ZigBee短程無線通訊技術在智能家居系統中的應用

伍云

【摘要】ZigBee作為當代科技發展的產物，主要是一種短距離的無線通信技術，主要用于互聯網技術，在家庭的無線組網中應用的比較廣泛，本文在結合ZigBee短程無線通訊技術的自身特點和在家庭互聯網的使用過程中出現的問題和狀況，探討出ZigBee短程無線通訊技術在職能家居系統中的應用方面的幾個觀點。

【關鍵詞】ZigBee無線通訊智能家居

ZigBee短程無線通訊智能家居系統的主要功能就是讓家庭中的所有通訊設備、家庭安裝的裝置以及家用電器等，通過網絡技術來實現在家庭智能平臺上的連接，從而為家庭居住提供一個舒適、便利和安全的環境。智能家居就是在利用先進的計算機和通信等高科技技術的基礎之上，結合我們日常家居生活中的各種系統進行有機的結合，讓過去的被動靜止的家居結構變為智能的統一整體，為家庭提供更加方便的服務，也增強了家庭與外界溝通的交流的能力。而ZigBee短程無線通訊技術智能家居在一定程度上比較重視居住環境與人之間的協調性能，因此在結合人的主觀性上會做出及時調節室內的環境，讓它能夠更好地將家庭環境與各種影響分子進行有機化的智能調節。

一、ZigBee短程無線通訊技術的優越性能

ZigBee短程無線通訊技術在很大程度上實現了家庭內部環境各種系統進行調節和管理，在平常的智能家居系統中，各個分系統所采用的都是綜合布線的方式，由于綜合布線本身步驟的繁雜和局限性造成必須在布線之前進行系統的規劃，這在一定程度上加大了工作量，也讓布線格局一旦形成，就很難更改，而ZigBee短程無線通訊技術系統卻能將家庭各種設備經無線通訊技術加以連接，實現了對智能家居系統科學有效地控制。其本身還具有自動愈合、自動配置、抗干擾能力強和消耗小價格低等優越性。在簡化了協議后，每塊內部芯片只需要2美元就能買到，ZigBee短程無線通訊技術還使用了安全設定、高級加密等技術為短程無線通訊技術提供了三級保護的安全模式。用較為靈活的性能實現了對安全屬性的保護。

二、ZigBee短程無線通訊技術總體結構分析

ZigBee短程無線通訊技術作為一種特殊的網絡拓撲技術，利用的是嵌入式的控制技術，在智能家居完成各個終端的環境數據采集后，進一步進行協調和調控，而各個智能家居的“終端設備”又是有著智能傳感器功能的設備，ZigBee短程無線通訊技術上的無線通訊電路的設計是依靠MSP430F1491單片機來完成控制的指令解析的，并通過SPI總線路來對無線射頻芯片進行控制和操作。印制電路板的設計原理對于無線射頻的整體電路有著非常大的影響，設計中，我們需要考慮的是盡量避免各種電磁對線路的干擾，電阻、電容以及電感的各個位置，對于電容的位置，加強注意力。PCB的底層一般不會放置什么元件，但是頂層和底層的空余地方，需要敷上一層銅。我們還要保證直流電源和電源的濾波電容量盡可能地靠近VDD的引腳部位，供電的電源要通過濾波電容來實現接地。在ZigBee的地址分配模式中，所有的ZigBee設備都會有一個64bit的地址，這也是世界上唯一存在的設備地址，需要z聯盟的分配和許可才會有效。它的地址模式主要有兩個，首先在點對點的拓撲過程中，可以直接采用源/目的地址，這種源/目地分配模式，可以讓每一個ZigBee網絡的協調器同時支持65535個設備，多個協調器直接也可以相互進行連接，讓整個網絡的規模更加強大。星型的拓撲方式則采取的是用網絡號加上設備標識。對于智能家居中的網絡拓撲方式的選擇，甚至可以決定整個網絡的成本、特點以及實現的功能。一般在家庭這種小型的局域網中采取的是星型的網絡拓撲結構，這種結構較為簡易，容易管理并且成本較為低廉，但是整體結構和功能對中心節點的依賴程度比較高，一旦中心節點出現任何問題，就會導致整體網絡癱瘓。家庭內部的網絡連接距離一般在100m之內，這種短距離的連接方式讓電器的位置容易發生改變，并且信息傳送主要也就是集中在家庭網關和其他終端之間，ZigBee的技術傳輸距離一般都在150m左右，因此它完全滿足了智能家居系統中的網絡連接。

