信技术的发展以及人们生活水平的提高, 人们对每日息息相关的家居功能有了更高的期望. 不仅要求住宅能满足一般的居住需求, 还越来越多地注重家庭生活中每个成员的安全、舒适与便利程度. 这样的需求促进了智能家居产品诞生, 它的基础平台是住宅, 集合了建筑布线、互联通信、家居安防、系统自控及音视频技术, 创建了一个高效的日常生活事务的管理系统, 有效地提升了家庭生活的安全、方便和舒适性, 并满足人们对于环保的需求. 自20世纪末智能家居的理念引入到国内, 经过了十多年的发展, 我国的智能家居的发展进入了融合演变期, 呈现快速增长的势头. 但目前大多数系统还是采用现场总线式的连接方式, 给布线安装和维护方面带来了不便[1]. 基于上述原因, 本文提出了一种基于ZigBee无线传感器网络的智能家居系统实现方案.1 系统架构与工作原理本系统主要由三部分构成: ZigBee无线传感器网络、智能家居网关和移动手机终端.ZigBee无线传感器网络由多个终端节点和一个协调器组成, 每个终端节点根据实际的监测需求连接多种传感器或受控设备——如温度、湿度、有毒气体、光敏、窗帘电机、红外遥控转发器等. 它将采集到的传感器数据汇聚至协调器, 并接收协调器发来的命令. 协调器通过UART串口连接智能家居网关, 负责与上位机控制软件进行交互.智能家居网关是整个系统的控制核心, 它是内部ZigBee无线传感器网络与外部互联网连接的中转站. 它具备可视化的界面, 在其上可对各终端节点的实时状态进行监控. 对内可通过ZigBee协调器转发各种查询和控制命令, 对外可提供TCP/IP Socket连接Server服务, 供移动手机终端连接, 实现无线远程监控[2].图1 系统构成2 系统硬件设计本系统中智能家居网关采用PC机作为运行环境, 因此主要对ZigBee无线传感器网络的硬件进行了设计. 系统选用了美国TI公司的CC2530作为无线通信的主控芯片, CC2530内部包含一个8051内核MCU, 拥有ADC、UART等丰富的外设资源, 同时还集成了高性能的射频收发器, 是一个典型的SOC片上系统. 它功耗极低, 数据传输响应时间短, 可满足本系统的设计需求.2.1 终端节点硬件设计终端节点需要完成传感器数据的采集, 定时发送至协调器, 并接受协调器发来的控制命令. 因此终端节点的硬件设计主要包括数据采集与控制模块、数据处理与无线通信模块和电源模块的设计.(1) 数据采集与控制模块该模块根据终端节点的需求选择各种不同的传感器或控制装置, 由于CC2530内部带A/D转换的外设功能, 因此对于输出为模拟量的传感器可以直连该芯片. 对于窗帘控制节点, 其上需连接光照强度检测传感器和控制电机的继电器. 前者选择光敏电阻, 采用分压电路的接法, 利用光照强度不同时其阻值改变导致两端电压值改变的特性, 可实现光照等级的采集, 用于窗帘自动开闭的控制. 继电器的选择应考虑其驱动电压, 由于CC2530的供电电源典型值为3.3V, 因此选择输入兼容3.3V的继电器.温湿度采集节点选择奥松电子的AM2301数字温湿度传感器, 它内部包含一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件, 并与一个高性能8位单片机相连, 采用单总线接口, 硬件电路上直连CC2530的P0.7端口, 可直接读出温湿度数据.有毒气体检测节点选择MQ-2气体传感器, 它的电导率随着空气中可燃气体浓度的增加而增大, 其输出的模拟电压值也随之变化. 本系统中将它的输出连接LM393电压比较器, 通过电位器改变比较参考电压值可进行气体报警灵敏度的调节.(2) 数据处理与无线通信模块本系统数据处理和无线通信功能分别使用CC2530内部的8051内核和射频收发器, CC2530为SOC片上系统, 具有很高的集成度, 所以其周边只需连接晶振和少量负载电容即可. 该模块连接了XTAL1和XTAL2两个晶振, 分别为32MHz和32.768KHz. 无线通信方面主要设计了天线电路, CC2530的射频输出为差分信号, 为了与天线的单端输出相连, 两者之间利用电感和电容设计了巴伦电路[3]. 在天线的选择上, 经过综合对比各种天线的性能, 选用SMA连接端子的鞭状天线. 数据处理和无线通信模块的电路原理图如图2所示.图2 数据处理与无线通信模块电路原理图(3) 电源模块本系统主要应用于家庭内部, 各个终端节点均能得到较为稳定的供电, 因此在供电方面选择电源供电. 