基于ZigBee的智能家居系统研究与实现
基于ZigBee技术的智能家居系统设计
基于ZigBee技术的智能家居系统设计智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
基于智能家居的最新定义，参考ZigBee技术的特点，设计出的本系统，在包含了智能家居必备系统(智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统)的基础上，加入了家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统和家庭环境控制系统。
在智能家居的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的家居系统才能称为智能家居。
因此，本系统可以称为是智能家居。
1 系统设计方案该系统设计由家庭内被控制设备和远程控制设备组成。
其中家庭内被控制设备主要有能访问Internet的计算机、控制中心、监控节点和选择添加的家用电器控制器。
远程控制设备主要由远程计算机和手机组成。
系统组成如图1所示。
系统的主要功能有：1)网页前台页面的浏览，后台信息管理；2)通过Internet 和手机两种远程控制方式实现室内家用电器、安防和灯光的开关控制；3)通过RFID模块实现用户识别，从而完成室内安防状态的开关，在盗贼入侵时通过短信息(SMS)向用户报警；4)通过中央控制管理系统软件完成室内灯光及家电的本地控制和状态显示；5)利用数据库完成个人信息存储和室内设备状态存储，通过中央控制管理系统方便用户查询室内设备状态。
2 系统硬件设计系统硬件设计包括控制中心、监控节点和选择添加的家用电器控制器(这里以电风扇控制器为例)的设计。
2．1 控制中心控制中心主要功能有：1)组建无线ZigBee网络，把所有监控节点加入网络中，并实现新设备的接收；2)用户身份识别，用户在离家或归来时通过用户卡实现室内安防的开关；3)当有盗贼入侵室内时，通过向用户发送短信息报警。
基于ZigBee的智能家居系统研究
为几十米 到几 百米 之 间，网络容 量
大 ，可容纳６ ０ ０ 设备。Ｚ ｇ ｅ 提 ５ ０个 ｉＢ ｅ 供 了数据 完整 性检 查和鉴权 功 能， 好 ，可 裁 剪 程 度
‘ ‘ 一 一 一 一
ｌｉ ｅ Ｉ ｉｅ ｌ ｌ ｉｅ Ｉ ｇ ｅ Ｊ ｇ ｅ ｇ ｅ ＺＢ ￣ｔ ＺＢ ￣ ＺＢ ￣
能家居 系统 结合计 算机技 术 、 自动 大部 分是 控制命 令 以及一些 检测 数 插座 以及安 防消 防设备等 ，是智 能
控 制技 术和 网络通 信技术 ，为家庭 据 。为此 ，Ｚ ｇ ｅ 技术 非常适合 应 家居 系统 的控 制 以及 执行 设备 。智 ｉＢ ｅ
生活提 供便捷 、舒 适 、安 全 、节能 用在 智 能家居领 域 ，甚至可 以说 是 能终端 包括一 个Ｚ ｇ ｅ 模块负责 无 ｉＢ ｅ 以及健康 等 各方面 服务 ，大大提 高 为智能家居系统量身定做 的。
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
一
研发展＿ Ｉ （ （
基于Ｚ ｇ ｅ 的智能 家居 系统研究 ｉＢ ｅ
浙江工业职 业技术 学院 王 坚锋
【 摘要 】智能家居系统由主控制器、遥控器和智能终端构成，能够对灯光、窗帘、家用电器、智能插座等家用设备进行
手 自动控制 。智 能家居 系统采用低 功耗Ｚｇ ｅｌ 线技术组 网，每个 智能家居设备都包括一个ｚｇ ｅ通信模 块负责无线数据的接 ｉ ｅ Ｂ ｉＢ ｅ 收与发送 。智能家居 系统的控制策略包括手动控制 ，情景模式 以及 时间程序等。
家居系统进行远程监控。主控制器采 可 以很方便 的对 家里 的所有智 能终
２方 案 设计 ．
２ １Ｚ ｇ ｅ 技术简介 ． ｉＢ ｅ Ｚ ｇｅ 是一种 短距离、低速率 、 ｉＢ ｅ
基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计—课程设计论文
