基于ZigBee技术的智能家居系统的研究

王勇

摘 要：现代化智能家居理念以智能、高效、快捷等优势成为未来理想家居模式，本文阐述了实现智能家居必要条件以及ZigBee技术，分析了Zigbee技术与家庭网络接轨的优势。以Zigbee无线通信技术完成了家庭电器的智能控制，弥补了传统线路中的缺点。通过实践证明，基于ZigBee技术的智能家居系统具有耗能低、成本低、网络容量大、可拓展、安全性能高等优势，是实现智能家居的最佳途径。

关键词：智能家居系统；ZigBee技术；远程控制

智能家居是一种现代化的家居生活方式，智能家居通过网络通信、综合布线等技术将家庭中的各种电器相连接，将电器远程控制成为现实。智能家居具有安全、舒适、环保等优势渐渐受到人们的喜爱和关注。智能家居概念很早就被提出，但是是经过多年的发展仍未得到广泛推广。目前，无线通信技术、嵌入式技术、传感器技术等有了长足的进步，其中，值得一提的是传感器网络Zigbee技术已发展成熟，极大的促进了智能家居系统推广与应用。相信随着Zigbee技术的成熟智能家居系统将很快的进入千家万户，改变人们的日常生活。

1 Zigbee技术

Zigbee技术是一种近距离、双向的无线通讯技术。在数据链路层中医IEEE 802.15.4为标准，在网络层、表示层、应用层由Zigbee技术来制定。与蓝牙、无线USB、wi-fi等无线接入设备相比，Zigbee技术具有以下三点优势。（1）低成本，一块Zigbee芯片的造价为12块钱左右，同时它为免费专利。（2）耗能低，在休眠状态下，1节5号电池可维持一个节点3个月～12个月的工作消耗。（3）拥有超大容量的网络，在一个Zigbee网络中可容纳近66000个设备，因为Zigbee的组网可变形为多种组网模式以及网络节点。

2 Zigbee技术与家庭网络接轨的优势

智能家居系统中连接的控制、开关、安防、家电、地板采暖等调节控制信号的传输只需要很小的数据量，没有高速传输的需要，但要求耗能低、容量大、实时性高。若是将智能家居推广应用势必要降低它的制作成本，所以必须具备低成本、方便快捷、易安装、拓展性高等特点。由此可见，Zigbee技术是推广智能家居系统的理想选择。

目前，在家庭中常使用的通信设备从连接技术划分可分为有线网络与无线网络两类。常见的有线网络技术有电话通讯、电力传输、Ethernet等技术，这些技术在安装维护成本较高、拓展性能差、布线工作繁重等缺陷与智能家居系统的理念相悖。因此，在智能家居网络的选择上势必为无线组网方式。常见的无线组网方式有wi-fi、红外技术、Zigbee、蓝牙等。wi-fi使用耗能高。红外技术拓展性差、功能单一，同时具有一个致命性的缺点——方向性要求高。因此，以上两种无线传输技术都不适合应用与智能家居系统。但Zigbee技术具有耗能低、成本低、网络容量大、安全性能高的优点与智能家居系统的需要相符，在未来必将成为智能家居网络组网技术的核心。

3 基于ZigBee技术的智能家居系统的研究

3.1 智能家居主控制器的设计

主控制器接收来自分控制器传回的各种传感器收集的数据信息，比对用户设定的指标完成智能判断再作对相应的指令进行调整。在linux操作系统中搭建web的boa服务器，完成PC端的http访问，智能家居主控制器将家电数据和传感器经由boa服务器远程传输给PC端，主控制器也可由boa服务器远程传输给PC端下达各种信息给智能家居分控制器。主控制器的核心为lntel pxa 270，可外扩ZigBee、键盘、网卡灯模块。在软件配置上，智能家居主控制器软件开发包含linux的植入、boa服务器的配置、嵌入式应用程度以及驱动程序的开发。

3.2 智能家居分控制器的设计

智能家居分控制器包含家电控制器、安防控制器、环境控制器、三表控制器四种。每个控制器分管不同部门，但其核心是相通的，控制器采用CC2430芯片为控制器，CC2430芯片是一种系统芯片（SOC）CMOS的解决方案，它是一种兼具高性能的射频收发器和控制器。CC2430芯片将无线收发器和处理器融为一体，在能耗只需要少数的外围辅助电路就可完成ZigBee节点分控制器。常见的分控制电路包括：电源开关、触屏、键盘、A/D电路、编程接口电路等。在不同的功能分控制器中应配置不同的外围控制电路运作。

3.3 智能家居系统整体结构设计

智能家居系统主要由分控制器和主控制器组成。其中，主控制器为智能家居系统的核心部分，负责家庭内、外网的物理连接以及家电的控制与管理。智能家居分控制器按功能划分可分为家电控制器、安防控制器、环境控制器、三表控制器四类。由ZigBee芯片负责分控制器与主控制器之间的连接。主控制器、远程用户以及用户手机三者通过GPRS技术进行通信。结构示意图如图1所示。

4 结语

ZigBee技术十分符合现代智能家居理念，本文提出了基于ZigBee技术的智能家居系统的實施办法，研究了智能家居系统的架构设计以及ZigBee的网络构建。ZigBee技术的智能家居系统使各种家庭设备形成一个有机的整体，将家庭电器的智能控制成为了现实。该系统具有具有耗能低、成本低、网络容量大、可拓展、安全性能高等优势，具有广阔的市场前景。

[参考文献]

[1]吴铁洲，周慧军，李飚.基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].湖北工业大学学报，2010，25（1）：81-83.

[1]袁源，王紫婷，刘洋帆.基于FPGA和ZigBee技术的智能家居系统[J].信息通信，2011（6）：42-43.