基于ZigBee技術的智能家居實時監控系統的設計研究

廣東省海洋工程職業技術學校 何 蕓 張 騰

基于ZigBee技術的智能家居實時監控系統的設計研究

廣東省海洋工程職業技術學校 何 蕓 張 騰

ZigBee技術是一種全新的教師,在應用過程中,其所消耗的能源較低、組網方式較為靈活、布局成本較低,已經在各個方面得到廣泛應用。文章簡要分析了一套智能家居系統,通過對ZigBee技術的核心監控系統的利用,從而實現了家居的智能化。在分析過程中,主要針對實時監控系統體系結構、拓撲結構、 軟、硬件等進行研究分析。

Zigbee技術;智能家居;實時監控系統

通常來說,智能居家技術主要包括:總線技術、電力載波技術和無線技術等,但是,在實際的應用過程中,由于各種因素的影響,導致其不能被廣泛應用。Zigbee 技術的誕生以及應用,推動了智能家居的發展,為人們營造了一個舒適的居住環境。

一、傳統家居系統

在傳統無線智能家居監控方案設計過程中,所采用的方案包括: 采用藍牙、802.11無線局域網技術等,但是,在實際的設計過程中,程序編輯復雜,芯片價格較高,導致成本較高,如果采用紅外控制方案,但是其傳輸過程中,其傳輸的距離較短,并且遇到障礙物不能及時的進行傳輸,同時,其在安裝過程中施工較為復雜;如果采用控制終端與互聯網接入方案,其在實現過程復雜程度較高,擴展性較差,并且成本較高,因此,在設計過程中,工作人員應該依據實際情況設計出一套靈活多變、拓展性較強、組網與控制較為穩定的智能家居監控系統,才能保證家居的安全性。

二、實時監控系統的設計以及功能

針對以上缺點,文章設計出了一種無線、智能、主次控制端分工明確、信息傳輸較為穩定,并且耗能較低、硬件、軟件成本較低、系統安裝簡單的方案。

該系統在設計過程中主要包括:能夠和控制主機連接的 ZigBee中心收發模塊,數量較多嵌入在家居設備、報警傳感器或家用電器之內的 ZigBee 節點模塊和控制電路模塊,ZigBee 中心收發模塊與ZigBee 節點模塊之間通過 ZigBee 協議路由無線發送數據;控制主機通過GSM 發送報警信息,互聯網能夠實現遠程監控家居環境,同時,還具有很強的家庭娛樂功能,能夠滿足人們的實際需求。

1.主要功能

實現對家電、室內環境、安全警報、三表抄送、遠程監控的控制。

系統的結構設計:

通常來說,系統結構主要是由三個主要部分構成,智能家居管理控制中心、家庭局域網(Zigbee 網絡)、遠程智能設備終端。在整個系統運行過程中,智能家居管理控制中心是整個系統的核心部分,其主要功能是負責整個系統的監控以及管理,同時,還能遠程智能終端進行實時聯系;家庭局域網主要是以Zigbee 網絡作為基礎,從而實現對各種家電設備、智能開關、傳感器等設備的有效連接,能夠為控制中心提供監控信息,同時,還能實現對管理中心信號指令的傳輸。遠程智能設備終端能夠隨時的登錄管理中心的賬戶,及時的對各個階段的家庭環境進行料及,同時,還能對家電設備的智能開關進行控制。如果家庭環境出現問題,管理中心可以及時的將安全警報信息傳輸到遠程智能設備終端,從而通知屋主,實現對房屋的實時監控。

3.系統網絡體系結構設計

智能家居實時監控系統主要包含了兩個部分,管理中心和 Zig-Bee 監控網絡。

管理中心主要是由監控管理的軟件以及協調器的節點所構成,在系統運行過程中,監控管理軟件的主要職責是對網絡進行管理、網絡配置、監控、記錄操作日志等;協調器的節點的主要功能是監控節點的通信進行控制,從而能夠快速完成數據監控信息的傳輸、接受、格式轉換等。另外,系統在運行過程中,如果管理中心不能繼續工作或者出現問題,協調器節點就可以直接代替網絡管理中心繼續開展相應的工作,及時的對設備進行管理、維護。一般來說,協調器節點都配備有GSM/GPRS 模塊,能夠實現遠程數據傳輸。

