試論ZigBee技術(shù)在我國(guó)智能化家居中的應(yīng)用

劉陽(yáng)

【摘要】 作為一種新型的無(wú)線短距離通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)不僅具有較低的速率，還具有超低的功率，因而十分適合用于進(jìn)行家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，因而同我國(guó)智能化家居現(xiàn)狀具有高度的匹配性。因此，本文重點(diǎn)就其在我國(guó)智能化家居中的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】 ZigBee技術(shù) 智能化家居 應(yīng)用

隨著我國(guó)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線短距離通信技術(shù)已成為該領(lǐng)域中熱點(diǎn)之一。由于ZigBee技術(shù)具有成本低的特點(diǎn)，因而可將管線的設(shè)計(jì)、施工、安裝以及維護(hù)環(huán)節(jié)的成本都省去。且此技術(shù)采用了成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因而無(wú)論對(duì)于進(jìn)口產(chǎn)品還是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品而言，根本不用擔(dān)心其會(huì)被淘汰及其不可靠性。此外，由于智能化家居系統(tǒng)容量較大，因此有需要時(shí)還可以進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展及修改，因而ZigBee技術(shù)同我國(guó)智能化家居現(xiàn)狀具有高度的匹配性。

一、基于ZigBee技術(shù)的智能化家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括了紅外遙控解碼及控制模塊、人機(jī)交互界面、ZigBee模塊以及以太網(wǎng)-串口模塊等。其中，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是由包括臺(tái)燈、墻壁燈、電視、吸頂燈、窗簾、音響、空調(diào)、燈光以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所構(gòu)成。系統(tǒng)的處理流程如下：由CC2430進(jìn)行網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的組建，電器開關(guān)狀態(tài)可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自由傳輸，再通過協(xié)調(diào)器送入網(wǎng)關(guān)，通過以太網(wǎng)可使遠(yuǎn)程用戶的界面端對(duì)家中的電器情況進(jìn)行真實(shí)的反映。紅外遙控解碼及控制模塊主要通過紅外遙控器進(jìn)行脈沖的發(fā)送、解碼，并進(jìn)行響應(yīng)，控制端針對(duì)遠(yuǎn)程用戶所發(fā)出的控制命令可經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行判斷及響應(yīng)，從而對(duì)家中電器進(jìn)行開閉選擇。

二、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

對(duì)于紅外遙控解碼及控制模塊而言，其首先針對(duì)命令進(jìn)行遙控器的解碼及操作，系統(tǒng)選用的是SAA3010T型的紅外遙控器，因而可分析脈沖碼字中的起始碼、系統(tǒng)碼、控制碼以及數(shù)據(jù)碼等，并對(duì)具體的鍵值以及開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行確定。電器開關(guān)的控制通過AT89S51單片機(jī)P1.0口進(jìn)行固態(tài)繼電器開關(guān)的控制而實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于客廳吊燈而言，則采用單片機(jī)的延時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的調(diào)節(jié)。

對(duì)于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)而言，所使用的ZigBee芯片為CC2430，其可以滿足2.4GHz波段對(duì)于低成本及功耗等方面的要求。系統(tǒng)通過八個(gè)節(jié)點(diǎn)與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

以太網(wǎng)—串口模塊采用的是16位微處理器MC9S12NE64芯片，其可以兼容第三方TCP/IP 協(xié)議棧，因此實(shí)現(xiàn)了單芯片以太網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)。此芯片內(nèi)置有以太網(wǎng)的媒體訪問控制器、片內(nèi)內(nèi)存存儲(chǔ)器以及以太網(wǎng)物理層，因而實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的低層通信過程，片內(nèi)具有8K RAM，因而確保了OpenTCP具有足夠的空間得以實(shí)現(xiàn)，因而編程后極易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在太網(wǎng)同串口間的轉(zhuǎn)換。

三、OpenTCP與ZigBee協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用效率較高的OpenTCP協(xié)議棧來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，此協(xié)議層次包括物理層、網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層及應(yīng)用層五層，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)同串口間數(shù)據(jù)的傳輸，并刪去了應(yīng)用層部分，僅留下了通信所需協(xié)議，例如 ARP、TCP以及IP三大協(xié)議等，因而大大簡(jiǎn)化了此協(xié)議及其總體開銷。而ZigBee協(xié)議棧主要包括了物理層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入控制層以及應(yīng)用層等，核心在于網(wǎng)絡(luò)層，其可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的加入，并通過路由進(jìn)行數(shù)據(jù)的查找和傳送，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，以便對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)進(jìn)行維護(hù)。

四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

對(duì)于MC9S12NE64而言，其程序的設(shè)計(jì)流程如下：上電后先進(jìn)行初始化并處于連接等待的狀態(tài)中，若此時(shí)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包送至交互工具時(shí)會(huì)導(dǎo)致以太網(wǎng)接收發(fā)生一次中斷。通過NE64調(diào)用協(xié)議棧進(jìn)行解包，并將數(shù)據(jù)通過SCI送至串口，若其接收到了串口的數(shù)據(jù)時(shí)，NE64會(huì)先進(jìn)行協(xié)議棧的調(diào)用，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，而后再將數(shù)據(jù)送至以太網(wǎng)的緩沖區(qū)中。

對(duì)于人機(jī)交互界面而言，其設(shè)計(jì)目標(biāo)即實(shí)現(xiàn)用戶家中電氣的遠(yuǎn)程及家中控制，可將電器狀態(tài)真實(shí)地反映于遠(yuǎn)程用戶的界面之上。對(duì)于用戶的界面而言，其主要負(fù)責(zé)進(jìn)行UDP或IP數(shù)據(jù)包的接收及發(fā)送，以便有效實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)間的通信過程，從而對(duì)家中電氣進(jìn)行控制。界面設(shè)計(jì)語(yǔ)言為Visual Basic編程語(yǔ)言，其可借助于Winsock控件來(lái)實(shí)現(xiàn)Socket套接字同Internet之間的通信，此外，界面中還設(shè)置了遙控、時(shí)間、調(diào)光以及設(shè)置密碼等多種功能。

五、結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部以及遠(yuǎn)程通信過程，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程科學(xué)合理，且便于進(jìn)一步擴(kuò)展，價(jià)格也十分低廉，因而是一種十分有效的解決方案，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 韓雙雙，陳萬(wàn)忠，劉富. 基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的針灸穴位識(shí)別與訓(xùn)練系統(tǒng)[J]. 應(yīng)用科技，2010（7）：34-38.

[2] 葛曉宇，王慶輝，魏立峰. ZigBee技術(shù)及其在礦山中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2012（5）：44-45.