zigbee智能家居系统设计

　　Zigbee技术已经出现近十多年。记得Zigbee出现初期，曾有一批公司以Zigbee应用为创业方向。可以说至今Zigbee市场始终没有红火起来，不过随着近年智能家居的应用逐渐增多，Zigbee技术又时常会出现在我们眼前。与同样是2.4GHz频段的蓝牙，Wi-Fi技术相比、Zigbee可以说是一个熟悉又陌生的技术。接下来我们一起来探讨一下关于zigbee智能家居系统的设计。

zigbee智能家居系统的设计

　　1、总体框架平台设计

　　ZigBee智能家居系统平台由硬件平台和软件系统构成，在两者相协调的框架之下，实现快速而高效的ZigBee节点开发和设计。

　　该系统的软件开发环境主要采用EW，集成C/C++的交叉编译和调试，支持ARM微处理器，在高效安全的可执行代码之下，实现多级优化，从而达到速度和代码尺寸的均衡。在其软件系统中，集成了内核识别插件，可以对各个运行任务的信号灯、邮箱、队列、事件标志等信息，进行全面而细致的了解。在该系统中，主要是按照项目进行管理，可以给项目添加文件，并在程序项目设计之前，要对工程环境进行高效的、个性化的设计，以实现与需求相契合的控制目标。

　　2、系统设计方案分析

　　智能家居系统以其先进性和实用性，为人们提供舒适、高效的生活环境，具有良好的开放性特征，其设计方案主要是采用GPRS数据业务接入Internet和短消息的方式，对电脑终端进行控制，还可以通过手机移动终端操控的方式，对智能家居系统进行监控，用户可以随时根据自己的需要对家中各个设备、环境状况等进行查看，弥补了地域限制等问题。

　　3、在ZigBee技术基础上，进行局域网的组网，通过家居控制器，融合室内局域网和外网GSM，该系统主要包括传感器信号采集模块、家电端控制模块、总控制器等，由传感信号采集信息，并对信号进行分析，确定其是否达到预定报警值，一旦超出预定值，则给传递报警信号给总控制器，总控制器在分辨传感器节点位置的前提下，通过相应算法，进行选择操作，在智能处理的方式下，以短信息的方式通知主人，主人可以及时通过移动终端对家居状况进行查看和了解。具体结构主要为：

　　（1）安防子网。这个子网中包涵四大基础模块，即：温度检测模块、烟雾检测模块、煤气检测模块、人体红外感应模块。

　　（2）灯控子网。在这个子网之中，主要有灯控制模块和窗帘控制模块。

　　（3）总控制器。这是由ZigBee通信模块、主控芯片、GPRS等构成。

　　（4）远程终端。这是用户的移动接收方式，较为简单，可以进行信息的及时接收和控制。

　　基于ZigBee的智能家居系统的主要功能

　　（1）煤气泄露监测。在系统节点通过煤气传感器监视的状态下，当煤气浓度达到一定的危险值时，可以将煤气泄露信号传递到总控制器模块之中，系统会立即切断煤气阀门，通过GSM网络将信息传递到用户的移动终端设备上。

　　（2）防盗报警监控。在家居环境受到非法入侵时，如：家中玻璃碎裂、门窗遭受意外入侵等，传感器可以瞬间检测到警情，并将信号传递给总控制器，并在GSM网络下将短消息传达到用户手中，进行报警，及时地防范家中财产的损失。

　　（3）火灾监测。系统的室内感温探测器可以监控到家居环境中的火灾隐患，当检测到火灾的存在时，及时通过GSM网络将信号传递到用户手中，进行报警。

　　（4）病人心电监护。对病人的各项生命体征指标如：血压、心率等，通过监护器将信息传递给总控制器，再以短消息的方式传达给主人，对家中的病人进行监护。

ZigBee智能家居控制系统调试

　　ZigBee技术是近几年逐步发展起来，很有市场潜力的一种无线连接技术。它是为了满足低功耗、低数据量和低成本的无线网络要求而诞生的。完整的ZigBee协议由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。Zigbee技术的特点在低功耗、低成本、短时延、高容量、高安全、自组织、低速率、可达百米以上距离，还有就是使用免执照频段。它是目前是局域网技术里面最安全的一种技术。Zigbee解决方案，在基于广受赞誉的Zigbee Pro的mesh网络协议，具备多项针对当今市场和不断演化的风险环境设计的安全新功能。比如包含了最初为zigbee Smart energy智慧能源标准开发的安全功能，该功能已经在全球数以亿计的电表中得到应用，至今尚未发现存在安全漏洞。

