基于ZigBee无线通信的智能家居系统设计
基于ZigBee技术的智能家居系统
基于ZigBee技术的智能家居系统吴海军;吴伯农;杨芬【摘要】为了满足手机短信远程控制家电设备的需要,应用GR64和CC2430为核心开发了一种基于无线传感器网络的智能化短信远程控制系统.系统硬件部分主要由短信(SMS)收发模块、红外收发模块、微处理器模块、存储模块和供电模块等组成；软件部分给出了ZigBee无线通信协议的工作原理、家庭网关的设计流程.试验表明,该系统具有良好的可扩展性、低成本、低功耗、低延时、低复杂度等特点,在智能家居系统中具有广阔的应用前景.%To meet the need of SMS remote controlling household appliances, an intelligent SMS remote controlling system by using SMS transceiver module GR64 and microcontrollerCC2430 was developed based on wireless sensor network. The hardware and software of the system are introduced, and the test results are given. The system hardware has many functions, such as SMS transceiver, infrared transceiver, microprocessor module, nonvolatile memory module and power supply module. The flow chart and home gateway are given based on ZigBee protocol. The experiment shows that the system has characteristics of good expansibility, low cost, low power consumption, low latency, low complexity and so on, which also has a wide range of application prospects in smart home.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)015【总页数】4页(P43-46)【关键词】智能家居;家庭网关;红外线通信;SMS;ZigBee;GR64;CC2430【作者】吴海军;吴伯农;杨芬【作者单位】北方工业大学,北京 100144;北方工业大学,北京 100144;北方工业大学,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TN915-340 引言智能家居(Smart Home)又称智能住宅。
基于ZigBee的智能家居实训系统设计
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一
基 ￣Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的智 能 家居 实训 系统 设计
江苏省扬州商务高等职业 学校 周雄庆
【 摘要 】 随 着 物 联 网技 术 在 智 能 家居 行 业 中 的应 用 越 来越 广 ， 为 了满 足 社 会 对 人 才 的 需 求 量 越 来 越 大 ，智 能家 居 实 训 系统 对 学 生在 校 实 践起 到 了 重 要 的作 用 。 本 文 介 绍 了智 能 家 居 的 基 本 概 念 ， 给 出 了智 能 家居 实 训 系 统 的设 计 方 案 ，选 取 了Ｓ ３ Ｃ ６ ４ １ ０ ￣ 为 本 系 统 的 处 理器 ，ｚｌ ｇ Ｂｅ ｃ 作 为 无 线 通 信 技 术 ，Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ ￣ ￣ 为 芯 片 搭 建 无 线
通信模块。
【 关键 词 】ｚｉ ｇ ＢＣ Ｃ ；智 能 家 居 实 训 系 统 ；Ｃ Ｃ２ ５ ３ ０