机器人3课程设计（论文）题目：基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计摘要随着生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、生活日益信息化。
信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。
因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。
关键词: Zigbee ；Z-Stack；CC2530芯片；智能家居The Design of Smart Home Control System Based on ZigBee Technology TechnologyABSTRACTWith the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment.Information society has changed people’S lifestyle and work habits to makeintelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches moreand more people’S attention.Thereforethe topic about the integration andmanagement of various communication equipments in home，household appliancesand home security devices combined by the intelligent home c ontrol system remotel，has become a hot research point in recent years．Key words: Zigbee; Z-stack;CC2530;Smart Home目录1绪论 (1)1.1无线传感器网络 (1)1.1.1无线传感器网络概况 (1)1.1.2无线传感器的应用现状 (1)1.1.3无线传感器的未来前景 (2)1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络 (2)1.3论文结构 (3)2 Z-Stack协议栈 (4)2.1 Zigbee协议介绍 (4)2.1.1 Zigbee协议栈的结构 (4)2.2 Zigbee网络结构 (5)2.3 Z-Stack协议栈介绍 (6)2.3.1寻址 (6)2.3.2绑定 (9)2.3.3路由协议 (9)2.3.4数据发送函数 (10)2.3.5网络组建过程 (10)2.3.6数据接收函数 (10)3智能家居系统的实现 (13)3.1系统的整体介绍 (13)3.2系统硬件介绍 (13)3.2.1各类传感器模块 (13)3.2.2终端节点和数据汇聚模块 (15)3.3系统软件介绍 (16)3.3.1终端节点和数据汇聚模块软件设计 (16)3.3.2上位机（PC机）的监控界面 (18)4结论 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 绪论1.1无线传感器网络1.1.1无线传感器网络概况无线传感器网络是指大量的移动的或静止的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高，智能家居系统已经成为现代生活的重要组成部分。
智能家居系统利用先进的无线通信技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化控制和管理，从而为用户提供更加便捷、舒适和节能的居住环境。
本文将重点研究与设计一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统，旨在提升家居环境的智能化水平，满足用户多样化的需求。
本文将首先介绍智能家居系统的发展背景和意义，阐述ZigBee 和WiFi两种无线通信技术在智能家居领域的应用优势和局限性。
