基于ZigBee的物聯網智能家居系統設計

陳海軍

深圳市求卓科技有限公司 廣東深圳 518000

目前，智能家居逐漸進入人們的日常生活當中，再加上物聯網技術的不斷成熟，促使智能家具不斷朝向智能化、自動化、信息化方向靠攏。為進一步促進物聯網技術與智能家居的結合發展，國內智能電器廠商紛紛推出創新型產品，以期可以加強物聯網智能家居的應用范圍。雖然市場面上關于智能家居系統的解決方案較多，但是多數解決方案并未形成良好的體系，甚至在性能方面也未能達到標準要求。可以說，智能家居系統的穩定性與拓展性亟待開發。針對于此，本文著重提出一種基于ZigBee的物聯網智能家居的設計方案，以期可以提升智能家居的性能穩定性。

1 基于ZigBee的物聯網智能家居系統總體設計內容分析

本設計系統在控制裝置方面主要以家居內的智能控制端為主，具體包括以太網組成部分、家庭網關部分、ZIgBee低功耗無線雙向通信部分等重要組成部分。介于家居系統內部的家庭網關屬于家居控制系統的核心部分，主要承擔內部網絡運行管理工作以及外部網絡溝通工作[1]。最重要的是，利用低功率無線通信技術手段可以針對終端設備運行情況進行實時監控，主要體現在數據監測與運行管理方面。為確保家居系統內部的家庭網關始終處于高效運行狀態，在設計過程中，可以將系統房間內的各種終端節點以無線網連接方式進行設計與管理，目的在于確保網絡通信過程中各終端節點始終保持安全無誤狀態。

利用上述設計方案，至少可以為智能家居系統的正常運行提供安全保障，尤其體現在智能家居系統的安全可靠性方面。另外，在房間內布設不同種類的傳感器往往可以實現網絡與各終端節點的連接目的。如此一來，即便是房間內出現裝置運行不正常情況，網絡也會及時將數據內容傳至到控制器當中，并針對具體故障問題進行合理處理。最后通過家庭網關，用戶可以通過借助計算機系統訪問、監督各個房間的控制器終端設備，對其運行狀態進行實時監控與故障排查工作。足以見得，基于ZigBee的物聯網智能家居設計方案在某些層面上可以有效解決以往專業技術難點問題，至少可以在物聯網家居的能耗問題方面、性能安全方面，實現突破性發展。

2 基于ZigBee的物聯網智能家居硬件系統設計及流程分析

2.1 無線傳輸ZigBee模塊

基于ZIgBee的物聯網智能家居在網絡拓撲結構的選擇方面，主要以兩種邏輯設備類型為主。一種是協調器節點，另外一種是終端節點。本設計方案所運用到的協調器主要以RS232串口為主。根據家庭網關工作狀態傳達相關數據，其中，協調器主要負責有效信道以及終端節點的管理與協調工作。目的在于確保各個終端節點都可以接收到協調器發送的指令或者要求，根據具體指令或者要求，對相應位置的終端節點加以控制，進而達到控制終端節點的目的[2]。

這種設計方式不僅促使整個系統工作過程朝向層次化、高效化方向運行，同時還可以加強對故障問題的維護效率，一舉兩得。最重要的是，處于該類系統當中，各種家用電器以及各類傳感器基本上都可以視為一個功能獨立、自主運行的工作節點。且各節點也可以根據ZIgBee功能模塊，構建健全、完整的網絡通訊系統。可以說，構建一種以中央系統為核心的控制裝置，已經不再是紙上談兵，各終端節點的信息反饋功能基本上可以得以實現。

2.2 電源模塊

電源作為整個運行系統的核心組成部分，往往會對系統控制情況以及運行情況產生直接影響。根據本文所設計的硬件系統來看，對于電源模塊的設計工作，需要從以下兩個方面進行統籌規劃：

一方面，考慮電源模塊的穩定性。目的在于確保系統運行過程中的穩定性與高效性。當整個智能家居系統長期處于正常工作狀態時，各項數據及內容才能夠確保安全無誤。

另一方面，考慮電源模塊性價比問題。無論是哪一設計工作，都需要顧慮設計成本。因此，在電源模塊性價比方面，建議在輸入電壓的選擇方面，最好選用3．3V直流電壓，將其作為輸入電壓。究其原因，主要是因為直流電壓無論是在成本方面，還是效率方面，均可以表現出經濟性良好特點。

2.3 以太網

以太網作為局域網技術的核心內容，在本質上可以歸類到廣播型網絡當中。該項技術具備明顯的沖突檢測功能，即CSMA/CD技術。目前，該項技術在物聯網的綜合運用當中起到的作用十分明顯。主要通過借助以太網技術實現遠程系統登錄方式，必要時，還可以進行異地管理，促使系統裝置資源得以實現統一調度要求，降低因局限性造成的不足問題，如信息不全面等。

2.4 ZigBee-WiFi數據轉發端口

在ZIgBee-WiFi數據轉發端口的選擇方面，主要由微控制器、ZigBee無線模塊、WiFi無線模塊等基礎裝置組成。其中，ZigBee無線模塊作為ZigBee網絡的協調器，可以借助微控制器實現與ZigBee無線模塊、WiFi無線模塊的連接要求。通過使用ZIgBee-WiFi數據轉發端口，系統運行效率明顯提高。

2.5 報警模塊

裝置系統中的報警模塊主要以語音實時報警方式為主。當室內發生火災、煤氣泄漏且用戶在室內當中時，裝置系統中的報警模塊會自發性起到報警作用。并且對于非法入侵情況，也可以起到警告作用，基本上可以維護用戶室內安全。而室外報警方式主要啟動于用戶外出狀態時，可根據遠程監控裝置，實時監控室內情況，并將室內環境數據及家居運行狀態傳至到用戶手機當中，便于用戶決策[3]。

3 結語

本文所設計的基于ZigBee的物聯網智能家居設計方案在某些層面上可以有效解決以往專業技術難點問題，至少可以在物聯網家居的能耗問題方面、性能安全方面，實現突破性發展。通過對系統軟件結果的測試，基本上有效驗證出系統整體性能，在指標數據方面能夠到達規范標準。由此可以證明，基于ZigBee的物聯網智能家居具備低能耗、高效率的目標特點，值得推廣與應用。