使用5V直流电压输入, 选用AMS1117-3.3 DC/DC稳压芯片完成5V转3.3V, 为系统各个模块供电.2.2 协调器节点硬件设计协调器节点与智能家居网关连接, 它把从各终端节点汇聚的传感器数据转发到网关, 同时向各终端节点分发网关下达的控制命令. 协调器节点上无需连接传感器, 它在数据处理与无线通信模块和电源模块的硬件电路设计上与终端节点相同. 由于协调器与智能家居网关之间的连接端口为UART串口, 而且两者串口数据的电平标准不同——协调器上为RS232 TTL电平标准, PC端为USB接口标准, 因此系统选用PL2303芯片设计了USB与RS232 TTL电平互相转换的电路. PL2303芯片内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART, 具有较高的集成度, 在其周边只需连接12MHz晶振与两只电容即可构建最小系统. 协调器节点的USB转RS232接口的电路原理图如图3所示.图3 协调器节点的USB转RS232电路原理图3 系统软件设计系统软件设计包括ZigBee无线传感器网络中各个节点的程序设计、智能家居网关的监控软件的设计和移动手机终端软件的设计.3.1 数据通信协议由于ZigBee网络通信涉及查询和控制命令, 需要传输多种不同的传感器数据, 因此需要先对数据通信的协议进行设计. 数据以字节为单位, 系统规定了协调器节点的查询和控制命令的数据帧格式, 并对终端节点的响应帧格式进行了定义, 如表1所示. 其中“地址”为2个字节的短地址, “功能码”在Modbus协议的基础上针对实际应用进行扩展, “数据段”根据命令功能的不同和传感器数据位数的需求进行调整, “校验码”为前述内容的异或值.表1 ZigBee通信数据帧格式格式组成开始符地址功能码数据段校验码结束符字节数1 Byte2 Byte1 Byte0-N Byte1 Byte1 Byte 缩写STADDRFCDAXORED“功能码”的详细定义如表2所示, 查询命令所对应的“数据段”长度为0, 控制命令所对应的“数据段”长度为1.表2 功能码描述功能码FC描述数据长度 01查询所有终端节点的传感器数据002查询单个终端节点的传感器数据0 0A控制终端节点灯的亮灭1 Byte 0B控制终端节点窗帘开合1 Byte 0C外出模式, 关闭所有设备1 Byte3.2 终端节点程序设计终端节点的程序设计开发环境为IAR, 基于TI公司的Z-Stack 2007pro协议栈进行开发.终端节点在启动后先搜索协调器建立的网络并加入, 在传感器数据采集与上报的机制方面, 设计了两种模式, 一是定时采集自动上报; 二是只有接收到协调器发来的查询命令, 才唤醒节点采集并上报. 为了降低功耗, 系统设计以上两种形式当终端节点没有采集传感器数据时, 进入休眠状态[4]. 具体的程序工作流程如图4所示.图4 终端节点程序流程图3.3 协调器节点程序设计协调器在上电初始化后建立ZigBee网络, 收到终端节点的加入请求后, 允许其加入, 然后监听OSAL中串口接收事件或无线接收数据事件是否发生. 若收到智能家居网关通过串口发来的查询或控制命令, 则将其广播出去或单播给目标终端, 等待终端发回响应数据并通过串口发给网关, 然后再次进入监听状态. 若收到终端节点定时发来的传感器数据, 则直接通过串口发给网关, 最终也是再次进入监听状态. 具体的程序工作流程如图5所示.图5 协调器节点程序流程图3.4 智能家居网关软件设计本系统中智能家居网关以PC机Windows操作系统作为运行环境, 使用C++语言, 在Visual Studio 2005和数据库开发环境下, 设计了监控管理软件. 智能家居网关和ZigBee协调器节点之间采用UART串口连接, 使用MSComm控件实现了两者之间的串口通信[5]. 软件使用可视化控件直观地展示了终端节点上各种传感器的工作状态, 记录了温湿度的变化曲线. 同时为了扩展系统的远程控制的功能, 使用VC++中的Socket编程实现了TCP服务器端, 提供给远程移动手机终端连接. 通过该监控管理软件, 用户可直观地掌握所有传感器节点的工作情况, 并可集中对各种电器进行控制. 该监控管理软件的界面如图6所示.图6 智能家居网关监控管理软件界面3.5 移动手机终端软件设计移动手机终端选择Android系统作为运行平台. 