在此基础上，提出一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统设计方案，该方案结合了ZigBee的低功耗、低成本和自组织网络特点以及WiFi的高速传输和广泛覆盖范围优势，以实现智能家居系统的高效、稳定和可扩展性。
文章将详细介绍该融合系统的架构设计、硬件选型、软件编程以及系统测试等方面内容。
通过对比分析不同通信协议的性能特点，选择合适的ZigBee和WiFi模块，并设计相应的硬件电路和软件程序。
文章还将探讨如何优化系统性能，提高数据传输速率和稳定性，以满足实际应用需求。
本文将总结研究成果，并对未来智能家居系统的发展趋势进行展望。
通过本文的研究与设计，旨在为智能家居领域的发展提供有益的参考和借鉴，推动智能家居技术的不断创新和应用。
二、ZigBee与WiFi技术概述在智能家居系统中，无线通信技术扮演着至关重要的角色，其中ZigBee和WiFi是两种被广泛采用的技术。
这两种技术各有优势，也存在着一定的局限性，因此，将它们融合在一起，可以充分发挥各自的优势，实现更为高效、稳定的智能家居系统。
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信协议，专为物联网应用而设计。
它具有自组织、自修复的特性，能够在设备之间形成稳定的网络结构，特别适用于智能家居系统中的各种传感器、执行器等设备的连接和控制。
基于ZigBee技术的智能家居系统设计研究
⑥ 网络 容量 大且组 网形式灵 活多样， Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ协议对 大量的网 居 系统的信息 化、 网络化 、 智能化 是当前家居 系统 的发展趋 势 。 延； 络 节 点 以及 多种 组 网方 式都 能有 效支 持 等 。 由于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ协 议 的 其 中基 于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 的智 能 家 居 系 统 为 人 类 的生 活 环 境 带 来 了
网 络路 由器 以及 网络 终 端 设 备 三 种 功 能 设 备 ， 有 效 解 决 了有 线 网络 布 线 困 难 以及 扩 展 性 差 等 的 不 足 ，应 用 无 义 了 网 络 协 调 器 、 其 中的网络协调器、 网络 路 由 器 为 全 功 能 器 件 ， 而 网络 终 端 设 备 线 组 网 技 术 的 智 能家 居系 统 成 为 必 然 的发 展 趋 势 。
． １ Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ设 备 智 能 家居 是 以住 宅 为 平 台 ， 利用综合布线、 网络 通 信 、 自动 控 ４
Ｆ Ｆ Ｄ ） 和简化功能器件 （ Ｒ Ｆ Ｄ ） 两种类型 ， 其 中的全功 的 住 宅 设 施 与 家 庭 日程 事 务 的管 理 系 统 ，对 人 们 居 住 环 境 的 舒 全功 能器件 （ 适性 、 便利性、 安全性 以及艺术性等进行 了有效 的提升ｆ １ ＿ 。实现家 能 器 件 不 但 可 以与 网络 中 的 任 何 设 备 实 现 通 信 ， 还 可 以作 为 网 居 智 能 的 工 具 包 括 先 进 的 计 算 机 技 术 、 网 络 通 信 技 术 以 及 电力 络 协 调 者 对 其 他 网络 设 备进 行 协 调 ；简 化 功 能器 件 只 能 与 全 功 而两个简化功 能器件之 间是不能直接通信 的， 自动 化 技 术 等 ，这 些 先 进 的 技 术 将 与 家 居 生 活 相 关 的各 个 子 系 能器件进行通信 ， 。Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ网络 主 要 定 统 进 行 网 络 化 的 综 合 管 理 。当 前 短 距 离 无 线 通信 技术 发 展 迅 速 ， 并 且 这种 器件 也不 具 备 网络 协 调 者 的 功 能
基于 ZigBee 的智能家居系统设计
