zigbee在智能家居中的应用

发布者：智家网
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2021-05-24 11:12:23

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　　随着信息技术和网络技术地高速发展及人们居住理念地变化与提升，人们越来越追求生活细节地简单化和智能化，希望在日常家居生活中都能置入智能化程序，享受“一键oK"式地简单生活操作。于是智能家居、智能住宅、数字家园、网络化住宅、家庭网络、数码家庭等概念在国内外被广泛提出，各种新技术在家庭智能化系统中不断得到应用。下面是关于zigbee在智能家居中的应用介绍。

zigbee在智能家居中的应用

　　之前提到过，由于居民房屋建筑面积符合ZigBee近距离传输的特点，因此，ZigBee被广泛应用到智能家居领域中。一是大幅度提高了智能家居的控制速度，让用户能够体验到智能家居的便利性；二是ZigBee的每个节点都非常省电，持续工作时间长，相比，wifi、蓝牙等能够更好满足每个家庭的需求，因此，成为智能家居中应用最广泛的通信技术。

　　Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。

　　实际应用举例如下：照明控制、环境控制、自动读表系统、各类窗帘控制、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、内置家居控制的机顶盒及万能遥控器、暖气控制、家庭安防、工业和楼宇自动化。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。

　　将ZigBee无线技术应用在智能家居上，并通过因特网甚至是手机远程监控来实现智能家居设备地管理这一理念，构建了智能家居系统，通过家庭网关将家庭内部无线网络和外部广域网沟通起来。研究了ZigBee各个通信协议层地具体功能与作用，采用Jennic公司地JN5139R1M0模块，它符合ZigBee标准。以该模块为核心设计节点硬件电路，在开源代码地基础上完成了协调器和终端节点软件相关应用地设计，从而组建智能家居内部无线网络。

　　家庭网关是由家居内部无线网络ZigBee协调者和嵌入式Web服务器两个部分组成，两者各司其职，前者主导家庭内部无线网络，后者与外部网络通信。为了实现远程监控功能，以嵌入式Linux为平台构建了Web服务器，并移植了数据库Sqlite.用户通过家庭网关达到监控智能家居地目地。实验结果表明，用户通过家庭网关可以实时监控和管理智能家庭设备，ZigBee无线技术适合于组建智能家居系统，系统安装方便，扩展性好，具有很好地实用价值。

　　ZigBee作为一种经济的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。已经被越来越多的人多熟知，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。非常适合用于家居自动化控制和远程控制领域，可以轻松嵌入到各种家庭电器设备中。完全满足空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等应用需求。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。

　　无线通讯在智能家居的应用分为两个阶段。第一阶段是采用315/433M射频通讯技术，这种方式一开始是采用主机到设备端单向、点对点的通讯方式，整个网络一般为星型结构，后期也有厂家尝试自己定义通讯协议，实现双向通讯，甚至网状的网络结构。但是由于技术难度的原因，其稳定性、抗干扰能力及组网能力等都会出现不同程度的问题。

　　第二阶段是采用ZigBee无线通信协议。近几年，全球顶尖IT业者组成了Zigbee联盟，并推出用于无线通讯的ZigBee协议。ZigBee技术实现了数据的无线、双向传输，并解决了射频传输稳定性较差、抗干扰能力不强的问题。另外，它能使设备自动组成网状网络，每个设备都可以实现信号中继的功能。这样不但使无线通讯距离得到极大的延伸，同时也无需进行对码，使安装、调试和维护更为简便。

　　ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。

　　ZigBee技术介绍

　　ZigBee 一般翻译为群蜂技术，ZigBee一词源自于蜜蜂（Bee），系因蜜蜂看似随意在跳着字形舞，但实际上却是将有花和蜂蜜所在地地讯息正确地传达给其他蜜蜂。而ZigBee也具备相似地通讯能力，可以将讯息透过ZigBee 网路传递给其他ZigBee装置。ZigBee包含了两种不同单位所制定地通讯规格，一个是由ZigBeeAliance所主导地标准，定义了网路层、安全层、应用层以及各种应用产品地Profile；另外一个则是由IEEE所制定地IEEE802.15.4标准，定义了实体层以及媒体存取层。Zigbee是一种新兴地近程、低速率、低功耗地无线网络技术，主要用于近距离无线连接具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本、自组网、高可靠、超视距地特点。主要适合应用于自动控制和远程控制等领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜地、低功耗、自组网地近程无线通讯技术。

　　ZigBee定位技术原理

　　ZigBee是一个协议，也是一种标准，该标准定义了短距离、低数据传输速率无线通信的所需要的一系列的通信协议。

zigbee在智能家居中的优势

　　Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

　　Zigbee技术在智能家居中的应用，具有以下优势：

　　抗干扰力强：Zigbee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术，比起一般FSK，ASK和跳频的数传电台来，具有更好的抗干扰能力。

　　保密性好：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128，长达128位的密码给ZIGBEE信号传输的保密性提供了保障。

　　传输速度快：ZIGBEE传输数据多采用短帧传送，因此，传输速度快，实时性强。

　　可扩展性强：ZIGBEE组网容易，自恢复能力强，因此，便于在智能家居中进行扩展，增加新设备。

　　ZigBee特点：

　　低功耗——由于Zigbee的传输速率低，发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低，因此Zigbee设备非常省电。据估算，Zigbee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。

　　成本低——Zigbee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—2.5美元，并且Zigbee协议是免专利费的。低成本对于Zigbee也是一个关键的因素。

　　低复杂性——Zigbee协议的大小一般在4-32KB，而蓝牙和Wi-Fi一般都超过100KB。

　　时延短——通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此Zigbee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。

　　网络容量大——一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络，而且网络组成灵活。并且在一个网络中最多可以有65000个节点连接。

　　网络建立——Zigbee能够自动建立其所想要的网络。

　　可靠——采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果传输过程中出现问题可以进行重发。

　　安全——Zigbee提供了基于循环沉余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

zigbee在智能家居中的应用原理

　　Zigbee，一种用于连接不同的智能家居设备的通用协议，它是帮助智能家居网关控制家庭设备的主要协议之一。Zigbee使用IEEE的802.15.4区域网络标准与10到20米之间的其他Zigbee设备进行通信，由于房屋建筑面积存在一定局限性，刚好处于Zigbee传输距离范围内（10到20米），因此，ZigBee无线通信技术成为了智能家居的理想选择。Zigbee主要依靠无线网络进行传输，在近距离无线连接方面具有显著优势。Zigbee可以创建很多网络接点，每个可互操作的设备都能够与下一个设备进行通信。要想实现家庭智能化控制，会用到许多智能家居设备和传感器，而Zigbee兼容性能十分强大，能够支持大量的设备。并且，它可以在极短的时间内处理65,000个设备的信息。又因为处理时间短，所以能耗非常低，最终形成了一个良性循环。

　　你知道Zigbee名称的来历吗？Zigbee来源于一个十分有趣的事实。当蜜蜂回到它们的蜂巢时，它们会做一个“摆动舞蹈”，将重要信息传达给其他蜜蜂，例如在哪里可以找到高级花粉或新巢的所在位置。而这种曲折的舞蹈就是Zigbee的名字。

　　Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

　　综上所述：ZigBee技术安全性高、功耗低、自动组网能力强，比较适合未来满足智能家居的需求。zigbee在智能家居中的应用是以家庭为单位进行设计安装，每个家庭都安装一个家庭网关、若干个无线通讯ZigBee 子节点模块。在家庭网关和每个子节点上都接有一个无线网络收发模块（符号ZigBee技术标准地产品），通过这些无线网络收发模块，数据在网关和子节点之间进行传送。