终端软件的设计主要包括3个方面的内容: 一是与智能家居网关之间基于TCP/IP协议的socket通信; 二是各种传感器实时信息的更新与控制命令的传送; 三是人机界面的设计.Socket通信模块的程序设计使用了Android系统的进程间通信的机制 , 并加入了Service、Broadcast Receiver和Activity组件实现相关功能, 该模块的程序架构如图7所示.图7 移动手机终端socket通信模块程序架构从上图中可以看到, 用户在UI界面中启动连接socket服务的请求, 然后连入智能家居网关的socket服务器. 连接建立以后, 启动一个新线程, 用于发送控制命令以及接收返回的传感器实时信息. 同时该进程将传感器实时信息以广播的形式发给UI 界面的Receiver进行刷新显示.人机界面的设计主要包括socket服务器连接界面和主功能界面的设计. 主功能界面实现ZigBee各终端节点的传感器信息的实时显示, 如: 温度、湿度、可燃气体泄漏和光照度等, 同时设计了针对家中电器控制的功能模块, 如: 照明灯、风扇等, 情景模式页面设计了离家模式和在家模式, 可根据需要统一对各种传感器和电器进行控制. 设计好的人机界面如图8所示.图8 移动手机终端人机界面4 系统的连接实现与测评系统设计完成后, 为了验证方案的可行性, 对其进行了连接实现与测评. 取五个节点,其中一个为协调器, 通过UART串口连接智能家居网关, 其余四个为终端, 分别连接温度、湿度、可燃气体检测等传感器和照明灯等家用电器.系统测试主要包括组网的速度与稳定性、传感器数据采集的准确性、数据传输的响应速度以及各个情境模式的工作情况. 经过测试, 所有节点上电后, 协调器组建ZigBee网络, 所有终端可正常入网, 整个过程在3秒完成并稳定长时间工作. 各终端节点的传感器数据采集准确, 温湿度传感器的误差控制在±0.5℃, 可燃气体检测传感器不存在误报现象. 当终端节点采集到的传感器数据发生变化时, 智能家居网关与移动手机终端上可以接近实时地刷新显示, 响应速度较高, 可以达到设计的要求. 在“离家模式”下, 断开所有电器的电源和关闭窗帘, 并保持光照、温湿度和可燃气体检测传感器的运行, 以提供报警功能; “在家模式”下, 关闭光照检测传感器, 由人工控制窗帘的开闭, 同时打开电器的电源便于控制.综上所述, 该系统中智能家居网关监控管理软件工作正常, 可以实时显示ZigBee网络中各节点的状态, 可集中对照明灯等设备进行控制, 并可提供移动手机终端连接实现远程控制, 达到了设计目标. 该系统发挥了ZigBee无线传感器网络组网简单、自组织性强、适合小数据远程传输的特点, 可适应智能家居系统的工作环境, 具有很强的实用性.参考文献1 黄文凤.智慧家庭中的智能家居产业发展现状及趋势.集成电路应用,2013(10):16–18.2 方志忠.基于ZigBee的智能家居系统的设计与实现.电子制作,2014(10):33–34.3 南忠良,孙国新.基于ZigBee技术的智能家居系统设计.电子设计工程,2010(7):117–119.4 王小强,欧阳骏,黄宁淋.ZigBee无线传感器网络设计与实现.北京:化学工业出版社,2012.5 李景峰,杨丽娜,潘恒.Visual C++串口通信技术详解.北京: 机械工业出版社,2010. Smart Home System Based on ZigBee Wireless Sensor NetworkSU Li-Guo1, ZHU Yan21(Electrical Engineering Department of Minxi Vocational and Technical College, Longyan 364021, China)2(Telecom Department, Loudi Vocational and Technical College, Loudi 417000, China)Abstract：With the rapid development of electronic, computer and communication technology and the improvement of people's living standard, people have higher expectations for the home furnishing function. To improve the difficult situation of