基于 ZigBee 的智能家居系统设计随着科技的快速发展，越来越多的人开始关注智能家居系统的设计和实现。
而其中，基于ZigBee 技术的智能家居系统则成为了近年来最具热度的研究方向之一。
本文将详细探讨基于 ZigBee 的智能家居系统的设计和实现。
一、ZigBee 技术简介ZigBee 技术是一种低功耗、近距离、无线通讯技术，它是一种基于 IEEE802.15.4 标准的无线网协议。
ZigBee 技术能够支持多种应用场景，适用于环境监测、医疗保健、智能家居、能源管理等领域。
ZigBee 技术采用了低功耗、低速率的传输方式，具有低成本、低噪声和低干扰的特点。
同时，ZigBee 网络结构简单，有很强的自组织能力，能够让各种设备快速建立通讯。
二、ZigBee 技术在智能家居中的应用智能家居系统是指通过各种网络技术，将家居中传统的电器设备和其他可编程设备进行集成，从而达到自动化控制的目的。
而 ZigBee 技术在智能家居中的应用则包括以下几个方面：1、家庭网络化ZigBee 技术可以帮助实现家庭网络化。
通过 ZigBee 网络，家庭中的各种设备都可以实现互联，实现智能化自动控制。
比如，用户可以通过智能手机控制家中的照明、温度、音乐等设备，从而达到智能控制的目的。
2、安防保护智能家居系统中的安防保护是智能家居最重要的应用之一。
而 ZigBee 技术可以帮助实现安全保护，可以通过智能传感器实时监控家庭的安全情况，当检测到异常情况时进行即时报警，从而保护家庭安全。
3、娱乐化智能家居系统中的娱乐化应用也是很重要的。
通过 ZigBee 技术，用户可以轻松地控制家庭中的音乐、影像等设备，达到家庭娱乐化的目的。
三、基于 ZigBee 的智能家居系统设计在设计基于 ZigBee 的智能家居系统时，应遵循以下设计理念：1、低功耗智能家居系统的常承担着长期、甚至是持续的工作，因此对于功耗的要求极高。
因此在基于 ZigBee 技术的智能家居系统设计中，应注重低功耗、智能化的设计，以延长系统设备的使用寿命。
基于ZigBee的智能家居监测控制系统的设计
基于ZigBee的智能家居监测控制系统的设计一、本文概述随着科技的不断进步和人们生活水平的提高，智能家居的概念逐渐深入人心。
智能家居通过集成先进的通信技术、控制技术、传感器技术等多种技术，实现了家庭环境的智能化管理和控制。
其中，ZigBee 技术作为一种低功耗、低成本、低复杂度的无线通信协议，在智能家居领域具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨基于ZigBee技术的智能家居监测控制系统的设计，旨在为读者提供一个全面、系统的了解，并希望为智能家居领域的发展提供一些有益的参考。
本文首先介绍了ZigBee技术的基本原理和特点，包括其通信机制、网络拓扑结构以及优势等。
然后，文章详细阐述了基于ZigBee 的智能家居监测控制系统的总体设计方案，包括系统架构、硬件选择、软件设计等方面。
接下来，文章将重点介绍系统中的各个功能模块，如环境监测模块、安防监控模块、家电控制模块等，以及它们之间的协同工作机制和实现方法。
本文还将对系统的性能和稳定性进行分析和测试，以验证设计的可行性和有效性。
文章将总结整个设计过程中的经验教训，并对未来的发展方向进行展望。
通过本文的阅读，读者可以深入了解基于ZigBee的智能家居监测控制系统的设计理念、实现方法和应用前景，为相关领域的研究和开发提供有益的参考和借鉴。
二、ZigBee技术概述ZigBee是一种基于IEEE 4标准的低功耗局域网协议，主要用于近距离无线通信。
其名称源自蜜蜂的“ZigZag”舞蹈，寓意着该技术在通信中的灵活性和高效性。
ZigBee技术专为低数据速率、低功耗、低复杂度和低成本的应用场景设计，因此在智能家居监测控制系统中具有广泛的应用前景。
ZigBee技术的核心优势在于其低功耗和低成本。
由于其采用了休眠机制，设备在不进行数据传输时可以进入低功耗的休眠状态，从而显著延长了设备的使用寿命。
ZigBee网络的构建成本相对较低，使得其成为智能家居领域理想的通信协议之一。
在智能家居监测控制系统中，ZigBee技术可以实现设备间的无线连接和数据传输。