这 些 节 点 模 块 包 括 了传 感 器 、 执 行 器 和 通 信 模 块 。 各 个 节 点 模 块 将 各 自采 集 的信 息 经 过 筑 、 网络 通 信 、 信 息 家 电 、 设 备 自动 化 ，集 处理 之 后 通 过 家 庭 控 制 子 网 传 输 到 家 庭 控 制 系 统 、结 构 、 服 务 、管 理 为一 体 的 高 效 、舒 中 心 ， 家 庭 控 制 中 心 将 信 息 上 传 到 家 庭 网 适 、 安 全 、 便 利 、 环 保 的居 住 环 境 。 它 是 通 关 ， 家 庭 网 关 响 应 用户 远 程 提 交 的查 询 指 令 过 采 用 先进 的 计 算 机 、通 信 、 布 线 和 控 制 技 通过 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ￣ ＃ 结 果 反 馈 到 用 户 手 中 的 移 动 术 ，建 立 一 个 由 家 庭 安 全 防护 、 网 络 服 务 和 终 端 之 上 。用 广 的 控 制 指 令 按 照 相 同 的 路 径 家 庭 自动 控 制 等 系 统 组 成 的家 庭 综 合 服 务 与 传 输 给 节 点 模 块 执 行 设 定 操 作 。 管理集成系 统，从而实现全面 的安全防护 、 本 系 统 实现 对 物 联 网 三 层 （ 感 知 层 ， 网 便利的通信 网络以及舒适 的居住 环境的家庭 络层 ，应用层 ）的全方 位技术运用 ，比较全 住宅。 面 的兼顾 了物联 网所涉 及的各类技术 ，包括 二 、Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 简 介 无线 传 感 器 硬 件 、 嵌入 式 软 件 系 统 、ｗ ｉ ｆ ｉ 、 ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 是 一 种 重 要 的 短 距 离 、 能 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 端 应 用 软 件 开 发 教 学 ，设 计 提 供 了 实 现 双 向 无 线 通 信 的 技 术 ， 由 于 它 具 有 低 智能 家 居 多 个 子 系 统 的应 用 实 训 。 成 本 、低 速 率 、 低 功 耗 、 低 复 杂 度 这 些 特 系 统 提 供 了 功 能 强 大 的 以Ａ Ｒ Ｍ 处 理 器 为 点 ，通 常 被 用 于 自动 控 制 和 远 程 控 制 领 域 。 内 核 的 网 关 硬 件 和 自 主 研 发 的 网 关 核 心 软 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协 议 框 架 结 构 主 要 包 括 物 理 层 、媒 体 件 ， 不 仅 能 完 成 多 种 无 线 网 络 管 理 ，传 感 器 访 问控 制 层 、 网 络 层 、安 全 服 务 层 、 应 用 层 和 射 频 识 别 信 息 处 理 ， 而 且 可 以通 过 不 同 无 等五个部分。 线 和 有 线 网 络 路 径 ，将 数 据 传 输 到上 位 机 管 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 自组 网 的 网络 拓 扑 结 构 主 理 平 台 ， 并 存 入 数 据 库 ，支 持 远 程 访 问， 并 要 有 星 型 、 树 型 和 网状 三 种 ， 在 组 网 时 可 以 运 用 虚 拟 技 术 仿 真 智 能 家 居 场 景 及 设 备 解 决 根 据 项 目 自身 的 实 际需 要 来选 择 其 中一 种 或 场地 及 设备 制 约 因素 。 多 种 网络 拓 扑 结 构 。与 普 通 网 络 一 样 ，每 个 （ 三 ） 系统 详 细 设 计 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 网 络 至 少 有 一 个 类 似 于 路 由器 功 能 的 系统主要包 括Ａ Ｒ Ｍ Ｉ ｌ 处 理器￥ ３ Ｃ ６ ４ １ Ｏ 和 器 件 一 一 协 调 器 ， 和 若 干 个 终 端 节 点 ，这 样 ｚ ｉ 曲ｅ ｅ 模 块 组 成 的 家 庭 网关 、无 线 路 由器 、 就 能 建 立 网 络 并对 网 络施 行 协调 功 能 。 