ZigBee技術在智能校園中的應用研究

黃婉盈 朱娜 張少華 劉文亮

摘要：ZigBee技術具有短距離性、高安全性與低功耗等優點，因此被廣泛利用于智能家居中。本次課題主要是根據人們對智能校園系統功能的具體需求進行分析，并對之進行針對性的應用研究，同時解決校園整體系統中存在的成本、故障率高等問題，從而構建一套功能滿足需要、成本低、安全較高、覆蓋范圍廣等集諸多優點的ZigBee智能校園內部系統。

關鍵詞：智能校園；ZigBee技術；應用研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）01-0264-02

一、引言

人們生活質量的提高使智能生活方式成為主流。作為一種低成本、低功耗的無線通訊技術，ZigBee技術在智能校園系統中有著良好的應用前景。將ZigBee技術應用于智能校園系統中，構建一個基于ZigBee技術的現代、智能校園系統，從而實現全新的數字化、智能管理和服務校園運營模式。在不同的領域，各種系統通過先進的無線網絡技術相互連接，實現數據的共享和管理，使智能化、人性化的校園生活成為現實。

二、ZigBee技術

（一）ZigBee技術簡介與應用

ZigBee一種是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本和自組織的雙向無線通信技術。主要適合用于自動化控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。它是一種低速、低功耗、低傳輸速率的近距離無線組網通訊技術，并且可以自動組成網絡。該技術始于2002年，在過去幾年發展迅速，有著廣闊的應用范圍，尤其是智能家居領域。市面上的現有產品如無線開窗器、無線光照傳感器、場景開關、溫濕度傳感器等。以無線光照傳感器為例，作為一款環境監測類的產品，不僅可以實時讀取當前環境光照數值，還可以通過場景內的聯動，調整室內燈光、窗簾等。

（二）與其他同類技術比較

Wi-Fi是現代應用最廣泛的無線傳輸技術，最大特點是方便人們隨時隨地接入互聯網。但是也存在明顯的缺點，功耗高、組網專業性強、安全性低等。另一種就是無線射頻技術，運用在車輛監控、遙控、小型無線網絡等，但抗干擾能力弱、組網不便、可靠性一般。ZigBee則使用128K加密技術，研發至今在全球沒有被攻破的先例，而Wi-Fi與射頻技術產品，利用截碼器五分鐘就能輕易破解。ZigBee在穩定性方面也是遠勝Wi-Fi，獨有的組網功能即使大面積斷電后依舊能自主網絡，恢復如初。

三、ZigBee技術的智能校園

（一）校園遠程監測監控系統

針對現有的校園整體監測監控裝置成本高、安裝維護難度大等缺點，將ZigBee無線通訊技術引到校園監測監控系統中，設計了基于ZigBee技術的校園監測監控系統。利用無線傳輸的監測監控系統對整個校園中的各個角落、突發狀況等進行快速、準確的監測并進行處理分析，實現高效率的遠程監控并很大程度上減少人力支出。例如，ZigBee技術和太陽能路燈結合的智能路燈系統，能夠遠程實時監控在第一時間判斷故障并排除，當路燈損壞時可以進行報警并顯示出具體位置，還可以根據需要調節單盞路燈的亮度并對功耗和亮燈率等數據進行顯示，大大提高使用壽命和經濟效益并降低維護成本，從而節約社會資源以實現生態校園的目的。一般來說，校園需要更多的數據采集或監控站點，而ZigBee技術可以在提高可靠性數據傳輸的同時大大降低設備的成本，也可以覆蓋現有的移動網絡的盲區，以實現低數據量傳輸的遠程檢測監控系統。

（二）數據采集系統

隨著校園各類數據的增多，數據系統的故障率也逐漸提高。因此利用ZigBee技術的功率小、成本低等優點設計出一個校園無線數據采集系統，該系統具有覆蓋范圍廣、適應性強、性能安全穩定、操作簡單等特點，實現了穩定數據實時采集和準確傳輸的同時保證數據的安全性。

該系統利用ZigBee無線網絡的獨特技術優勢構建長鏈型網絡，數據在網絡中進行多跳路由傳輸。ZigBee中心節點即數據匯聚點，連接到系統管理中心，每個監測點都是ZigBee的路由節點或終端節點，負責發送和接受數據或路由。以基于ZigBee技術的低速網絡數據采集無線傳感網絡數據采集系統為例，配合現有的軟硬件系統，能夠實現準確穩定的數據傳輸。因此在校園智能系統中的應用前景十分廣泛。

（三）無線點餐

現有的傳統餐飲服務模式信息化程度低，存在諸多不便。例如，單據多、出現漏單等。為滿足餐飲數字化、網絡化智能校園的要求，結合ZigBee技術獨特的網絡優勢與智能設備建立一個無線點餐系統，提高食堂餐飲的服務質量和工作效率，減少人力支出、優化管理流程、降低出現差錯的幾率，實現各種信息的快速操作、餐飲管理的數字化、智能化。

ZigBee無線節點網絡通過在餐廳、廚房、收銀臺和處理中心部署的ZigBee節點設備及RFD的軟件程序形成一個完整的無線通訊網絡。使這個網絡能夠自動處理信息，用戶可以使用內置無線ZigBee通信模塊無線點餐終端進行點餐、加餐、催餐、結賬等操作。例如，點餐時用戶或服務員的訂單通過終端和大廳內的ZigBee網絡自動上傳到廚房和收銀臺，在有效范圍內能及時將數據由無線通訊傳達到數據服務器，再經過后臺處理，將菜品信息無線傳送至廚房終端。從而完成整個點餐流程。無線通訊系統對數據傳輸速率要求較低，更注重功耗與成本。而低成本、低功耗的ZigBee無線點餐系統極大程度滿足了需求。

（四）智能交通

1.ZigBee技術的智能交通。隨著校園的發展和汽車數量的迅速增長，現有的校園交通已經無法滿足日益增長的交通需求。新一代信息技術中智能交通占據著重要地位，而ZigBee技術具有成本低、功耗低的優點，很適用于智能交通系統。采用ZigBee無線傳感器網絡技術，設計智能校園交通系統。通過ZigBee網絡發送到無線控制系統子控制模塊，子控制模塊將數據傳輸到主控制模塊進行處理，并根據實時路況進行交通信號燈的管制，從而提高交通效率。不僅能在GPS覆蓋不到的樓內或隧道內繼續使用，還能通過ZigBee無線網絡傳輸信息實時采集路況，使每臺設備間通過無線網絡連接，實現無需挖掘路面進行布線，在智能交通領域具有一定的價值。

2.校園智能公交。開發一種基于ZigBee和GSM/GPRS的校園智能公交運行監測管理系統，利用各自的特點從而較好地解決學生出行問題。每輛校園公交上的無線識別器就是一個ZigBee設備，而每一個站臺上的站臺監控器則是ZigBee網絡協調器。每個站臺系統與到達的車輛形成一個ZigBee網絡。ZigBee組成的智能交通系統可以使車輛在行駛過程中有效檢測車輛狀態、信息方位等，還可以將導航、地理等信息及時傳送給車輛，并且能調度交通系統，提高行車安全性且有效緩解交通壓力。

四、結語

本文主要對ZigBee在智能校園系統中的應用進行分析和研究，隨著ZigBee技術的不斷進步，將會在更多的設備中進行投入和使用。我國相關研究部門也正將這種ZigBee技術進行研發，并且在不久的將來，無線點餐系統、智能交通系統等都會安裝大量低成本、低耗能的ZigBee設備。而基于ZigBee技術的智能校園系統也將更加完善，與人們的生活更加貼近。

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