基于ZigBee和ARM的智能住宅系统

彭保基

摘要：在云计算时代，智能网络组网选择ZigBee协议。ZigBee无线网和ARM芯片能组建无线网关，实现智能住宅网络的控制管理系统。智能住宅网络的无线网技术有多个选择，ZigBee无线网应用最为广泛。智能家居系统在物联网时代实现精确化控制，具有广泛的应用前景。论文给出了实际组网方案和芯片连接方法，能在智能住宅系统中得到很好的应用。

关键词：无线网 智能住宅 ZigBee 无线网关

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0030-01

1 概述

智能住宅最早是家电和安全控制界的产品，称为信息家电，将家电通过MCU连接到网络上进行控制，还包括安全门禁系统包括门磁，窗磁等产品。连接技术主要是控制器构成的总线系统，包括美国X-10总线、欧洲 EIB和澳大利亚C-BUS等，用这些总线构成的系统成本昂贵，只能用在高档小区。我国2003年以后发展的智能家居行业包括三个方向，信息产业部电信研究院和科技司分别推出，电信、华为发起的CCSA协会和联想、康佳发起的以PC机和数字电视的IGRS协议，以及海尔组建的以信息家电为主的e家佳（ITopHome）行业组织，分别关注联网协议、网络产品和传输介质，电脑和彩电等数字化娱乐设备，以及传统的家电联网。当前的发展趋势是云计算，数据实现云存储，而重要的软件部分例如数据分析则由云计算来实现。

2 智能住宅无线网络技术

智能住宅网络从以太网等网络介质连网技术转移到了无线组网。无线网技术的优势是，使用无线网传输方式，利用无线电磁波传输信号，使得组网系统没有传输布线成本，网络连接简单实用。而近几年出现的无线传感器，将各类信号转化为电信号，可以加入无线网络内，实现无线的数据传输。无线网技术有超宽带无线技术（UWB）、ZigBee、无线局域网Wi-Fi、蓝牙Bluetooth、近场通信 NFC 和红外通信技术 IrDA 等，适用于不同的应用。IrDA距离短不能过障碍物传输，适用近距离遥控。Wi-Fi尽管使用TCP/IP协议和高速网络，但是耗能高，适合传输大量数据，可作为公共无线局域网技术，而并不是使用在智能家居的组网技术中。蓝牙 Bluetooth用在数字设备的数据传递中，包括笔记本电脑和外设、蓝牙耳机、手机和平板电脑等的数据和音频传递。ZigBee是mesh网络，具有自主组网的功能，采用点到点连接，网络复杂度低，而且还具有远距离、低功耗、低成本等优点，成为智能住宅网络组网的首选技术。

3 ZigBee 无线网的智能住宅网络

ZigBee无线网是一组节点共享无线信道。节点类型有两种：全功能节点FFD和精简节点RFD。全功能节点可作为网络中心控制器或路由器，RFD只能作为终端设备，负责收集数据并转发到上层路由器节点。ZigBee无线网有三种节点设备：网络中心控制器、路由器和终端数据节点。ZigBee无线网使用最佳路径选择路由算法，节点负责寻找路径，通过最优路径传递数据到目的地址。路由节点还具有自愈功能，动态维护路由表，可建立新寻址路径而不再使用断开的链路，提高网络的可靠性。ZigBee的每个群集有唯一的群集ID。

ZigBee芯片主要有CC2530，MC13224，JN5152，MJ2440，EG500。T1CC2530的价格约人民币在18元左右。CC2530功能包括2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收发器，增强型8051CPU，8KB RAM， 256KB FLASH，DMA，ADC、定时器、串行口传输等。ARM是32位低功耗RISC芯片，具有SDRAM、FLASH 、USB和网络接口，是无线网关的主处理器，选用ST公司的STM32系列的ARM芯片。基于ZigBee协议和ARM技术的智能住宅系统的组网图见图1。

无线网关中，ARM通过串行口UART1与ZigBee芯片CC2530连接，M590E是GPRS模块，能通过短信或GPRS等方式与手机通信。ARM还通过USB、串行口或者网络接口与住宅PC网络连接。ZigBee无线网是由无线网关的CC2530控制器，信息家电终端节点、门禁安防系统和传感器网络组成，将家电设备、火灾烟雾报警、温度湿度显示等传感器网络设备连接起来，实现资源共享。无线网关可以通过PC网络或者用GPRS模块实现internet远程控制，在住宅之外可以控制信息家电等设备。手机可以作为网关的控制设备，进行参数设置等功能。

4 结语

智能住宅网络的无线网技术有多个选择，ZigBee无线网应用最广泛。ARM和ZigBee构成无线网关，可实现智能住宅网络系统，对家电、安防和传感器进行智能控制和管理。智能家居系统在物联网时代实现精确化控制，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]郭利峰.论智能家居网络系统的应用现状及发展前景.科技信息，2008（15）：61.