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 终 端 设 备 （ 如红 外 探 测 器 、 门磁 开 关 三、智能家居 实训系统设计 和火 灾 探 测器 和 烟 感 燃 气探 测 器 等） 。 （ 一 ） 系 统 功 能 需 求 系统 的 内部 结 构 呈 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 星 型 网 络 结 根 据 实 现 原 理 及 功 能 来 划 分 ，共 包 含 智 构 ， 由传 感 器 获 取 的 相 关 数 据 以及 各 种 电器 能 网关板 、Ｌ Ｅ Ｄ 灯 光 控 制 板 、 轻 触 开 关 控 制 状 态 的 信 息 ，从 终 端 节 点 模 块 传 送 至 家 庭 网 板 、４ ８ ５ 信号控 制板 、温湿度 光敏采 集板 、 关 ， 用 户 和 家 庭 网 关 链 接 到 同 一 个 无 线 路 由 报 警 监 测控 制 板 、节 点 配 置模 块 、窗 磁 报 警 器 ， 这 样 用 户 就 可 以通 过 ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 用 户 界 面 器 控 制 板 等 八 种 。系 统 通 过 物 联 网应 用 上位 管 理 家 中 电器 状 态 。 机 管 理 软 件 可 实 现 智 能 照 明 、 智 能 安 防 、 人 １ ． 系统主控制器 脸 识 别 门 禁 、 智 能 音 响 、 智 能 冰 箱 、 能 耗 监 智 能 家 居 主 控 制 器 接 收 由 协 调 器 传 输 来 测 、环 境 监 测 、智 能 窗 帘 等 子 系 统 的 功 能 。 的 各 类 传 感 器返 回 的 状 态 信 息 ， 通 过 事 先 由 （ 二 ）系 统 总 体 设 计 用 户 设 定 好 的 各 个 指 标 如 温 度 、 湿 度 、光 照 智 能 家 居 实 训 系 统 是 以Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 为 基 条 件 等 信 息 的 阈 值 进 行 综 合 智 能 判 断 ，并 采 础 ， 综 合 网 线 网 络 通 信 技 术 、 建 立 起 来 的 一 取 对 应 的 控 制 措施 发 出各 类 家 电控 制指 令 。 套 完 整 的 家 居 控 制 系 统 。 本 系 统 需要 在 家 居 家庭 网关是 以Ａ Ｒ Ｍ Ｉ １ 处理 器为核 心开发 设备之 上安装与之功能相 对应的节点模块 ， 的 ， 管 理 整 个 系 统 的 终 端 节 点 。 实 训 系 统 中
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技术的智能家居系统的设计
基于ZigBee技术的智能家居系统的设计一、本文概述随着科技的飞速发展和人们生活品质的提高，智能家居系统已经成为现代家居生活的重要组成部分。
其中，ZigBee技术作为一种低功耗、低成本、低数据速率的无线通信技术，在智能家居领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨基于ZigBee技术的智能家居系统的设计，包括其基本原理、系统架构、功能模块、硬件选择以及软件设计等方面。
通过深入研究和分析，我们将提供一种高效、稳定、可靠的智能家居系统设计方案，以满足用户对智能家居的需求，提升生活品质。
本文将首先介绍ZigBee技术的基本原理和特点，阐述其在智能家居系统中的应用优势。
接着，我们将详细介绍基于ZigBee技术的智能家居系统的整体架构，包括各个功能模块的作用和相互之间的通信机制。
在此基础上，我们将重点讨论系统的硬件选择和软件设计，包括传感器节点的设计、网络通信协议的实现以及用户界面的开发等。
我们将对系统进行测试和评估，以验证其性能和稳定性。
通过本文的研究和讨论，我们期望能够为智能家居系统的设计提供有益的参考和指导，推动智能家居技术的进一步发展。
我们也希望能够激发更多人对智能家居领域的兴趣和热情，共同推动智能家居产业的繁荣和发展。
二、ZigBee技术原理及其应用ZigBee技术是一种基于IEEE 4无线标准的低功耗局域网协议，专为低数据速率、低功耗和低成本的应用场景设计。
它采用星型、树型或网状拓扑结构，具有自组织、自愈合的特点，能够在设备之间实现可靠的数据传输。