基于ZigBee技术的无线智能家居系统研究与设计
络的请求信号，则给发送请求信号的终端节 点回复信 息，然后将 该 终端节点加入所管辖 的网络 范围内，并分配相应的网络地址 。如果 所收到的信号是终端 节点发送过来 的监测数据，则在给终端节点发 送数据的确认信号之 后，就要对数据进行识别和处理，并在规定的
进入 到了一种空闲状态 。终端节点会定期地从空闲状态 中醒来 ，对 相关 的环境信息进行监测，将其监测过程 中所采集到的数据通过无 线发射模块发送给与其相联的汇聚节点 ，如果收到汇聚节点发过来
的确 认 信 息 ，则表 明数 据 发 送 成 功 ，之 后 终 端 节 点 将 再 次 进入 空 闲
先要进行初始化 ，初始化所 完成 的工作类似与上面的汇聚节点 ，然
后 终 端 节 点 开 始 不 断 的 发 出 请求 信 号 ，要 求 加 入 到 某 个 汇 聚 节 点所
创建 的网络 ，只要 终端节 点成功加入网络，就停止发送请求加入 网
络 的报 文 ，并 得 到 一个 汇 聚 节 点 分 配 给 它 的 网络 地 址 ，之 后节 点就
采集 。 若数据 发送不成功 ， 点会再次采集数据并发送给汇聚节 点， 节 直到发送成功为止 。
三 、 结 束 语
和其它短距离通信技术 比较 ，Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ技术具有 明显 的优势，其 近距离 、低成本、低功耗、低速率等特点更加适合于家庭 组网的特
点 。本 文 提 出 了一 套 用 Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ技术 实现 智 能 家 居 系 统 的 设 计 方案 ，
３ 推行媒体通识教育。 ． 鉴于媒体素养教育的重要性以及有效扩 散其广泛影 响， 应该将 其作成为高校大学生人文素质教育的一部分 ，作为通识教育来推行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2019年5月来实现显隐性病毒的有效清除,降低恶性事件发生的可能性。
3结束语总而言之,随着互联网信息技术的快速发展,各种各样的网络安全因素对人们工作生活所造成的影响越来越大,网络信息安全也受到了越来越多人的重视。
并且网络信息拥有应用性与综合性相对较强的特征,其不单单属于一项技术问题,还属于一项管理问题,和方方面面的知识都有着十分密切的联系。
所以,在进行计算机网络信息安全问题预防管理的时候,应该将各项可能对其造成影响的因素都考虑进去,并以此为基础对网络完全体系进行健全完善,这样才可以将其作用更大程度地发挥出来,给人们的工作生活提供更大的便利,进而为中华民族伟大复兴中国梦的实现提供更有力的支持和保障。
参考文献[1]强龙龙.计算机网络安全技术的影响因素分析与防范措施探讨[J].信息与电脑(理论版),2019(03):206-207.[2]马保银,王佳星,罗振邦,刘美宏,刘征,麦麦提阿吉·买买提沙吾提,钱基恒,刘赢赢.计算机网络信息安全中的虚拟专用网络技术运用分析[J].中国新通信,2019(03):74.[3]尚永强.基于计算机网络技术的计算机网络信息安全及其防护策略[J].电子技术与软件工程,2018(24):180-181.[4]张艾玲,姜婧娆.项目教学法在《计算机网络管理与安全》课程的应用探究[J].大连教育学院学报,2018,34(04):61-62.[5]郭军武.涉密计算机信息安全管理体系在测绘行业的设计与实现[J].资源信息与工程,2018,33(06):187-188.[6]公安部检测中心成为“计算机信息系统安全专用产品销售许可”检测机构[J].中国安全防范认证,2017(06):3.收稿日期：2019-4-15作者简介：李长隆,男,湖北潜江人,工程师,硕士研究生,研究方向为信息安全。
基于ZigBee的智能家居系统研究与实现邵羿晗（江苏省南通市如东高级中学，江苏省南通市226400）【摘要】随着社会经济的持续发展和居民生活水平的不断提高，家庭室内智能设备被越来越多地应用于人们的日常生活中，基于物联网和人工智能的综合性智能家居系统应运而生。
