ZigBee短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用

伍云

【摘要】ZigBee作为当代科技发展的产物，主要是一种短距离的无线通信技术，主要用于互联网技术，在家庭的无线组网中应用的比较广泛，本文在结合ZigBee短程无线通讯技术的自身特点和在家庭互联网的使用过程中出现的问题和状况，探讨出ZigBee短程无线通讯技术在职能家居系统中的应用方面的几个观点。

【关键词】ZigBee无线通讯智能家居

ZigBee短程无线通讯智能家居系统的主要功能就是让家庭中的所有通讯设备、家庭安装的装置以及家用电器等，通过网络技术来实现在家庭智能平台上的连接，从而为家庭居住提供一个舒适、便利和安全的环境。智能家居就是在利用先进的计算机和通信等高科技技术的基础之上，结合我们日常家居生活中的各种系统进行有机的结合，让过去的被动静止的家居结构变为智能的统一整体，为家庭提供更加方便的服务，也增强了家庭与外界沟通的交流的能力。而ZigBee短程无线通讯技术智能家居在一定程度上比较重视居住环境与人之间的协调性能，因此在结合人的主观性上会做出及时调节室内的环境，让它能够更好地将家庭环境与各种影响分子进行有机化的智能调节。

一、ZigBee短程无线通讯技术的优越性能

ZigBee短程无线通讯技术在很大程度上实现了家庭内部环境各种系统进行调节和管理，在平常的智能家居系统中，各个分系统所采用的都是综合布线的方式，由于综合布线本身步骤的繁杂和局限性造成必须在布线之前进行系统的规划，这在一定程度上加大了工作量，也让布线格局一旦形成，就很难更改，而ZigBee短程无线通讯技术系统却能将家庭各种设备经无线通讯技术加以连接，实现了对智能家居系统科学有效地控制。其本身还具有自动愈合、自动配置、抗干扰能力强和消耗小价格低等优越性。在简化了协议后，每块内部芯片只需要2美元就能买到，ZigBee短程无线通讯技术还使用了安全设定、高级加密等技术为短程无线通讯技术提供了三级保护的安全模式。用较为灵活的性能实现了对安全属性的保护。

二、ZigBee短程无线通讯技术总体结构分析

ZigBee短程无线通讯技术作为一种特殊的网络拓扑技术，利用的是嵌入式的控制技术，在智能家居完成各个终端的环境数据采集后，进一步进行协调和调控，而各个智能家居的“终端设备”又是有着智能传感器功能的设备，ZigBee短程无线通讯技术上的无线通讯电路的设计是依靠MSP430F1491单片机来完成控制的指令解析的，并通过SPI总线路来对无线射频芯片进行控制和操作。印制电路板的设计原理对于无线射频的整体电路有着非常大的影响，设计中，我们需要考虑的是尽量避免各种电磁对线路的干扰，电阻、电容以及电感的各个位置，对于电容的位置，加强注意力。PCB的底层一般不会放置什么元件，但是顶层和底层的空余地方，需要敷上一層铜。我们还要保证直流电源和电源的滤波电容量尽可能地靠近VDD的引脚部位，供电的电源要通过滤波电容来实现接地。在ZigBee的地址分配模式中，所有的ZigBee设备都会有一个64bit的地址，这也是世界上唯一存在的设备地址，需要z联盟的分配和许可才会有效。它的地址模式主要有两个，首先在点对点的拓扑过程中，可以直接采用源/目的地址，这种源/目地分配模式，可以让每一个ZigBee网络的协调器同时支持65535个设备，多个协调器直接也可以相互进行连接，让整个网络的规模更加强大。星型的拓扑方式则采取的是用网络号加上设备标识。对于智能家居中的网络拓扑方式的选择，甚至可以决定整个网络的成本、特点以及实现的功能。一般在家庭这种小型的局域网中采取的是星型的网络拓扑结构，这种结构较为简易，容易管理并且成本较为低廉，但是整体结构和功能对中心节点的依赖程度比较高，一旦中心节点出现任何问题，就会导致整体网络瘫痪。家庭内部的网络连接距离一般在100m之内，这种短距离的连接方式让电器的位置容易发生改变，并且信息传送主要也就是集中在家庭网关和其他终端之间，ZigBee的技术传输距离一般都在150m左右，因此它完全满足了智能家居系统中的网络连接。

