一种基于ZigBee的智能家居系统设计*

刘 军

(湛江幼儿师范专科学校,广东 湛江 524084)

1 ZigBee无线传感网络综述

ZigBee的名字来源于蜜蜂传输信息的方式，是一种新兴的无线传感网络技术[1]，ZigBee模块类似于移动网络的基站，通信距离为数十米至数百米，支持无线扩展，是无线设备之间的一种通信方式[2]，它介于蓝牙和无线标记之间，用于无线模块和模块之间通信[3]。

ZigBee有一套标准协议，在构建无线局域网时，用于传感器的数据收集和监控，这个网络就叫做无线传感器网络[4]，其优点是大规模组网能力和低功耗，缺点是数据传输速率不大，它主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输(包括典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据)[5]，本文主要介绍一种基于Zigbee的智能家居系统的设计。

2 系统工作原理

图1 系统工作原理

这个系统由电脑或手机的控制端、ZigBee协调器模块(已连接WiFi模块)、路由器模块、终端节点模块和用户设备这几个部分组成。其原理为系统初始化时，ZigBee协调器模块在信道上创建PANID为0xFF00的网络，ZigBee路由器模块和终端节点纷纷加进这个网络，在加入网络过程中，路由器模块和终端节点模块会把自己的64位MAC地址发送给协调器，让协调器给它们分配属于这个网络的16位短地址。

3 系统硬件组成框图

图2 系统硬件组成框图

系统硬件中，WiFi模块的型号为ESP8266，负责将ZigBee协调器模块与电脑或手机控制端相连接，ZigBee协调器模块、电灯节点、温湿度节点和风扇节点由基于CC2530芯片的ZigBee无线模块组成，电灯节点和风扇节点通过继电器分别连接电灯模块和风扇模块，温湿度节点与温湿度传感器相连接。

4 CC2530最小系统设计

本研究的硬件平台以TI公司给出的最小系统参考电路为基础进行设计。最小系统中的去耦电容C401和偏置电阻R301是非常重要的，如果这两部分出现问题，会导致CC2530无法正常工作。如果要通过仿真器给芯片烧写固件，需要连接的接口有5个：VCC、GND、P2_1、P2_2和RESET_N。

图3 CC2530最小系统参考电路

5 系统软件设计

5.1 系统主程序流程图

图4 系统主程序流程图

该系统的主程序流程图如图4所示。解析控制命令和ZigBee协调器模块通过射频接收模块接收并切换ZigBee路由器节点和终端节点的状态传感器信息，ZigBee路由器节点和终端节点通过继电器控制电气设备的功。

5.2 ZigBee协调器软件设计

ZigBee协调器模块程序流程图如图5所示。开机后，ZigBee协调器模块开始创建PAN并允许其他ZigBee节点模块加入网络。当ZigBee协调器模块从串口读取到LED电灯、FAN风扇等命令时，串口中断函数会对这些命令进行解析和判断，然后把控制命令发送出去。由于电灯节点、风扇节点、温湿度计节点已经和ZigBee无线模块绑定在一起了，并且每一个ZigBee无线模块上的CC2530芯片的64位MAC地址是固定且已知的，而16位网络地址是随机的，所以ZigBee协调器模块将控制命令解析后，经过简单的判断后就能知道控制命令要发送给哪个节点模块，如LED等电灯控制命令会发送给电灯节点模块、FAN等风扇控制命令会发送给风扇节点模块。

图5 ZigBee协调器模块程序流程图

6 结束语

基于ZigBee技术的智能家居系统在硬件和软件系统相结合的环境下，可以方便地对家电进行控制和对安防预警，系统具有一定的稳定性和扩展性，可以达到预期目标，满足用户的需求，有利于提升基于ZigBee的物联网智能家居系统设计水平，促进在实际中的推广应用，具有积极作用和价值意义。该控制系统结构简单、扩展方便，说明ZigBee这种无线传感器网络技术适合应用在智能家居领域上，具有可推广性。