基于ZigBee的智能家居物聯網系統探討

楊書鴻

摘 要 隨著網絡技術的不斷發展與進步，智能設備使用到各個行業中，其中影響力較大的就是智能家居。通過網絡技術可以對家居進行智能化以及數字化處理，全面構建現代家居物聯網系統。家居智能化物聯網設計的方式是基于ZigBee計算機技術的物聯網系統，通過ZigBee無線通信技術可以對家居系統進行科學規范的處理，還能在手機等移動設備對家居進行智能控制，提升智能家居物聯網系統運用的靈活性，進一步實現智能家居的推廣和普及。

關鍵詞 ZigBee；智能家居；物聯網系統

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）205-0158-02

智能家居的出現依托于現代化的網絡計算機技術，通過計算機的使用，嵌入式的接入系統以及網絡通信技術，將家庭中的照明系統、安防系統、網絡系統集中在一起，并且通過移動終端進行控制，使整個的家居工作過程更加的便捷。目前來講，市場上可以使用的移動設備較多，但是這些移動技術在使用的過程中協議較為復雜，在系統設計方面存在較大的問題，因此需要對方法進行改進，采用ZigBee技術，保證設計過程中的功耗降低，提升組間維護質量，克服網絡癱瘓的可能性，提升整體質量。

1 ZigBee技術概述

ZigBee技術作為一種雙向無線通訊技術，主要使用到距離較短并且功率消耗較低的電子設備中，實現信號之間的傳輸，對于周期性的數據使用具有非常重要的意義。該技術與常規移動通信CDMA等網絡的運行方式存在顯著不同，可以進行自動化的數據傳輸的，在工作的過程中整個的工作過程更加的便捷，成本價格也較低。并且ZigBee技術作為一種無線連接的技術，可以實現不同頻段的數據傳輸，范圍可以達到10m～75m，因此，在家庭智能家居系統設計中具有一定的適用性。其特點主要包括以下幾個方面。

1.1 功耗較低

ZigBee進行數據傳輸的過程中，自身的傳輸速率是較低的，發射功率為1mW，并且進行工作的過程中主要采用的是休眠的模式，這樣在功耗方面得到進一步的降低，并且可以節省電量，普通的2節5號電池就可以維持2年左右的時間，這對于設備來講可以大量的節約能耗。

1.2 成本降低

成本的管理設計中比較重要的方式，一般來講進行成本管理的過程中優勢也是非常明顯的并且該技術在使用的過程中屬于免費專利產品，作為低成本的因素進行使用可以進一步提升使用的效率，減少各項成本的消耗。

1.3 傳輸速度快

該技術在進行使用的過程中，從休眠階段到狀態激活的過程中，整個的時間是非常短的，設備在重新啟動信號搜索的過程中，只需要15ms的時間，因此，在使用的過程中更加快捷，對于技術的使用來講更快，可以更好地使用到家居智能設備中，提升設備的整體質量，不再受到無線控制系統的影響。

1.4 便捷安全

ZigBee技術在使用的過程中更加可靠，主設備與附屬設備之間可以自由的進行組合整個的過程更加的便捷，并且在技術設計過程中采用避免碰撞的策略，并且對固定帶寬的通信業務預留了一定的專業間隙，這樣可以防止數據傳輸的過程中出現碰撞，防止數據之間的沖突，同時該技術采用的是完全確認的數據傳輸方式，數據包的接收以及發送也是需要進行關注的問題，在傳輸的過程中出現的問題需要重新進行發送，比起傳輸中的其他技術，這種技術更加的便捷，傳輸的過程也更加的科學化。并且ZigBee對于數據包存在一定的檢查以及驗證功能，可以支持以及認證各項數據的真實完整性，并且采用了AES-128對數據進行加密，實現數據使用的安全性以及靈活性。

2 ZigBee的智能家居物聯網系統設計

ZigBee的智能家居物聯網系統在設計的過程中需要結合實際網絡的需要進行工作，因此在實際的設計中需要結合具體結構進行分析。一般來講，進行設計的過程中系統主要從3個方面進行考慮，以芯片作為主要的中樞傳輸系統，之后進行終端控制模塊的管理，3個部分相互控制和管理，將安防、家電以及智能計量系統進行整合。如圖1所示為整體系統運行圖，在圖中可將各種系統整體的進行連接，實現運行的整體性。具體過程如圖1所示。