ZigBee技术的主要特点包括低功耗、低成本、低数据速率、高可靠性、高安全性和良好的网络扩展性。
在智能家居系统中，ZigBee技术被广泛应用于各种智能设备之间的通信和控制。
例如，通过ZigBee技术，智能照明系统可以实现远程控制、定时开关、场景设置等功能；智能安防系统可以实现门窗传感器的实时监控、报警推送等功能；智能环境监测系统可以实现温度、湿度、空气质量等环境参数的实时采集和传输。
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计一、系统架构设计智能家居系统的架构主要包括传感器、控制器、通讯模块和远程控制终端。
传感器主要用于采集家居环境数据，如温湿度、光照等，控制器用于处理传感器数据，并控制家居设备的开关，通讯模块用于与远程控制终端进行通讯，远程控制终端则是用户通过手机或电脑控制家居设备的界面。
在基于Zigbee无线网络的智能家居系统中，传感器和控制器采用Zigbee模块进行通讯，通讯模块则将数据传输到互联网上，远程控制终端通过互联网与通讯模块进行通讯，以实现远程控制家居设备。
整个系统架构如下图所示：[示意图]二、传感器设计1. 温湿度传感器：采用Zigbee无线模块，实时采集室内温湿度数据，并通过Zigbee 协议传输到控制器。
2. 光照传感器：采用Zigbee无线模块，实时采集室内光照强度数据，并通过Zigbee 协议传输到控制器。
3. 人体感应传感器：采用Zigbee无线模块，检测室内是否有人活动，并通过Zigbee 协议传输到控制器。
三、控制器设计控制器是智能家居系统的核心部件，负责接收传感器数据，进行数据处理，并控制家居设备的开关。
控制器的主要功能包括以下几个方面：1. 数据处理：接收传感器采集的数据，并进行处理，例如根据温湿度数据自动调节空调温度，或根据光照强度数据控制窗帘开合。
2. 设备控制：根据用户的指令或自动化算法，控制家居设备的开关，如灯光、空调、窗帘等。
3. Zigbee通讯：与传感器和通讯模块进行Zigbee通讯，以实现数据的收发和控制指令的传输。
四、通讯模块设计通讯模块是连接智能家居系统和互联网的桥梁，负责将数据传输到互联网上，以实现远程控制和监控。
通讯模块的主要功能包括以下几个方面：1. Zigbee通讯：与控制器和传感器进行Zigbee通讯，实现数据传输和控制指令的传递。
2. 互联网通讯：通过WiFi或以太网等方式，将数据传输到互联网上，实现远程控制的功能。
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ARM9和ZigBee的智能家居系统的设计
图 １ 智 能 家 居 总 体 结 构 框 图
１ 系 统 总体 方 案
智能家 居网络 的总体 结构可 以划分 为外部 网 、 家
庭 网关 和 内部 网 ３个部 分 外部 网可 以是小 区局 域 网 、 线 电视 网 、 有 电话 网和 Ｉｔ３ ｔ ． ｎｅｑ 等 大多采 用 比较 １ｅ
成 熟 的 技 术 内 部 网则 是 用 于 互 连 家 庭 内 部 各 种 家 电
２ 硬 件 设 计
２ １ ｉＢｅ 技 术 ． Ｚ ￣ ｅ
Ｚｇ ｅ ｉ ｅ是一种新 兴的近距 离 、 复杂度 、 功耗 、 Ｂ 低 低
低数据 速率 、 成本的 无线 网络 技术 Ｚｇ 采 用 自 低 ｉ Ｂ 组织（ ｄ ｈ ｃ方式 组 网． Ａ — ｏ） 这种 构架 被称 为无 基础 构 架 的无 线 局域 网ｆ ｄＨｏ＇ ｒｌｓ Ｌ Ｎ ， 种 架 构 对 网 Ａ ｃＷｉ ｅｓ Ａ ） ｅ 这 络 内部 的设备数 量不加 限制． 并可 随时建 立无线 通信
的一个终 端 各节 点之间相互 独立 ． 某一个 节点 出现 故障 时不 影响到其他 节点 的运行 家庭 网关是连接 家 庭 内部 网和外部 网 的网络 连接设备 ． 内部 网接人 外 将
部 网， 为外部 网络提 供对家庭 内部联 网设 备 的控制 功
同 现 能 ； 时 家 庭 网关 允 许 家 庭 内 部 可 以采 用 不 的 联 网 代 技术， 由于我们定 义 的家庭 内部网络 只采用 Ｚｇ ｅ 但 ｉ ｅ Ｂ
计 技术 进行无线 连接 ， 所以我们 不需要考 虑家庭 内部 网 算 络 不 同协 议 的 转 换 机
＾
智 能家居 系统的 总体结 构框 图如图 １所示
总 第