　　1、PCB设计调试

　　对PCB软件的设计软件采用Protel ，它依据改进型的布线规则，如：最短走线、水平、垂直等，同时，优化了内部算法，极大地提升了布线的成功率，避免了短路或网络混乱的现象

　　2、GSM模块软件调试

　　在电脑端要对模块进行测试，将模块通过串口连接的方式，与计算机相连接，打开调试软件，并输入命令，在模块正常启动之后，检测网络的信号质量，进行电话呼入的测试，确定与GSM通信所契合的数据帧结构，以帧格式为依据进行编程。

　　3、ZigBee模块软件调试

　　这主要采用Chipcon的基于cc2430的开发套件，将协调器端程序进行下载，在协调器商端初始化的状态下，与计算机相连，进行测试。

　　2 .基于Zigbee技术的智能家居控制器的设计

　　智能家居系统的网络通信具有如下特点

　　①传输数据量小，无需太大的传输速度；②网络的容量大，以满足家庭中的各种家电设备；③信息的实时性好，时延短。

　　ZigBee的技术特点决定了其能很好地满足智能家居网络的上述需求，特别是具备自组织、自愈能力，这样的无线通信技术是智能家居系统理想的通信方式。智能家居系统可通过GSM/GPRS/CDMA/网络、ZigBee个域网、互联网以及小区信息网实现信息的互联互通。用户在户外可通过手机调控家中的电器和照明装置，也可及时得到家中的防盗、防火、防煤气泄漏等报警信息；在家中可通过遥控器调控家电设备。控制器还兼有可视对讲系统室内主机功能，能查阅社区发布的各类信息，必要时可向社区保安发出报警求救信号。系统主要由一个智能家居控制器和若干个室内监控ZigBee功能模块组成。智能家居控制器经2个无线通信网络、互联网以及2条有线通信线路与外部设施实现信息的互联互通，因而智能家居控制器又可视为数字家庭网关。

zigbee在智能家居中应用

　　Zigbee应用在智能家居行业自于无线传感器网与智能家具的基本属性所决定的。因为智能家居的基本属性包括：第一个全天候、第二个全区域、第三个全功能。Zigbee还有更强的整合能力，解决传统需求，最终达到优化生活方式的目的。智能家居的全天候工作都是要求我们整个系统，不受白天黑夜的限制，从唤醒用户到送出门上班，从迎接客户回家到陪伴用户入睡，智能家居一直在工作着，甚至当客户入睡也要随时听候吩咐。如果用户夜间起床，智能夜灯自动启动。Zigbee技术用在智能家居最大的优点就是全区域，Zigbee的节点数越多越多稳定，用户在家中任何区域都可以与智能家居进行交互并享受相应的功能，甚至不在家中的时候也可以进行远程查看和控制，其广泛的交互区域和互动能力也是一般传统家居功能不能比拟的。

　　由于Zigbee传输速率比较低，带宽有限，其发射功率在的毫瓦级，而且采用睡眠、休眠模式，功耗比较低。因此Zigbee设备非常省电。Zigbee的网络容量非常大。它一级网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备。单一网络区域里可以同时存在100多个Zigbee网络而且网络组成灵活。网状网结构的Zigbee网络结构理论上可以有65000多个节点。