智能家居系统主要由各种家居单元、控制系统和通信网络组成。
作为近场通信中的关键技术分类，ZigBee通信技术可以有效提高智能家居系统的信息交换效率，同时有着功耗低、可靠性高的优势。
本文从智能家居的概况和发展讲起，就Zig-Bee技术及其在智能家居系统中的作用进行了分析。
【关键词】智能家居；ZigBee；网络协议；系统架构【中图分类号】TP273.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2019）05-0015-021智能家居概况及其发展1.1智能家居概况进入21世纪以来,信息化社会的发展不断提速,我们的生活已经被各种信息化科技产品所包围,人工智能技术和互联网技术极大改变了人类的生活方式。
在新时代的家居生活中,家居不再只是满足人们休息居住的需求,更多地则是承担着家庭娱乐、信息交互、提高生活质量的功能,人们试图将家庭中的各种家具连接在一起,智能地实时控制整个家居系统。
在这样的市场需求下,智能家居应运而生,其以智能控制、网络通信和传感器技术为平台,在家庭中通过若干传感器收集家庭的环境信息,例如温度、湿度、亮度、声音等,并采集用户的指示,智能调节家庭中各种家居设备,例如空调、窗帘、灯具等。
智能家居完全颠覆了现有的家居生活方式,家居生活不仅变得更加舒适,同时被赋予了更多功能,家庭主人足不出户便可所示访问各种信息,享受各种服务,智能家居将家庭变成了一个个对外的接口,互联网中的所有信息变得触手可及,如图1所示[1]。
智能家居的特点主要有以下几点:(1)家居自动化管理;(2)家居物联网化、信息化;(3)家居信息数字化。
1.2智能家居的发展智能家居起源于20世纪的美国,著名的企业家,微软公司的创始人———比尔·盖茨最早提出了智能家居的概念,当时很多科技企业都纷纷加入智能家居的研发中。
1980年,芯片企业霍尼韦尔公司研发了一种全家庭自主智能控制系统,通过此系统主人可以实时控制家庭中的所有用电器,并且可以对各种电器的属性和工作模式统一进行配置,该系统也被认为是史上首款具有真正智能家居意义的智能系统。
几乎同一年代,美国麻省理工学院研制出一款名为MAVHOME的智能家居系统,该系统对于家庭中电器的常见设置都有备选,可供用户选择各种情景模式,同时功耗很低,但是连接性和扩展性稍显不足,只可连接最多8个设备。
经过几十年的发展和变革,智能家居在全球范围内增长迅速,据统计,截止2108年,美国的智能家居市场规模已接近300亿,同时有超过十万户家庭享受着智能家居带来的便利[2]。
智能家居的发展可以概括为以下的四个重要时期:①20世纪80年代:概念产生期;②21世纪初:产品定型期;③2007-2010年:技术突破期;④2011年至今:融合发展期。
智能图1智能家居示意图通信设计与应用152019年5月家居的前景被很多专家和企业所认同,目前大多数国内外科技企业都在积极布局这一潜力领域,例如美的、海尔、小米、安居宝等。
2智能家居中的ZigBee 技术智能家居系统主要分为感知层、网络层和应用层,其中感知层是若干的传感器,包括温度、湿度、光照、位移等传感器,这些传感器会将大量的信息传输到控制中心,网络层主要实现信息传递的功能,其中ZigBee 就是一种典型的网络层通信技术。
ZigBee 技术是一种使用广泛的近场通信技术,其主要特点是四低,即:低能耗、低成本、低速率、低门槛,同时其也是一种全双工通信技术,足以满足大多数的应用场景[3]。
2.1ZigBee 技术的特点ZigBee 技术之所以广泛应用于智能家居之中,是由于其多种特性。
首先,ZigBee 是一种开源通信协议,没有注册专利,所以在使用ZigBee 技术时不用为其支付高额的专利费,同时ZigBee 的通信协议较为简单,而且兼容了早期的各种通信模式,所以大多数设备都可以使用该种协议,使得ZigBee 技术的应用成本低廉。
另外,ZigBee 的能耗极低,这主要是得益于其自动休眠模式,当对接两设备间通信信号停止时,两端的设备自动进入休眠状态,据测试,大多数ZigBee 设备仅仅通过一节5号电池便可工作1年左右的时间。