三、應用ZigBee短程無線通訊技術的智能家居系統

遠程的控制界面通過因特網來實現對家庭網關的控制，而家庭網關中的ZigBee短程無線通訊技術網絡和終端節點的家電網絡以及終端節點的傳感器網絡一起對外網和內網產生作用。而對于ZigBee短程無線通訊技術的射頻電路，信號線的寬度、走向若存在任何不合理的設計現象時，會對信號傳輸線造成交叉干擾，因此，在設計過程中一定要綜合考慮各種線路的走向，科學合理地進行布線。而電源線要盡可能的寬闊，用來減少環路的電阻，為了提高整體系統的抗干擾能力，也要盡量做到讓地線、電源線以及信號線走向一致。對于那些不能夠相容的信號線路，盡量做到遠離，不要出現平行布線的現象。對于 ZigBee短程無線通訊技術中的PCB設計，地線和電源線做到正確的布線更顯得尤為重要，在數字區和模擬區間盡量用電線來隔離，模擬地和數字地還需要加以分離，最后共同連接于電源地。對與電路還需要分離，在設計期間，為各個電路的模塊設置一個共同的點位參考點，這樣就能讓信號實現在不同的模塊之間進行傳輸，最后匯總到總地線中。在軟件設計中，OSAL實現任務調度需要對任務的時間來進行觸發，在某一個事件產生后，包含這個事件的任務事件屬性就會自動設置為相對應的事件編號，這樣事件調度就會進而調用相對應的處理任務的程序，ZigBee短程無線通訊技術的通訊部分會通過其他的時間來向系統總部發送ZigBee通訊請求，從而實現觸發。往往這種請求通信采用的都是KVP的格式，這種格式在ZigBee協議中是提前定義好的，操作也相對簡單，只需要調用相對應的信息發送函數就行了。在ZigBee短程無線通訊技術系統的通訊過程中，我們還可以考慮的通訊方式還有直接發送或者通過綁定來建立間接性的通訊，需要注意的地方是，IEEE地址不能作為參數來進行直接通訊，它需要通過調用API的網絡函數查出其對應網絡段的地址來加以組合成函數，從而來實現網絡各個節點之間的通訊功能。在這個系統中，家庭網關是核心和靈魂。通過外接的ZigBee短程無線收發模塊來實現對區域網之外的傳感器和家電的控制。而其主要功能是用來實現外部網絡和家庭網絡的連接，從而達到遠程控制的目的。我們所定義的家庭網絡內部是用ZigBee技術來實現連接的，因此，不需要考慮內部不同協議之間的相互轉換。射頻收發模塊和傳感器或者受控中斷共同來構成終端節點的單元，該系統中的終端傳感或者受控單元通過對周圍環境中的濕度和溫度等數據的采集來實現各種調控。終端節點設備要比家庭網關的功能簡單很多，它只負責接受或者發送數據，控制執行機構，對終端設備進行自身管理等等。因此在這些功能的基礎上，我們可以使用那些集成度相對較高或者價格比較便宜的控制芯片。

四、結語

ZigBee短程無線通訊技術在智能家居系統中的應用在一定程度上不僅彌補了無線通信市場中成本低、功率低以及速度低等空缺，還在可用范圍之內，大大實現了對智能家居系統中各個子系統的控制和調配，它在利用先進的各種通訊技術或者布線技術的基礎之上，通過對家具系統整體環境的分析后，實現了對整個智能家居系統的控制，不僅僅讓所有家居終端設備使用科學、方便和靈活，還讓我們的家居環境更加舒適、安全。該項技術由于不需要布線、成本低廉和擴展相對便捷等特點，因而更容易讓人們接受。ZigBee短程無線通訊技術在智能家居系統中的應用技術并不是靠個人或者一部分人的探索就能夠成熟起來的，它需要我們所有人一起努力。

參考文獻

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