基于Zigbee技术的智能窗帘网络化控制系统

陈海松，夏继媛

（1.深圳职业技术学院 工业中心，广东 深圳 518055；2.深圳职业技术学院 电通学院，广东 深圳 518055）

随着面向家庭、办公大楼控制及自动化的短距离无线技术的发展，无线控制智能化所带来的机遇正开始成为现实。在已出现的各种短距离无线通信技术中，ZigBee凭借领先的技术和性能水平成为短距离无线通信技术中的强有力的竞争对手[1]。

现在市场上，很多智能窗的产品难以做到集中控制，即使可以做到集中控制也无法实现无线控制，而本系统可针对整栋办公大楼的窗帘（大厦幕墙）进行无线控制、集中管理，美化整栋建筑外观的同时，让外界感觉有一种整齐一致的感觉。

系统还考虑到人性化管理，用户只要动动手中的遥控器就可以控制产品。同时，系统通过传感器检测到的光照强度和空气湿度，就可自动调节产品的位置，不用人为干预，实现智能化管理。

系统只须在一个楼层的控制节点中安装传感器就可对整栋办公大楼的窗帘实现统一管理，无须每个楼层都安装传感器，极大节约系统成本。

通过Zigbee无线网络连接，楼层之间无须布线，安装方便。此项目把Zigbee技术应用于整栋建筑的集中、联动控制，在国际上处于领先地位，具有很大应用前景。

1 系统设计

1）系统组成

作为一种基于IEEE 802.15.4标准的无线传输技术，ZigBee可满足远程监视、控制和传感器网络应用等需求。它具有低速率、低功耗、低成本的特点，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进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，工作频率为868 MHz、915 MHz或2.4 GHz，其中2.4 GHz是一个全球通用的ISM频率[2]。

系统的射频通信采用Chipcon公司的CC2530，通过Zigbee无线网络技术，以簇状连接方式组网[3]。中心控制节点通过定期检测传感器的状态来判断天气状况，根据室外温度、光照强度和空气湿度来统一调节百叶窗的倾斜角度，避免阳光直射进入办公区域，如需窗帘动作，则向各无线路由或终端节点广播消息，各无线网络终端节点根据中心节点的广播消息来分别控制各自楼层的窗帘动作、灯光亮度调节、空调的开关，无线路由节点除完成本楼层控制外，还将该消息转发至邻近节点，从而实现对整栋大楼窗帘的集中控制与管理，同时，通过各个楼层的控制节点也可以单独控制各自窗帘、照明及空调，满足个性化需要。系统硬件框图如图1、2、3所示。

图1 系统网络拓扑图Fig.1 System network topology map

图2 中央控制单元硬件框图Fig.2 Central control unit hardware block diagram

图3 无线节点硬件框图Fig.3 Wireless node hardware block diagram

2）系统工作流程

采用对整栋办公大楼进行集中式的总线型控制，系统只需在一个楼层的控制节点中安装传感器就可对整栋办公大楼的窗帘实现统一管理，无需在每个楼层都安装传感器，对整栋办公大楼的窗帘（大厦幕墙）进行无线控制、集中管理，美化整栋建筑外观的同时，同时极大节约系统成本。通过Zigbee无线网络连接，楼层之间无需布线，安装方便。系统还考虑到人性化管理，用户只要动动手中的遥控器就可以控制产品。同时，系统通过传感器检测到的光照强度和空气湿度，就可自动调节产品的位置，不用人为干预，实现智能化管理[4]。本系统的软件设计，主要分为两个部分：Coordinator中央处理单元，这个部分由AVR单片机负责处理，主要解决传感器检测的信号处理，和串口通讯的通讯协议；Zigbee模块负责处理AVR单片机传送的信号，和对全部End-device进行控制；End-device无线节点，这个部分是由Zigbee模块负责，主要负责对窗进行控制和及时反馈信息给Coordinator。系统的工作流程如图4~图7所示。

图4 系统控制器工作流程Fig.4 System controller working process

图7 红外控制模块Fig.7 Infrared control module

2 系统调试

由于Zigbee模块的标准通讯距离是在75 m，很难实现远距离通讯，所以在系统设计时加入路由节点，由控制单元发送指令到最近的路由节点，节点通过算法选择下一个路由或者终端节点[5]。通过对环境的光照强度、湿度的变化以及红外遥控来对智能窗帘网络化控制系统进行测试，光照强度强时，窗帘关起；湿度低时，窗帘关起，反之开启；按下红外遥控，电机取反；Zigbee技术传输距离，测试结果如表1所示。

表1 Zigbee技术的智能窗帘网络化控制系统调试Tab.1 Zigbee technology intelligent curtain networked control system

图5 Coordinator中央处理单元的Zigbee模块Fig.5 Coordinator central processing unit Zigbee module

图6 各节点ZigBee模块Fig.6 Each node ZigBee module

3 结束语

本项目研发的网络化智能楼宇控制系统，除适用于商业办公大楼外，也可应用于住宅小区，实现对小区整栋住宅楼的集中控制管理，使家庭现代化程度显著提高。此外，有别于一般红外或自有射频无线通讯解决方案的是，这种建构于IEEE 802.15.4物理射频标准之上的无线技术能够解决不同制造商产品之间的互操作能力，网络组成部分只需通过增加更多的FFD或者RFD就能扩展[6]，可与楼内智能安防、监控等其他系统联动，为各种应用提供了巨大的灵活性，在未来几年有不可抗拒的发展趋势，市场前景巨大，利润丰厚。

[1]NIU Dou，YANG Mei.111e networking technology within Smart Home system-ZigBee Technology[J].International Forum on Computer Science-Technology and Applications，2009（2）：29－33.

[2]张维勇，冯琳.ZigBee实现家庭组网技术的研究[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2005，28（7）：755－759.ZHANG Wei-yong，FENG Lin.ZigBee implementation of home network technology[J].Journal of HeFei University of Technology：Natural Science Edition，2005，28（7）：755－759.

[3]徐方荣.无线智能家居控制系统的设计[J].现代建筑电气，2010（1）：24－27.XU Fang-rong.Wireless intelligent home furnishing design of control system[J].Modern Building Electrical，2010（1）：24－27.

[4]申利民，翁桂鹏.基于ZigBee的智能小区LED路灯控制系统设计[J].中国照明电器，2011（2）：26－29.SHEN Li-min，WENG Gui-peng.Intelligent community based on ZigBee LED street lamp control system design[J].Lighting Appliances in China，2011（2）：26－29.

[5]Abdulla R，Ismail W.Extend active RFID with a ZigBee network[J].Microwaves&RF，2011，50（2）：79－87.

[6]PENG Jun-jie，HE Hui，ZHU Ping-an，et al.Zigbee-based new approach to smart home[J].Journal of Shanghai University，2010，14（1）：12－16.