　　Zigbee技术里面采用了碰撞避免的策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开发送数据的竞争和冲突。它的Mac层使用了网点确认的数据传输发送模式，每一个发送数据包都必须等待对方确认信息。如果传输过程中出现问题可以申请重发，所以它形成了高可靠性。由于智能家居的很大一部分来自于传感器节点，所以说对传感器节点的低功耗要求是非常的高。一般就是用纽扣电池或者锂电池，而且需要长期的工作，得益于睡眠功能，可以运行一年、两年而不用换电池的特性。

ZigBee系统方案

　　ZigBee自组网包括各个终端节点，这些节点配合继电器控制家庭中各种电器开关、温湿度传感器等家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能。从通信的角度讲，每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee 协议进行无线通信。智能家居系统网络大致可分为外部网（因特网）、内部网（ZigBee自组网）和家庭网关。其中，家庭网关是核心部分，它负责家庭内部网络和外部网络的连接和协议转换。下面介绍内部网，这里的内部网就是ZigBee自组网，根据家庭布局采用树状或者星形网络拓扑。ZigBee自组网包括各个终端节点，这些节点配合继电器控制家庭中各种电器开关、温湿度传感器等家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能。从通信的角度讲，每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee 协议进行无线通信。

　　系统方案

　　ZigBee节点的硬件设计较为简单，比如，可采用TI公司的CC2430芯片，在单个芯片上整合ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用一个MCU（加强型8051），具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含ADC、定时器、AES128 协同处理器。数据采集单元选用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11 。作为一个标准的智能家居，需要覆盖多方面的应用，但前提条件一定是任何一个普通消费者都能够非常简单快捷地自行安装部署甚至扩展应用，而不需要专业的安装人员上门安装。一个典型的智能家居系统通常需要下列设备。

　　无线网关

　　是所有无线传感器和无线联动设备的信息收集控制终端。所有传感、探测器将收集到的信息通过无线网关传到授权手机、平板电脑、电脑等管理设备，另外控制命令由管理设备通过无线网关发送给联动设备。比如家中无人时门被打开，门磁侦测到有人闯入，则将闯入报警通过无线网关发送给主人手机，手机收到信息发出震动铃声提示，主人确认后发出控制指令，电磁门锁自动落锁并触发无线声光报警器发出报警。

　　无线智能调光开关

　　该开关可直接取代家中的墙壁开光面板，通过它不仅可以像正常开关一样使用，更重要的是它已经和家中的所有物联网设备自动组成了一个无线传感控制网络，可以通过无线网关向其发出开关、调光等指令。其意义在于主人离家后无需担心家中所有的电灯是否忘了关掉，只要主人离家，所有忘关的电灯会自动关闭。或者在你睡觉时你无需逐个房间去检查灯是否开着，你需要做的只需按下装在床头的睡眠按钮，所有灯光会自动关闭，同时你夜间起床时，灯光会自动调节至柔和，从而保证睡眠的质量。

　　无线温湿度传感器

　　主要用于探测室内、室外温湿度。虽然绝大多数空调都有温度探测功能，但由于空调的体积限制，它只能探测到出风口空调附近的温度，这也正是很多消费者感觉其温度不准的重要原因。有了无线温湿度探测器，你就可以确切地知道室内准确的温湿度。其现实意义在于当室内温度过高或过低时能够提前启动空调调节温度。比如当你在回家的路上，家中的无线温湿度传感器探测出房间温度过高则会启动空调自动降温，等你回家时，家中已经是一个宜人的温度了。另外无线温湿度传感器对于你早晨出门也有着特别意义，当你在空调房间时，你对户外的温度是没有感觉的，这时候装在墙壁外的温湿度传感器就可以发挥作用，它可以告诉你现在户外的实时温度，根据这个准确温度你就可以决定自己的穿着了，而不会出现出门后才穿多或者穿少的尴尬了。

　　总之Zigbee主要特点是自组网能力强，自恢复能力强，因此对于像地下、井下定位、停车场地位、室外的温度采集、污染采集，非常有吸引力。在智能家居，我们就用最多的就像开关面板、插座窗帘、现在很火的智能门锁，这些就非常有特点。以上就是zigbee智能家居系统的设计相关内容，希望大家看完本文之后对zigbee智能家居系统更为了解，感谢关注！

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