ZigBee通信技术在智能家居建筑中的应用

祁憧憬

摘 要：简要介绍了ZigBee技术的作用及相关类型，分析了ZicBee技术的特性和性能，通过各种传感器等电子产品将其应用于智能家居建筑中。ZigBee通信协议在家用电器和电子设备得以应用，它把元素都联系在一起，组成同一个网络。ZigBee通信协议所具备的低功耗无线短距控制网络满足了智能化家居控制对通信系统的要求，它实现了简单化和便捷化，更换开关便能实现使用，即节约能源又保障安全，使得智能化家居控制更贴心、舒心和放心。

关键词：ZigBee 电子产品 智能家居建筑 智能控制

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（b）-0197-02

由于信息和网络技术日益进入人们的生活，人们正在追求生活细节的简单化，向往生活智能化，盼望在家居建筑中都能置入智能化程序，享受“一键”式的简单生活操作。因此，智能家居等概念被很快推广，特别是各种新研究成果在智能家居控制中不断得到应用，ZigBee通信技术便是其中非常重要的一种。家庭中那些独立的家用电器利用ZigBee通信协议组成了一个统一完善的系统，在此基础上利用现代互联网技术对家用电器等设备进行远程开关调节控制，从而便捷地对各种家用电器电子设备实现了最终操作。

1 ZigBee技术概述

ZigBee属于一种局域网通信协议，它基IEEE 802.15.4的标准。ZigBee又叫做紫蜂协议，它源自蜜蜂特有的八字舞，蜜蜂（即bee）之间传递花粉所在位置地址信息是靠飞翔和“嗡嗡”（即zig）地摆动翅膀的“舞蹈”动作实现的，这样便构成了蜜蜂群体中的通信网络。ZigBee是一种价格低距离短功耗少的无线网络技术。ZigBee协议由下至上分别为物理层、媒体访问控制层、传输层、网络层和应用层。智能家居中的各种照明、抄表系统、安防系统、传感器、门禁系统和其他信号传输的数据量还是比较小的，没有必要采用具备过大传输速率的通信协议，只要求可靠性强、容量大、低功耗、实时性和自组织性强。综合上述要求及相关特点，ZigBee技术是满足智能家居控制最合适的选择。

2 ZigBee通信协议的特点与性能

2.1 ZigBee通信协议的特点

功耗较低；容量大；距离短；成本较低；时延短；速率低；免执照频段；安全性强。

2.2 ZigBee技术在智能家居建筑中的性能

第一，可靠稳定。ZigBee在物理层采用了通信中的扩频技术，抵抗其他信号的干扰。MAC应用层具备应答重传的特殊功能和CSMA机制，它在节点发送之前先进行扫描，并且监听信道，达到了避开不良干扰的效果，当ZigBee网络因受到其他信号的干扰而使相关受干扰信道无法正常工作时，网络会自动动态的切换到其他工作信道上，是可靠稳定的建筑智能化中不可或缺的通信技术。第二，ZigBee节能性高。能耗特性是ZigBee协议的一个显著技术优势，一般来讲基于ZigBee技术的应用数据传输速率较低，当不需进行智能控制通信时，ZigBee节点也不工作，其处在休眠状态，它的节能性展现出来，此时耗能仅有正常完全工作状态下的千分之一。在大多数情况下，节点的休眠状态时间占了总时间的大部分，因此，达到很强的节能效果。

3 基于ZigBee协议的组网技术

有三种功能设备的应用是基于ZigBee技术：一是网络协调器。二是网络路由器。三是网络终端设备。前两种属于全功能设备（即FFD），后面一种则属于简化功能设备（即RFD）。ZigBee网络有三种网络拓扑结构，即星型网、网状网和树型网。它们都需要至少一个全功能设备作为网络协调器实现通信。ZigBee运用了动态和自主的路由协议，它基于AODV路由技术，其终端节点从不执行任何路由协议。终端节点若要向任意一个设备传输数据，设备向其父设备发送加入请求，经过父节点的同意后以自己的名义完成执行路由。不论哪个设备给终端节点传送数据，终端节点的上层父节点都以其自己名义回应。

4 ZigBee系列智能化家居产品类型

一是ZigBee遥控器。它的作用是控制对过码的设备，且实时显示设备状态。采用基于IEEE 802.15.42.4GHzRFMCU及ZigBee 2007/Pro协议栈，它利用ZigBee技术红外转发器，对智能窗帘、智能开关和网络插座等予以控制，并有效控制家用电器设备和实时查询联网设备当前状态，其利用触摸按键控制音量、调光和震动唤醒；遥控器基本功能包括：支持灯光照明单开单关；支持窗帘单开单关；控制过程状态显示；触摸对码和家用其他设备控制；机械滑动键调光及音量调节。二是ZigBee红外转发器。它接收网关命令或者遥控器信号，把ZigBee无线信号与其红外信号连接起来，完成无线信号到红外信号的顺利转发，所以可利用无线网络对家电等设备实现无线控制；应该注意的是：在使用之前需要和网关等设备实现对码。三是ZigBee智能开关。它的优点是安装简易、无线自动组网、性价比高、实现双向通讯和维护方便；操作前需要注意的是智能开关应先与网关遥控器等进行单控且执行情景对码操作，并存储情景对码信息。四是无线窗帘智能控制器。它是一款基于ZigBee技术的家居智能产品，通过无线窗帘控制器达到控制窗帘闭合的目的，窗帘状态反馈信号也通过控制器传输，实现双向智能化。五是智能插座。其内部硬件一般由功率继电器、ZigBee控制模块、微型开关电源等组成，若要进行远程异地控制，它还需要一个专门的ZigBee网关来联通外网，实现真正意义上的智能控制。

5 结语

综上所述，ZigBee技术所具备的基本优点和性能满足了现代智能家居对通信方面的要求，它更具备自组织和自愈能力，它是智能家居系统理想的最通信方式。由最新的ARM9嵌入式系统、手机模块及ZigBee模块组成了智能家居控制器硬件；家庭网络采用ZigBee无线网络，组成的整个系统功能完善，能够适应以后智能家居发展的需要。ZigBee技术已成为智能家居建筑中一种非常重要的技术，它在该领域必将得到大规模应用和推广。

参考文献

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