基于ZigBee技术的智能家居实时监控系统的设计研究

2016-12-26广东省海洋工程职业技术学校

电子世界 2016年21期

广东省海洋工程职业技术学校何芸张腾

广东省海洋工程职业技术学校何芸张腾

ZigBee技术是一种全新的教师,在应用过程中,其所消耗的能源较低、组网方式较为灵活、布局成本较低,已经在各个方面得到广泛应用。文章简要分析了一套智能家居系统,通过对ZigBee技术的核心监控系统的利用,从而实现了家居的智能化。在分析过程中,主要针对实时监控系统体系结构、拓扑结构、软、硬件等进行研究分析。

Zigbee技术;智能家居;实时监控系统

通常来说,智能居家技术主要包括:总线技术、电力载波技术和无线技术等,但是,在实际的应用过程中,由于各种因素的影响,导致其不能被广泛应用。Zigbee 技术的诞生以及应用,推动了智能家居的发展,为人们营造了一个舒适的居住环境。

一、传统家居系统

在传统无线智能家居监控方案设计过程中,所采用的方案包括: 采用蓝牙、802.11无线局域网技术等,但是,在实际的设计过程中,程序编辑复杂,芯片价格较高,导致成本较高,如果采用红外控制方案,但是其传输过程中,其传输的距离较短,并且遇到障碍物不能及时的进行传输,同时,其在安装过程中施工较为复杂;如果采用控制终端与互联网接入方案,其在实现过程复杂程度较高,扩展性较差,并且成本较高,因此,在设计过程中,工作人员应该依据实际情况设计出一套灵活多变、拓展性较强、组网与控制较为稳定的智能家居监控系统,才能保证家居的安全性。

二、实时监控系统的设计以及功能

针对以上缺点,文章设计出了一种无线、智能、主次控制端分工明确、信息传输较为稳定,并且耗能较低、硬件、软件成本较低、系统安装简单的方案。

该系统在设计过程中主要包括:能够和控制主机连接的 ZigBee中心收发模块,数量较多嵌入在家居设备、报警传感器或家用电器之内的 ZigBee 节点模块和控制电路模块,ZigBee 中心收发模块与ZigBee 节点模块之间通过 ZigBee 协议路由无线发送数据;控制主机通过GSM 发送报警信息,互联网能够实现远程监控家居环境,同时,还具有很强的家庭娱乐功能,能够满足人们的实际需求。

1.主要功能

实现对家电、室内环境、安全警报、三表抄送、远程监控的控制。

系统的结构设计:

通常来说,系统结构主要是由三个主要部分构成,智能家居管理控制中心、家庭局域网(Zigbee 网络)、远程智能设备终端。在整个系统运行过程中,智能家居管理控制中心是整个系统的核心部分,其主要功能是负责整个系统的监控以及管理,同时,还能远程智能终端进行实时联系;家庭局域网主要是以Zigbee 网络作为基础,从而实现对各种家电设备、智能开关、传感器等设备的有效连接,能够为控制中心提供监控信息,同时,还能实现对管理中心信号指令的传输。远程智能设备终端能够随时的登录管理中心的账户,及时的对各个阶段的家庭环境进行料及,同时,还能对家电设备的智能开关进行控制。如果家庭环境出现问题,管理中心可以及时的将安全警报信息传输到远程智能设备终端,从而通知屋主,实现对房屋的实时监控。

3.系统网络体系结构设计

智能家居实时监控系统主要包含了两个部分,管理中心和 Zig-Bee 监控网络。

管理中心主要是由监控管理的软件以及协调器的节点所构成,在系统运行过程中,监控管理软件的主要职责是对网络进行管理、网络配置、监控、记录操作日志等;协调器的节点的主要功能是监控节点的通信进行控制,从而能够快速完成数据监控信息的传输、接受、格式转换等。另外,系统在运行过程中,如果管理中心不能继续工作或者出现问题,协调器节点就可以直接代替网络管理中心继续开展相应的工作,及时的对设备进行管理、维护。一般来说,协调器节点都配备有GSM/GPRS 模块,能够实现远程数据传输。

ZigBee 监控网络可以分为调器节点、路由节点、监控节点和信标节点。在实际的系统运行过程中,协调节点是ZigBee 监控网络的主要构成部分,其主要目的是为了加强网络的管理;路由节点主要的目的是能够实现数据的转发,工作过程中,如果ZigBee 网络采用树簇型结构,路由节点可以作为簇首,从而能够实现对整簇的内部管理;路由节点都采用的是大功率模式,数据的传输距离较长,并且监控的范围较为较大。监控节点分布较为广泛,能够实现对整个网络的数据的有效的采集以及设备监控,监控节点的体积较小,但是工作周期较长,一般都是被嵌入到监控设备中,从而能够实现对数据的采集。在网络部署工作中,工作人员需要部署信标节点,从而能够实现定位功能。信标节点能够为工作人员提供其他节点的为位置信息,能够帮助其余节点及时的确定自身的位置,实现系统的局部定位。

红外探测子节点主要是对环境变化进行有效监测,如果发现非正常状态陌生人进入,节点能够及时的发出信号,底层控制器PIC18f4620芯片能够及时的对相应的数据进行收集分析, ,然后将数据传输到协调器子节点,并且及时的同时嵌入式 Web 服务器并启动通信模块, 通过 GSM 网络向所指定的手机发送信号。如果用户想了解更多的家庭信息,还可以通过IE 浏览器对Web 服务器进行访问,从而能够及时家庭状况进行了解。

基于Zigbee 监控网络,可以设置三种节点类型,并且其作用也各不相同。在设计过程中,监控节点之间不连通,也不能实现报文转发的能力,每一个路由节点都能够控制多个监控节点, 其主要的功能是完成报文在监控节点以及协调器之间的传输转发工作。在系统运行过程中,如果同时具备传感器,路由器节点也能够对房屋环境进行有效监测;协调器节点在管理中心控制下负责网络的维护及管理。

三、实例分析

在研究过程中,工作人员选取某栋建筑对其进行研究分析,该建筑东西长度为75m,为9层,每层大约高度为3m,在每一个办公室内都安装一个监控节点,并且在每一层安装2个路由节点,楼层之间安排1个路由节点,整个监控系统设置了两个协调节点,一个为备用。成本:20*8*70(监控节点)+(2*8+7)*150(路由节点)+2*150(协调器节点)=14950 元 <1.5 万元。

系统测试结果:

通过研究分析,基于ZigBee技术的智能家居实时监控系统能够在安全监控系硬件平台进行独立工作,管理中心所采用的软件可以再找Windows7、Windows10 等各个版本上运行,并且稳定性、可靠性、开放性较强,同时,工作人员所设计的监控系统其硬件集成度、监控节点发送功率、灵敏度等都能,满足实际的工作需求。