基于ZigBee的低功耗智能无线控制系统的设计

熊登峰 周海珍

摘要：随着家用电器设备的数量与功能越来越多，人们对于智能家居控制技术的需求也越来越迫切。基于ZigBee的低功耗智能无线控制技术一定程度上实现了TCP/IP与低功耗的ZigBee二种技术优点组网连接家电设备实现家电的低功耗智能控制技术。

关键词：ZigBee;智能;无线控制系统;系统设计

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0139-01

随着人们生活水平的不断提高，室内的空调、灯光、电视、冰箱等家电设备的数量与功能也越来越多，从而导致控制各种复杂多样的家电设备变得非常繁琐，这就需要一个综合的智能家电设备控制系统来解决这一问题。现阶段的主流的智能家居控制系统基本上采用WiFi无线局域网组网连接家电设备实现家电的智能控制，该技术的弊端在于高能耗和高成本[1]，仅适用于经济条件较高的家庭用户使用。然而基于广泛使用的TCP/IP與低功耗的ZigBee二种技术优点组网连接家电设备实现家电的低功耗智能控制技术产品的研究较为少见。

1 系统总体设计原则

基于ZigBee协议的智能家居控制系统是一个实用性很强的应用型系统，本次系统设计的主要目标首先就是要实现能够在移动客户端Android平台上轻松自如地完成对用户的所有家电的自由控制，包括窗帘、灯光、空调等。并具备一定的自动化控制功能和手动设置功能。

2 网络拓扑图设计

用户通过浏览器登录智能家居网站，通过网络发送请求到服务器。而服务器拥有发布出来的Service，根据用户请求调用这些Service，从而实现根据用户的请求发送相应的命令。系统的网络拓扑架构设计如图1所示。

3 功能结构设计

本系统从家具智能监控的业务活动出发，设计了2个主要的功能模块，分别是用户管理、智能窗帘控制。系统的功能结构如图2所示。

4 系统网关架构设计

主机设备上的网关，主要是物联网和外部进行连接的软件设备支持。该系统网关结构如图3所示。

在对网关程序进行开发和实现的时候，设计的所有物联网网关都必须支持[2]，并且能够支持格式转换，将其转换为系统所统一的格式。它们之间的转换关系流程图如图4所示。

5 系统硬件设计

系统选择ZigBee标准作为无线网络传输方式。在硬件上采用CC2530 SoC芯片，智能开关设备是具有ZigBee路由功能嵌入式设备。网关硬件设计为采用CC2530-ZNP芯片，并采用SPI接口，按照图3和图4设计网关硬件和主机连接。网关和智能设备采用的芯片均为SoC，并都支持ZigBee协议栈。主机CPU采用的是ARM9，系统为裁剪后的Linux系统，网关采用CC2530 ZNP。

系统以智能家居为例，结合当前智能家居在我国现阶段的实际发展情况，设计研发了一套基于ZigBee协议的智能家居控制系统。实现了不要布线，安装简单，移动方便的无线智能家居控制系统。

参考文献

[1] 童晓渝，房秉毅，张云勇，等.物联网智能家居发展分析[J].移动通信，2010，34（09）：16-20.

[2] 卿勇.智能家居发展及关键技术综述[J].软件导刊，2017，16（01）：180-182.

Abstract：With the increasing number and functions of household appliances， people's demand for intelligent home control technology is more and more urgent. Zigbee-based low-power intelligent wireless control technology to a certain extent realizes the advantages of TCP/IP and low-power ZigBee two technologies networking and connecting electrical appliances to realize low-power intelligent control technology of electrical appliances.

Key words：ZigBee; Intelligent; Wireless control system; The system design