wiring and maintenance in the most fieldbus system, this paper provides a smart home system solution based on ZigBee Wireless Sensor network. This System includes ZigBee Wireless Sensor network, smart home system gateway and mobile phone end device. Users can master the working state of all the sensors in the nodes intuitively, and they can centralize control the Electrical appliances. And the remote control mode can be realized through a mobile terminal, too. After the test, this system works well and reaches the desired design goal.Key words：ZigBee; wireless sensor network; smart home; coordinator node; end device node①基金项目：湖南省教育厅科学研究青年项目(12B106)收稿时间：2014-11-19;收到修改稿时间:2014-12-29本系统主要由三部分构成: ZigBee无线传感器网络、智能家居网关和移动手机终端.ZigBee无线传感器网络由多个终端节点和一个协调器组成, 每个终端节点根据实际的监测需求连接多种传感器或受控设备——如温度、湿度、有毒气体、光敏、窗帘电机、红外遥控转发器等. 它将采集到的传感器数据汇聚至协调器, 并接收协调器发来的命令. 协调器通过UART串口连接智能家居网关, 负责与上位机控制软件进行交互.智能家居网关是整个系统的控制核心, 它是内部ZigBee无线传感器网络与外部互联网连接的中转站. 它具备可视化的界面, 在其上可对各终端节点的实时状态进行监控. 对内可通过ZigBee协调器转发各种查询和控制命令, 对外可提供TCP/IP Socket连接Server服务, 供移动手机终端连接, 实现无线远程监控[2].本系统中智能家居网关采用PC机作为运行环境, 因此主要对ZigBee无线传感器网络的硬件进行了设计. 系统选用了美国TI公司的CC2530作为无线通信的主控芯片, CC2530内部包含一个8051内核MCU, 拥有ADC、UART等丰富的外设资源, 同时还集成了高性能的射频收发器, 是一个典型的SOC片上系统. 它功耗极低, 数据传输响应时间短, 可满足本系统的设计需求.2.1 终端节点硬件设计终端节点需要完成传感器数据的采集, 定时发送至协调器, 并接受协调器发来的控制命令. 因此终端节点的硬件设计主要包括数据采集与控制模块、数据处理与无线通信模块和电源模块的设计.(1) 数据采集与控制模块该模块根据终端节点的需求选择各种不同的传感器或控制装置, 由于CC2530内部带A/D转换的外设功能, 因此对于输出为模拟量的传感器可以直连该芯片. 对于窗帘控制节点, 其上需连接光照强度检测传感器和控制电机的继电器. 前者选择光敏电阻, 采用分压电路的接法, 利用光照强度不同时其阻值改变导致两端电压值改变的特性, 可实现光照等级的采集, 用于窗帘自动开闭的控制. 继电器的选择应考虑其驱动电压, 由于CC2530的供电电源典型值为3.3V, 因此选择输入兼容3.3V的继电器.温湿度采集节点选择奥松电子的AM2301数字温湿度传感器, 它内部包含一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件, 并与一个高性能8位单片机相连, 采用单总线接口, 硬件电路上直连CC2530的P0.7端口, 可直接读出温湿度数据.有毒气体检测节点选择MQ-2气体传感器, 它的电导率随着空气中可燃气体浓度的增加而增大, 其输出的模拟电压值也随之变化. 本系统中将它的输出连接LM393电压比较器, 通过电位器改变比较参考电压值可进行气体报警灵敏度的调节.