其次,短延迟也是ZigBee 的一个重要特征,在设备未启动时,其搜索智能家居设备的延迟不大于30ms ,而当ZigBee 设备已连接后,其通信延迟不大于10ms ,此种特性足以满足智能家居实时控制和快速响应的需求。
最后,ZigBee 协议专门为通信添加了三层通信协议保障,还有防火墙等虚拟设施,使其安全性相比于其他通信方式更好。
正是基于以上的特性,ZigBee 技术越来越多地应用在智能家居网络的构建之中。
2.2ZigBee 网络协议结构ZigBee 协议属于高级通信协议,是基于上世界的IEEE 协会制定的802协议,主要约束了网路的无线协议、通讯协议、安全协议和应用需求等方面的标准,其有效转播速率可以达到300Kbps (千比特率)[4]。
和计算机通信的模式类似,ZigBee 的网络协议是分层结构,自下而上主要由五层结构构成,其中包括用户层,ZigBee 联盟和IEEE802.15.4协议,如图2所示。
3基于ZigBee 的智能家居实现形式3.1ZigBee 智能家居网关架构智能家居的功能需求主要有灯光控制、门窗控制、远程报警、温湿度监控和视频监控等组成,无论是哪一种系统需求,都需要传感器将信息传递至网关,然后由网关同意传输到智能控制系统,最后指挥执行器完成各种任务。
根据智能家居的功能需求,ZigBee 网关与物联网结合,其主要控制设备有以下几种:手机APP 、平板电脑、桌面级电脑、智能控制器、单一功能开关等,当智能家居的成员需要工作时,由控制设备发出信号,信号由TCP/IP 网络传输至互联网(当用户不在智能家居网络中时,传输至互联网,当用户链接至本地智能家居网络时,数据传输至局域网),然后,信号需要接入家庭的物联网平台进行处理,最后物联网和各应用设备之间的通信通过Zig 鄄Bee 网关实现。
根据以上的理论分析,可以得出基于ZigBee 的智能家居网络架构,如图3所示。
3.2ZigBee 智能家居网络设计此架构中,关键点是物联网和下层的执行设备、传感器之间的通信,也就是ZigBee 网关,主要涉及到局域网络网关服务器搭建和网络远程访问技术等。
如图3所示的通信架构在转换过程中,ZigBee 需要先对所发送数据打包,形成协议数据包(此数据包的底层封装依赖于TCP/IP 协议),所以物联网在对上层通信时,只需要将ZigBee 协议去除,就可以直接传递给上层网络[5]。
此系统的运转依赖于大量的硬件,其中主要硬件设计需要注意以下几点:(1)ZigBee 协议的硬件适配性。
前面提到,ZigBee 设备具有很好的网络兼容性,此时则需要考虑物联网和上层网络的通信适配,使得系统软硬件相互兼容,通信可以有序进行;(2)ZigBee 网络协议和设备API 对接,此要求主要是为了满足传感器的多样性,通过统一接口和复用接口,使得用户可以轻松扩展传感器和更多设备;(3)系统的及时更新。
物联网和互联网的发展迅速,很多标准和通信协议几乎每年都在发生变化,不论是网关还是各种通信网卡,其中的通信系统软件都必须及时更新。
4结束语智能家居的时代已经到来,如果将智能家居比作人体,那么网络通信则是智能家居的神经和血管,担负着不可或缺的作用。
基于ZigBee 技术的智能家居网络,层次结构分明,开发难度低,稳定性强,同时能够在低成本的情况下满足绝大多数设备的接入需求。
在未来,ZigBee 将继续迭代,同时不断兼容其他网络协议,通过网络间的互联互通互融,构建更加便捷和高效的智能家居网络。
参考文献[1]韩文理.基于4G 网络新型智能家居远程监控系统的研究[J].电子设计工程,2018,26(10):96-100.[2]邵俊嘉.基于移动通信网络的智能家居通信设计[J].数字通信世界,2018,No.160(4):63+65.[3]冯春卫.基于ZigBee 协议的果园环境信息远程监测系统[J].电子设计工程,2017,25(16):112-116.[4]戴振华.基于Zigbee 协议的农业温湿度数据采集系统开发[J].湖南科技学院学报,2017,38(6).[5]尹航,张奇松,程志林.基于ZigBee 无线网络的温湿度监测系统[J].机电工程,2008,25(11):20-23.收稿日期：2019-4-6图2ZigBee网络协议层次图图3基于ZigBee 的智能家居网络架构通信设计与应用16。