淺談ZigBee 技術在智能家居中的應用

莫玉華

江蘇省常州技師學院電氣工程系 江蘇常州 213032

ZigBee最初預計的應用領域主要包括消費電子、能源管理、衛生保健、家庭自動化、建筑自動化和工業自動化。隨著物聯網的興起，ZigBee又獲得了新的應用機會。物聯網的網絡邊緣應用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構成物聯網的最基礎最核心最廣泛的單元細胞，而ZigBee能夠在數千個微小的傳感傳動單元之間相互協調實現通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個網絡節點傳到另一個節點，所以它的通信效率非常高。這種技術低功耗、抗干擾、高可靠、易組網、易擴容，易使用，易維護、便于快速大規模部署等特點順應了物聯網發展的要求和趨勢。目前來看，物聯網和ZigBee技術在智能家居、工業監測和健康保健等方面的應用有很大的融合性。

一、ZigBee技術概述

蜜蜂在發現花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發現的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術的命名。簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡，類似于CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。

每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外，每一個ZigBee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。

ZigBee技術的安全性較高，其安全性源于其系統性的設計：采用AES加密(高級加密系統)，嚴密程度相當于銀行卡加密技術的12倍;其次，ZigBee采用蜂巢結構組網，每個設備不僅能通過多個方向與網關通信，保障網絡的穩定性;每個設備還具有無線信號中繼功能，可以接力傳輸通訊信息把無線距離傳到1000米以外。另外，其網絡容量理論節點為65300個，能夠滿足家庭網絡覆蓋需求，即便是智能小區、智能樓宇等只需要1個主機就能實現全面覆蓋;最后，ZigBee具備雙向通信的能力，不僅能發送命令到設備，同時設備也會把執行狀態和相關數據反饋回來。此外，ZigBee采用了極低功耗設計，可以全電池供電，理論上一節電池能使用2年以上。

二、ZigBee技術在智能家居中的應用

1.安全系統

一個安全系統可以包括多個傳感器，包括運動探測器，玻璃破碎傳感器和安全監視器。這些設備需要通過有線或者無線網絡與中心安全面板進行通信，基于ZigBee的安全系統簡化了安裝和更新的過程。盡管ZigBee的數據速率很低，但是它仍然可以無線傳輸圖像，傳輸質量也可以接受。例如，Zig-Bee已經被用于無線攝影機系統，用來在家庭門口記錄來訪者的錄像，并將這些錄像發送到室內一個專用監視器上。

2.抄表系統

電表需要定期讀取數據來獲取水電費賬單，實現這個目的的一個方法就是在戶主的住宅處手動抄表，并將數據錄入數據庫中。基于ZigBee的自動抄表系統（AMR）能在居民住宅間建立自形成的無線網狀網絡，這些住宅的電表都連接到電表公司辦事處。AMR提供了遠程監控居民的用電，氣和水情況的機會，并且淘汰了人力每月定期上門抄表的方式。

AMR的作用不僅限于傳輸每月的水電使用數據，它可以收集更加詳細的使用信息，自動檢測泄露和設備問題，協助入侵檢測。基于 ZigBee的無線設備不僅執行監控任務，他們還可以通過和室內的裝置通信來管理使用高峰期。例如，當電量使用激增時，可以暫時關閉ZigBee電熱水器一段時間來減少高峰期用電量。

3.燈控系統

電燈控制是在室內或商業建筑中使用ZigBee的一個典型例子。在傳統的電燈安裝中，為了實現打開和關閉電燈，必須從電燈到開關扯一根電線。例如，安裝一個新壁燈的時候，需要一條新的到開關的電線。如果壁燈和開關都配備了ZigBee設備的話，那么電燈和開關之間將不再需要電線連接。這樣，室內的任何開關都可以被指派來打開和關閉一盞特定的電燈。

舉個例子，電燈位于居民建筑的入口處，居住區和走廊。入口處的墻上開關可以打開和關閉4盞燈中的任何一盞，相比之下，居住區墻上的開關僅與位于居住區的電燈進行通信。支持ZigBee的壁燈要比常規的壁燈更貴，但是它的安裝費用卻較低，因為它不需要額外的電線連接到墻上的開關。使用無線來遙控電燈已經不是一個新的概念，通過確保較長的電池壽命和來自不同經銷商的產品的互操作性，ZigBee提供了在可靠的，低成本的網絡中大范圍實現這個概念的機會。

除了潛在的成本節省外，在室內，ZigBee電燈還有其他的好處。例如，嵌入到壁燈內的ZigBee設備可以充當路由器，在房間內轉發信息，或者，壁燈可以被編程設計為當電視打開時變暗。ZigBee燈控機制同樣也已經被用于路燈控制。

未來的智能家居將依照人體工程學原理，融合個性需求，將與家居生活有關的各個子系統如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯動、淋浴器等有機地結合在一起，通過網絡化綜合智能控制和管理，實現“以人為本”的全新家居生活體驗并更加的人性化、實用、易用，真正的提高人們的生活品質。