ZigBee通信技術在智能家居建筑中的應用

祁憧憬

摘 要：簡要介紹了ZigBee技術的作用及相關類型，分析了ZicBee技術的特性和性能，通過各種傳感器等電子產品將其應用于智能家居建筑中。ZigBee通信協議在家用電器和電子設備得以應用，它把元素都聯系在一起，組成同一個網絡。ZigBee通信協議所具備的低功耗無線短距控制網絡滿足了智能化家居控制對通信系統的要求，它實現了簡單化和便捷化，更換開關便能實現使用，即節約能源又保障安全，使得智能化家居控制更貼心、舒心和放心。

關鍵詞：ZigBee 電子產品 智能家居建筑 智能控制

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0197-02

由于信息和網絡技術日益進入人們的生活，人們正在追求生活細節的簡單化，向往生活智能化，盼望在家居建筑中都能置入智能化程序，享受“一鍵”式的簡單生活操作。因此，智能家居等概念被很快推廣，特別是各種新研究成果在智能家居控制中不斷得到應用，ZigBee通信技術便是其中非常重要的一種。家庭中那些獨立的家用電器利用ZigBee通信協議組成了一個統一完善的系統，在此基礎上利用現代互聯網技術對家用電器等設備進行遠程開關調節控制，從而便捷地對各種家用電器電子設備實現了最終操作。

1 ZigBee技術概述

ZigBee屬于一種局域網通信協議，它基IEEE 802.15.4的標準。ZigBee又叫做紫蜂協議，它源自蜜蜂特有的八字舞，蜜蜂（即bee）之間傳遞花粉所在位置地址信息是靠飛翔和“嗡嗡”（即zig）地擺動翅膀的“舞蹈”動作實現的，這樣便構成了蜜蜂群體中的通信網絡。ZigBee是一種價格低距離短功耗少的無線網絡技術。ZigBee協議由下至上分別為物理層、媒體訪問控制層、傳輸層、網絡層和應用層。智能家居中的各種照明、抄表系統、安防系統、傳感器、門禁系統和其他信號傳輸的數據量還是比較小的，沒有必要采用具備過大傳輸速率的通信協議，只要求可靠性強、容量大、低功耗、實時性和自組織性強。綜合上述要求及相關特點，ZigBee技術是滿足智能家居控制最合適的選擇。

2 ZigBee通信協議的特點與性能

2.1 ZigBee通信協議的特點

功耗較低；容量大；距離短；成本較低；時延短；速率低；免執照頻段；安全性強。

2.2 ZigBee技術在智能家居建筑中的性能

第一，可靠穩定。ZigBee在物理層采用了通信中的擴頻技術，抵抗其他信號的干擾。MAC應用層具備應答重傳的特殊功能和CSMA機制，它在節點發送之前先進行掃描，并且監聽信道，達到了避開不良干擾的效果，當ZigBee網絡因受到其他信號的干擾而使相關受干擾信道無法正常工作時，網絡會自動動態的切換到其他工作信道上，是可靠穩定的建筑智能化中不可或缺的通信技術。第二，ZigBee節能性高。能耗特性是ZigBee協議的一個顯著技術優勢，一般來講基于ZigBee技術的應用數據傳輸速率較低，當不需進行智能控制通信時，ZigBee節點也不工作，其處在休眠狀態，它的節能性展現出來，此時耗能僅有正常完全工作狀態下的千分之一。在大多數情況下，節點的休眠狀態時間占了總時間的大部分，因此，達到很強的節能效果。

3 基于ZigBee協議的組網技術

有三種功能設備的應用是基于ZigBee技術：一是網絡協調器。二是網絡路由器。三是網絡終端設備。前兩種屬于全功能設備（即FFD），后面一種則屬于簡化功能設備（即RFD）。ZigBee網絡有三種網絡拓撲結構，即星型網、網狀網和樹型網。它們都需要至少一個全功能設備作為網絡協調器實現通信。ZigBee運用了動態和自主的路由協議，它基于AODV路由技術，其終端節點從不執行任何路由協議。終端節點若要向任意一個設備傳輸數據，設備向其父設備發送加入請求，經過父節點的同意后以自己的名義完成執行路由。不論哪個設備給終端節點傳送數據，終端節點的上層父節點都以其自己名義回應。

4 ZigBee系列智能化家居產品類型

一是ZigBee遙控器。它的作用是控制對過碼的設備，且實時顯示設備狀態。采用基于IEEE 802.15.42.4GHzRFMCU及ZigBee 2007/Pro協議棧，它利用ZigBee技術紅外轉發器，對智能窗簾、智能開關和網絡插座等予以控制，并有效控制家用電器設備和實時查詢聯網設備當前狀態，其利用觸摸按鍵控制音量、調光和震動喚醒；遙控器基本功能包括：支持燈光照明單開單關；支持窗簾單開單關；控制過程狀態顯示；觸摸對碼和家用其他設備控制；機械滑動鍵調光及音量調節。二是ZigBee紅外轉發器。它接收網關命令或者遙控器信號，把ZigBee無線信號與其紅外信號連接起來，完成無線信號到紅外信號的順利轉發，所以可利用無線網絡對家電等設備實現無線控制；應該注意的是：在使用之前需要和網關等設備實現對碼。三是ZigBee智能開關。它的優點是安裝簡易、無線自動組網、性價比高、實現雙向通訊和維護方便；操作前需要注意的是智能開關應先與網關遙控器等進行單控且執行情景對碼操作，并存儲情景對碼信息。四是無線窗簾智能控制器。它是一款基于ZigBee技術的家居智能產品，通過無線窗簾控制器達到控制窗簾閉合的目的，窗簾狀態反饋信號也通過控制器傳輸，實現雙向智能化。五是智能插座。其內部硬件一般由功率繼電器、ZigBee控制模塊、微型開關電源等組成，若要進行遠程異地控制，它還需要一個專門的ZigBee網關來聯通外網，實現真正意義上的智能控制。

5 結語

綜上所述，ZigBee技術所具備的基本優點和性能滿足了現代智能家居對通信方面的要求，它更具備自組織和自愈能力，它是智能家居系統理想的最通信方式。由最新的ARM9嵌入式系統、手機模塊及ZigBee模塊組成了智能家居控制器硬件；家庭網絡采用ZigBee無線網絡，組成的整個系統功能完善，能夠適應以后智能家居發展的需要。ZigBee技術已成為智能家居建筑中一種非常重要的技術，它在該領域必將得到大規模應用和推廣。

參考文獻

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