(2) 数据处理与无线通信模块本系统数据处理和无线通信功能分别使用CC2530内部的8051内核和射频收发器, CC2530为SOC片上系统, 具有很高的集成度, 所以其周边只需连接晶振和少量负载电容即可. 该模块连接了XTAL1和XTAL2两个晶振, 分别为32MHz和32.768KHz. 无线通信方面主要设计了天线电路, CC2530的射频输出为差分信号, 为了与天线的单端输出相连, 两者之间利用电感和电容设计了巴伦电路[3]. 在天线的选择上, 经过综合对比各种天线的性能, 选用SMA连接端子的鞭状天线. 数据处理和无线通信模块的电路原理图如图2所示.(3) 电源模块本系统主要应用于家庭内部, 各个终端节点均能得到较为稳定的供电, 因此在供电方面选择电源供电. 使用5V直流电压输入, 选用AMS1117-3.3 DC/DC稳压芯片完成5V转3.3V, 为系统各个模块供电.2.2 协调器节点硬件设计协调器节点与智能家居网关连接, 它把从各终端节点汇聚的传感器数据转发到网关, 同时向各终端节点分发网关下达的控制命令. 协调器节点上无需连接传感器, 它在数据处理与无线通信模块和电源模块的硬件电路设计上与终端节点相同. 由于协调器与智能家居网关之间的连接端口为UART串口, 而且两者串口数据的电平标准不同——协调器上为RS232 TTL电平标准, PC端为USB接口标准, 因此系统选用PL2303芯片设计了USB与RS232 TTL电平互相转换的电路. PL2303芯片内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART, 具有较高的集成度, 在其周边只需连接12MHz晶振与两只电容即可构建最小系统. 协调器节点的USB转RS232接口的电路原理图如图3所示.系统软件设计包括ZigBee无线传感器网络中各个节点的程序设计、智能家居网关的监控软件的设计和移动手机终端软件的设计.3.1 数据通信协议由于ZigBee网络通信涉及查询和控制命令, 需要传输多种不同的传感器数据, 因此需要先对数据通信的协议进行设计. 数据以字节为单位, 系统规定了协调器节点的查询和控制命令的数据帧格式, 并对终端节点的响应帧格式进行了定义, 如表1所示. 其中“地址”为2个字节的短地址, “功能码”在Modbus协议的基础上针对实际应用进行扩展, “数据段”根据命令功能的不同和传感器数据位数的需求进行调整, “校验码”为前述内容的异或值.“功能码”的详细定义如表2所示, 查询命令所对应的“数据段”长度为0, 控制命令所对应的“数据段”长度为1.3.2 终端节点程序设计终端节点的程序设计开发环境为IAR, 基于TI公司的Z-Stack 2007pro协议栈进行开发.终端节点在启动后先搜索协调器建立的网络并加入, 在传感器数据采集与上报的机制方面, 设计了两种模式, 一是定时采集自动上报; 二是只有接收到协调器发来的查询命令, 才唤醒节点采集并上报. 为了降低功耗, 系统设计以上两种形式当终端节点没有采集传感器数据时, 进入休眠状态[4]. 具体的程序工作流程如图4所示.3.3 协调器节点程序设计协调器在上电初始化后建立ZigBee网络, 收到终端节点的加入请求后, 允许其加入, 然后监听OSAL中串口接收事件或无线接收数据事件是否发生. 若收到智能家居网关通过串口发来的查询或控制命令, 则将其广播出去或单播给目标终端, 等待终端发回响应数据并通过串口发给网关, 然后再次进入监听状态. 若收到终端节点定时发来的传感器数据, 则直接通过串口发给网关, 最终也是再次进入监听状态. 具体的程序工作流程如图5所示.3.4 智能家居网关软件设计本系统中智能家居网关以PC机Windows操作系统作为运行环境, 使用C++语言, 在Visual Studio 2005和数据库开发环境下, 设计了监控管理软件. 智能家居网关和ZigBee协调器节点之间采用UART串口连接, 使用MSComm控件实现了两者之间的串口通信[5]. 软件使用可视化控件直观地展示了终端节点上各种传感器的工作状态, 记录了温湿度的变化曲线. 同时为了扩展系统的远程控制的功能, 使用VC++中的Socket编程实现了TCP服务器端, 提供给远程移动手机终端连接. 通过该监控管理软件, 用户可直观地掌握所有传感器节点的工作情况, 并可集中对各种电器进行控制. 该监控管理软件的界面如图6所示.3.5 移动手机终端软件设计移动手机终端选择Android系统作为运行平台. 