ZigBee 監控網絡可以分為調器節點、路由節點、監控節點和信標節點。在實際的系統運行過程中,協調節點是ZigBee 監控網絡的主要構成部分,其主要目的是為了加強網絡的管理;路由節點主要的目的是能夠實現數據的轉發,工作過程中,如果ZigBee 網絡采用樹簇型結構,路由節點可以作為簇首,從而能夠實現對整簇的內部管理;路由節點都采用的是大功率模式,數據的傳輸距離較長,并且監控的范圍較為較大。監控節點分布較為廣泛,能夠實現對整個網絡的數據的有效的采集以及設備監控,監控節點的體積較小,但是工作周期較長,一般都是被嵌入到監控設備中,從而能夠實現對數據的采集。在網絡部署工作中,工作人員需要部署信標節點,從而能夠實現定位功能。信標節點能夠為工作人員提供其他節點的為位置信息,能夠幫助其余節點及時的確定自身的位置,實現系統的局部定位。

紅外探測子節點主要是對環境變化進行有效監測,如果發現非正常狀態陌生人進入,節點能夠及時的發出信號,底層控制器PIC18f4620芯片能夠及時的對相應的數據進行收集分析, ,然后將數據傳輸到協調器子節點,并且及時的同時嵌入式 Web 服務器并啟動通信模塊, 通過 GSM 網絡向所指定的手機發送信號。如果用戶想了解更多的家庭信息,還可以通過IE 瀏覽器對Web 服務器進行訪問,從而能夠及時家庭狀況進行了解。

基于Zigbee 監控網絡,可以設置三種節點類型,并且其作用也各不相同。在設計過程中,監控節點之間不連通,也不能實現報文轉發的能力,每一個路由節點都能夠控制多個監控節點, 其主要的功能是完成報文在監控節點以及協調器之間的傳輸轉發工作。在系統運行過程中,如果同時具備傳感器,路由器節點也能夠對房屋環境進行有效監測;協調器節點在管理中心控制下負責網絡的維護及管理。

三、實例分析

在研究過程中,工作人員選取某棟建筑對其進行研究分析,該建筑東西長度為75m,為9層,每層大約高度為3m,在每一個辦公室內都安裝一個監控節點,并且在每一層安裝2個路由節點,樓層之間安排1個路由節點,整個監控系統設置了兩個協調節點,一個為備用。成本:20*8*70(監控節點)+(2*8+7)*150(路由節點)+2*150(協調器節點)=14950 元 <1.5 萬元。

系統測試結果:

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通過研究分析,基于ZigBee技術的智能家居實時監控系統能夠在安全監控系硬件平臺進行獨立工作,管理中心所采用的軟件可以再找Windows7、Windows10 等各個版本上運行,并且穩定性、可靠性、開放性較強,同時,工作人員所設計的監控系統其硬件集成度、監控節點發送功率、靈敏度等都能,滿足實際的工作需求。

四、總結

綜上所述,積極對基于ZigBee技術的智能家居實時監控系統的設計進行研究分析具有重要意義,能夠營造一個舒適的居家環境,滿足現代人的生活需求。在系統設計過程中,工作人員應該綜合各方面因素進行設計,才能保證設計的合理性。

[1]馮英偉,王慶福,王啟元等。基于ZigBee技術智能家居系統的研究[J]。河北建筑工程學院學報,2015,(1):90-92.

[2]陳楊,吳海燕。基于Zigbee的智能家居實時監控系統的設計[J]。電子技術與軟件工程,2015(8):181-182.

何蕓(1990-),女,廣東汕頭人,大學本科,助理實驗員,研究方向:向電子技術。

張騰(1990-),男,廣東汕頭人,大學本科,助理級實驗師,研究方向:向電子技術。