2.1 模塊初始化系統

進行設備使用的過程中需要對模塊進行初始化的管理，硬件電路板設備需控制在安全的范圍內，并且對整體的電壓進行穩定性的測試，這樣可以為設備的使用提升更加穩定的條件，采用不同的方式對電路板進行初始化的處理，保證定時器、ADC、DMA的初始化，并且將其寫入到NV中，進行系統操作的初始化處理，使得電能設計處于初始化的模塊，保證進入系統后的各項設備是確定的。在初始化結束后可以啟動移動設備，在家庭移動設備上發送各項網絡命令，之后開始創建智能家居網絡運行環境，在協調器命令開始后，建立網絡，啟動終端設備，終端自動的搜索網絡，并且發送請求，在終端網絡確認請求后，按照ZigBee協議的方式將網址進行發送，并且將短信息發送至解調器，之后傳輸至移動終端，完成整個的網絡運行過程。調制解調器在整個的網絡運行中起到非常重要的中樞作用，將其連接到電視機中，可以通過電視機的命令將其進行分析，并且對智能家居協議進行發送，各個節點中進行協議的使用可以完成整個的運行過程。

2.2 電能計量系統

這種系統主要是依托專業的芯片構成電能計量以及通信設計模塊，這樣可以將不同的電量進行測試并且傳輸至協調器中，將數據進行保存，然后結合實際的移動設備使用情況將數據進行提取，并且將不同時間下的各項模塊信息進行傳輸，分析繼電保護器的運行狀態，將每天的電量信息進行查看，實現定時的目的。該技術可以對家居中的整體電量進行控制，并且在運行的過程如果電量超出了預期，可以對電量進行統計，實現電量的整體控制。endprint

2.3 紅外控制設計

該技術主要是通過移動設備終端發送信號至協調器，在協調器確定指令后發送至移動終端，終端在收到信號之后按照通信協議進行數據的分析，在數據分析出來后按照及其的控制指令進行數據的組合以及分析，并且利用紅外線功能將數發送到其他的設備中，以此完成整個的設計工作，如果在信號傳輸的工程中，設備沒有接收到信號，并且未進行工作，則需要重新將信號進行發送。

2.4 安防監控系統

安防系統在進行設計的過程中，需要對電壓進行穩定，之后移動終端中將設備進行開啟，攝像頭可以打開，將安防模式發送至協調器中，這樣就可以將指令進行傳輸，終端在接收到信號，啟動安防模式，在系統進入監控模式后，一旦人員經過，就會出現中斷，并且發出警報，并開始進行錄像，如人員接收到警告后離開，攝像頭在經歷3次無人信息確定后，關閉錄像功能，這樣可以將攝像頭的錄像進行更加科學化的處理，使得攝像信息更加準確，進行信息收集更加完善。

3 結論

基于ZigBee協議棧的物聯網智能家居系統相對于WiFi、藍牙等其他的無線通信系統來說相對簡單些，但是，其本身還是比較復雜的，系統主要通過物聯網移動設備和通信協議實現，將幾個典型的智能家居的功能聯系在一起，對整個物聯網智能家居的具體工作流程進行介紹，制定更加科學化的方法將各項管理措施進行分析，制定更加適宜的設計流程，實現設計方法的整體性和智能性，著眼于現在，把現在正在使用的不是智能化的家用電器智能化，做智能家居的宗旨是使家庭生活更舒適、更安全、更方便，為人們的生活提供更加便捷化的工作方法，提升整體的設計質量。

參考文獻

[1]公偉，王曙光，王慶升，等.智能家居物聯網系統安全測評指標研究[J].信息技術與信息化，2017（10）：106-109.

[2]唐琳.關于智能家居物聯網系統構建與發展探究[J].電腦迷，2016（12）：140.

[3]李英輝，李鑫，劉鳳梅.智能家居無線物聯網系統設計[J].產業與科技論壇，2016，15（9）：79-80.

[4]田仲明，覃遠年.基于電視機Android-ZigBee的智能家居物聯網系統設計[J].科技信息，2014（15）：337-338.

[5]胡向東，韓愷敏，許宏如.智能家居物聯網的安全性設計與驗證[J].重慶郵電大學學報（自然科學版），2014，26（2）：171-176.

[6]俞文俊，一種適用于智能家居應用的物聯網系統設計[D].上海：華東理工大學，2012.

[7]葉興貴，繆希仁.基于ZigBee的智能家居物聯網系統[J].現代建筑電氣，2010，1（9）：25-28.endprint