基于ZigBee的高校智能家居實訓室建設

姜寧

摘 要：隨著物聯網技術在智能家居行業的廣泛應用，高校相應設立物聯網技術專業，配套實訓平臺搭建是教學的重要環節。文中介紹了智能家居和ZigBee技術的基本概念，利用ZigBee無線通信技術構建智能家居實訓平臺，經實踐，效果良好。

關鍵詞：物聯網； ZigBee技術；智能家居； 實訓室建設

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）07-0-02

0 引 言

隨著科學技術的快速發展，社會信息化程度越來越高，信息領域新產品、新服務大量涌現，人們對家庭生活、學習、娛樂提出了更高的品質要求，構建智能、舒適、高效的家居生活成為未來家居的發展方向。智能家居作為一個新興產業，在物聯網大潮下蘊含著巨大的市場潛力，預測在未來幾年內全世界將有近億家庭進入智能的家居生活，而這需要大批具有智能家居系統安裝、調試、維修等方面的技能人才。目前我國已有50多所高校設置了物聯網本科專業和30多所高職院校設置了物聯網應用技術專科專業[1]。

1 智能家居概念

智能家居（Smart Home）是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境[2]。利用先進的計算機技術、綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家中各種設備（照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、網絡家電等）有機結合，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測等多種功能。

2 ZigBee技術

ZigBee技術是近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能[3]。這個名稱來源于蜂群使用的賴以生存和發展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來分享新發現的食物源的位置、距離和方向等信息[4]。ZigBee 是基于IEEE802.15.4 標準的低功耗局域網協議，主要用于小型設備如溫濕度傳感器、照明控制器、安防系統、醫療設備等，其低功耗可以確保兩節五號電池的使用壽命達到6個月至2年，其網絡容量可以實現數千個傳感器之間的相互通信，一個ZigBee網絡可以支持254個節點，一個區域內最多可以同時存在100個ZigBee網絡。隨著ZigBee技術的不斷完善，它將在智能家居、樓宇自動化、工業自動化、醫療領域等方面廣泛應用。

3 智能家居實訓室建設

智能家居實訓平臺是物聯網開放型應用環境之一，理論與實踐相結合，使物聯網專業學生掌握基本的工程布線技術、網絡搭建、智能化項目的設備選型、工程設計、集成安裝與調試。把教學實訓和工程經驗相結合，具備工程展示、設備認知、理論實驗、技能實訓等功能[5]。

在實訓室建設前期，學院領導及物聯網專業教師對幾所高校進行了實地考察調研，并對幾家公司產品進行對比，最終選擇了廣州一家公司的智能家居沙盤。該智能家居沙盤實景模型按照兩室三衛一廳一花園戶型設計。智能家居沙盤裝配有智能家居系統核心設備——智能家居網關、用于控制房間燈光的智能開關、智能窗簾電機，智能插座。還可控制用于采集環境數據的溫濕度傳感器，用于安防監控的攝像頭、智能門磁、人體感應探測器以及用于遙控家電設備的紅外遙控器等設備。本系統采用美國德州儀器TI 公司生產的CC2530芯片來實現家庭中各設備節點與協調器之間的控制功能，所有設備之間均采用ZigBee無線通信協議進行互聯互通，如圖1所示。用戶既可以直接使用配套提供的Android App軟件對整個智能家居系統進行控制，體驗智能家居應用，也可以根據配套提供二次開發資源，設計并自行開發上位機軟件，完成物聯網專業的課程實驗。

智能家居實訓平臺包含燈光控制系統，智能音箱控制系統，智能安防控制系統，智能窗簾控制系統等。

（1）燈光控制系統

智能燈光控制系統結合ZigBee無線網絡、燈光控制面板等設備，實現對房間燈光的智能化管理。基于ZigBee無線網絡遠程燈光控制模式，可實現燈光臨時、定時自動開關等功能；手動燈光控制模式通過動手指對燈光控制面板的操作實現房間內手動燈光開關控制。

（2）智能音箱控制系統

智能音箱控制系統結合ZigBee無線網絡、智能插座面板及紅外轉發器等設備，實現對房間的多媒體設備的智能化管理。通過智能插座面板遠程控制音箱的電源；通過紅外轉發器模擬遙控器遠程操作紅外音箱。

（3）智能安防控制系統

數字安防系統通過WiFi攝像頭實現對房間視頻監控功能。基于WiFi無線網絡或有線網絡的遠程視頻監控功能；配合其他硬件系統實現房間內安防監控功能。

（4）智能窗簾控制系統

智能窗簾控制系統結合ZigBee無線網絡、網關、窗簾電機及導軌、開關面板等設備，實現對房間窗簾的智能化管理。基于網絡的遠程窗簾控制功能，可遠程實現對房間內窗簾的開關動作；手動開關控制功能通過窗簾控制面板實現手動控制房間內窗簾開關動作的目的。

該智能家居系統在教學實驗中的主要功能是作為物聯網工程專業課程的實驗平臺使用，實驗項目見表1所列。學生完成全部實驗便可以使用擅長的上位機開發語言進行基于智能家居概念的物聯網軟件設計。

4 結 語

智能家居實訓室的建設能滿足物聯網及相關專業的實踐教學需求，支持學生創新、創業、科技競賽等活動，可以比較全面的展示物聯網技術的應用，支持物聯網相關科研項目的研發[6]。實踐證明，智能家居實訓室的建設能讓課堂教學的效果落到實處，將理論與實踐相結合，提高了學生的動手操作能力，培養了學生的團隊協作能力，取得了良好的教學效果。讓我們暢想：當您回到家中，隨著門鎖被開啟，家中的安防系統自動解除警戒，廊燈緩緩點亮，空調自動啟動，喜歡的音樂輕輕響起，每天晚上所有的窗簾都會定時自動關閉，您外出之前按一個鍵就可以關閉家中所有的燈和電器，在辦公室或出差時打開電腦上網，家中的安全設備和家用電器立即呈現在用戶面前……智能家居正一步步走進人們的生活。

參考文獻

[1]馬榮飛.物聯網工程專業實訓平臺構建與研究[J].軟件工程師，2015，18（1）：23-24.

[2]鄧楨文，程洪亮，蔡藝韻，等.基于物聯網技術的智能家居系統設計[J].福建電腦，2016，32（2）：21-22.

[3] Kobus Maneweck. ZigBee Standard Gaining Acceptance[EB/OL].http：//www.rtcgroup.com/rtcmagazine/pdfs/2004/01/rtc01_wirelessconn1.pdf

[4]王銳華，于全.淺析ZigBee技術[J].電視技術，2004 （6） ：33-35.

[5]徐海峰.物聯網智能家居教學實訓設計的研究與思考[J].智能建筑與城市信息，2016 （11）：69-72.

[6]歐亞軍.高職院校物聯網實驗室建設探討[J].無線互聯科技，2012（8）：29-30.

[7]謝小康，張靖.基于ZigBee技術的智能家居系統設計[J].物聯網技術，2016，6（10）：69-72.

[8]齊錦，王橋，王曄竹.基于物聯網技術的智能家居演示系統[J].物聯網技術，2014，4（9）：16-19.