终端软件的设计主要包括3个方面的内容: 一是与智能家居网关之间基于TCP/IP协议的socket通信; 二是各种传感器实时信息的更新与控制命令的传送; 三是人机界面的设计.Socket通信模块的程序设计使用了Android系统的进程间通信的机制 , 并加入了Service、Broadcast Receiver和Activity组件实现相关功能, 该模块的程序架构如图7所示.从上图中可以看到, 用户在UI界面中启动连接socket服务的请求, 然后连入智能家居网关的socket服务器. 连接建立以后, 启动一个新线程, 用于发送控制命令以及接收返回的传感器实时信息. 同时该进程将传感器实时信息以广播的形式发给UI 界面的Receiver进行刷新显示.人机界面的设计主要包括socket服务器连接界面和主功能界面的设计. 主功能界面实现ZigBee各终端节点的传感器信息的实时显示, 如: 温度、湿度、可燃气体泄漏和光照度等, 同时设计了针对家中电器控制的功能模块, 如: 照明灯、风扇等, 情景模式页面设计了离家模式和在家模式, 可根据需要统一对各种传感器和电器进行控制. 设计好的人机界面如图8所示.系统设计完成后, 为了验证方案的可行性, 对其进行了连接实现与测评. 取五个节点, 其中一个为协调器, 通过UART串口连接智能家居网关, 其余四个为终端, 分别连接温度、湿度、可燃气体检测等传感器和照明灯等家用电器.系统测试主要包括组网的速度与稳定性、传感器数据采集的准确性、数据传输的响应速度以及各个情境模式的工作情况. 经过测试, 所有节点上电后, 协调器组建ZigBee网络, 所有终端可正常入网, 整个过程在3秒完成并稳定长时间工作. 各终端节点的传感器数据采集准确, 温湿度传感器的误差控制在±0.5℃, 可燃气体检测传感器不存在误报现象. 当终端节点采集到的传感器数据发生变化时, 智能家居网关与移动手机终端上可以接近实时地刷新显示, 响应速度较高, 可以达到设计的要求. 在“离家模式”下, 断开所有电器的电源和关闭窗帘, 并保持光照、温湿度和可燃气体检测传感器的运行, 以提供报警功能; “在家模式”下, 关闭光照检测传感器, 由人工控制窗帘的开闭, 同时打开电器的电源便于控制.综上所述, 该系统中智能家居网关监控管理软件工作正常, 可以实时显示ZigBee网络中各节点的状态, 可集中对照明灯等设备进行控制, 并可提供移动手机终端连接实现远程控制, 达到了设计目标. 该系统发挥了ZigBee无线传感器网络组网简单、。
zigbee无线方案
zigbee无线方案Zigbee 无线方案是一种适用于物联网设备连接和通信的技术。
它采用低功耗设计，便于部署和维护。
Zigbee 最初由 Zigbee 联盟于 2002 年提出，并于 2005 年在 IEEE 802.15.4 标准下进行了标准化。
Zigbee 基于 IEEE 802.15.4 标准并添加了更多的应用层协议，以实现更广泛的无线设备互联。
本文将介绍 Zigbee 的工作原理、特点、应用领域和发展趋势。
一、Zigbee 的工作原理Zigbee 无线方案采用低功耗的片上系统和无线电。
它可以支持多达 65,000 个节点，每个节点之间的距离可以达到数百米。
Zigbee 模块包括一组电子元件，包括微处理器、收发器和传感器。
这些组件可以与多个不同设备通信，如温度传感器、气体传感器或烟雾探测器。
Zigbee 无线方案采用了分层技术来组织网络。
它包括以下几层：1. 物理层：负责定义 ZR(Zigbee Router)、ZED(Zigbee End Device) 和 ZC(Zigbee Coordinator) 之间的无线通信方式；2. MAC层：负责管理数据传输和数据帧；3. 网络层：负责管理网络连接和节点间的路由；4. 应用层：为节点提供特定的应用程序。
二、Zigbee 的特点1. 低功耗：Zigbee 设备采用了极低的功耗设计，在不影响设备正常工作的情况下，可以达到长达数年的电池寿命。
2. 自组织网络：Zigbee 网络的节点可以自动配置和加入网络，形成一种自组织网络，使整个网络更加稳定和可靠。
3. 自适应：Zigbee 网络可以快速应对不同数量和类型的设备加入和退出网络，网络中的路由也会自动更新以优化网络效率。
4. 安全性高：Zigbee 网络采用了多重的加密和认证标准，保证了数据安全和隐私。
三、Zigbee 的应用领域Zigbee 无线方案被广泛用于家庭自动化、智能建筑、工业自动化等领域。