三、应用ZigBee短程无线通讯技术的智能家居系统

远程的控制界面通过因特网来实现对家庭网关的控制，而家庭网关中的ZigBee短程无线通讯技术网络和终端节点的家电网络以及终端节点的传感器网络一起对外网和内网产生作用。而对于ZigBee短程无线通讯技术的射频电路，信号线的宽度、走向若存在任何不合理的设计现象时，会对信号传输线造成交叉干扰，因此，在设计过程中一定要综合考虑各种线路的走向，科学合理地进行布线。而电源线要尽可能的宽阔，用来减少环路的电阻，为了提高整体系统的抗干扰能力，也要尽量做到让地线、电源线以及信号线走向一致。对于那些不能够相容的信号线路，尽量做到远离，不要出现平行布线的现象。对于 ZigBee短程无线通讯技术中的PCB设计，地线和电源线做到正确的布线更显得尤为重要，在数字区和模拟区间尽量用电线来隔离，模拟地和数字地还需要加以分离，最后共同连接于电源地。对与电路还需要分离，在设计期间，为各个电路的模块设置一个共同的点位参考点，这样就能让信号实现在不同的模块之间进行传输，最后汇总到总地线中。在软件设计中，OSAL实现任务调度需要对任务的时间来进行触发，在某一个事件产生后，包含这个事件的任务事件属性就会自动设置为相对应的事件编号，这样事件调度就会进而调用相对应的处理任务的程序，ZigBee短程无线通讯技术的通讯部分会通过其他的时间来向系统总部发送ZigBee通讯请求，从而实现触发。往往这种请求通信采用的都是KVP的格式，这种格式在ZigBee协议中是提前定义好的，操作也相对简单，只需要调用相对应的信息发送函数就行了。在ZigBee短程无线通讯技术系统的通讯过程中，我们还可以考虑的通讯方式还有直接发送或者通过绑定来建立间接性的通讯，需要注意的地方是，IEEE地址不能作为参数来进行直接通讯，它需要通过调用API的网络函数查出其对应网络段的地址来加以组合成函数，从而来实现网络各个节点之间的通讯功能。在这个系统中，家庭网关是核心和灵魂。通过外接的ZigBee短程无线收发模块来实现对区域网之外的传感器和家电的控制。而其主要功能是用来实现外部网络和家庭网络的连接，从而达到远程控制的目的。我们所定义的家庭网络内部是用ZigBee技术来实现连接的，因此，不需要考虑内部不同协议之间的相互转换。射频收发模块和传感器或者受控中断共同来构成终端节点的单元，该系统中的终端传感或者受控单元通过对周围环境中的湿度和温度等数据的采集来实现各种调控。终端节点设备要比家庭网关的功能简单很多，它只负责接受或者发送数据，控制执行机构，对终端设备进行自身管理等等。因此在这些功能的基础上，我们可以使用那些集成度相对较高或者价格比较便宜的控制芯片。

四、结语

ZigBee短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用在一定程度上不仅弥补了无线通信市场中成本低、功率低以及速度低等空缺，还在可用范围之内，大大实现了对智能家居系统中各个子系统的控制和调配，它在利用先进的各种通讯技术或者布线技术的基础之上，通过对家具系统整体环境的分析后，实现了对整个智能家居系统的控制，不仅仅让所有家居终端设备使用科学、方便和灵活，还让我们的家居环境更加舒适、安全。该项技术由于不需要布线、成本低廉和扩展相对便捷等特点，因而更容易让人们接受。ZigBee短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用技术并不是靠个人或者一部分人的探索就能够成熟起来的，它需要我们所有人一起努力。

参考文献

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