基于ZigBee技术的家用安防系统研究

摘 要：随着人们生活水平的不断提高，人们对于家具安全也有了更高的要求，而基于ZigBee技术的家用安防系统逐渐受到越来越多的关注，利用ZigBee技术研发的智能家具管理系统能够以较低的成本帮助人们更好地进行家具安防，为人们提供更为安全的家居安防保护，提升家居安全性。

关键词：ZigBee技术；家用；安防系统；研究

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2017）03-0053-02

Research on Home Security System Based on ZigBee Technology

ZHANG Ke

（Chengdu Tianfu International Airport Construction Headquarters of Sichuan Airport Group Co.，Ltd.，Chengdu 641419，China）

Abstract： With the continuous improvement of people's living standard， people for furniture safety also have higher requirements， and home security system ZigBee technology has attracted more and more attention based on the use of intelligent furniture management system， the intelligent furniture management system developed by ZigBee technology can help people better carry out furniture security at lower cost，for people to provide more secure home security protection， enhance home security.

Keywords： ZigBee technology； home； security system； research

近些年來我国综合国力稳步提升，人们也更加重视对生活质量的追求，安全性这一概念也逐渐得到强化，并且已经成为人们选择住宅的重要因素，而“家居安全性”是近些年才逐渐得到重视的问题，很多住宅在设计之初并没有将家居安防问题考虑得十分周全，因此家用安防系统应运而生，住宅设计人员给予ZigBee技术研发的家用无线安防系统可以极大地改善居民们的居住环境，大大提高住房可靠性、安全性。接下来，笔者将从三个方面简单介绍基于ZigBee技术研发的家用安防系统。

1 基于ZigBee技术的家用安防系统功能目标

工作人员利用ZigBee技术进行家用安防系统开发的首要目的就是如何保持原有检测灵敏性的同时尽量降低能耗与系统成本，考虑到一般家具住宅半径均为三十米以内，利用ZigBee技术安防无线系统基本上能够满足其需求，而且基于ZigBee技术的家用安防系统还能够设定休眠模式，当家中有人的时候就可以选择其进入休眠状态，因此仅仅凭借五号电池，ZigBee设备就能够工作长达半年之久，一般家庭完全能够承担得起能耗费用，另外ZigBee技术作为一种新兴的无线网络技术，不仅仅有着低功耗、操作简单等等优点，更重要的是ZigBee技术可以在2.4GHz、868MHz以及915MHz这三个频段上保持很高的传输速率，能够分别达到250kbit/s/20kbit/s和40kbit/s，这三个频段均为免费开放频段。ZigBee设备采取了星型拓扑结构，在同一个ZigBee网络中，最多能够连接254台设备，还可以按照用户需求进行网络拓扑结构的修改，即使网络拓扑结构由于误操作出现故障，ZigBee网络也能够自动搜索完成修复工作。

ZigBee技术的协议现如今作为低数据率短程无线网络的协议标准，其系统功能主要包括两大部分，一为报警控制主机，另一主要部分则是无线传感器网络节点，报警控制主机的主要功能就是通过对家用安防系统所采集到的原始信息进行处理，通过进一步的分析来判断住宅中是否发生了陌生人闯入以及火情，如果报警控制主机判定住宅中发生安全问题，则会第一时间启动报警装置，向用户以及小区安保管理人员提供警报信息，而无线传感器网络节点则主要负责进行住宅附近信息的采集工作。

2 基于ZigBee技术的家用安防系统结构与组成

相关人员在进行基于ZigBee技术建立的家居安防系统设计的时候，主要从两大部分入手：家庭网关以及由无线ZigBee技术模块为核心构建的家庭监控网络，家庭ZigBee技术监控网络又由三大部分组成，分别是传感器节点、汇聚节点以及执行机构，传感器节点的作用是通过自组织的方式来搭建ZigBee无线通信网络，并以此来完成监控原始数据的收集与传递作用，汇聚节点为了确保整个基于ZigBee技术的家用安防系统的低功耗、低成本，则使用了搭载了8051控制器的系统芯片CC2430来控制所有节点工作和性能强大的2.4GHz射频收发器来进行数据调度，汇聚节点与家庭网关的通信是建立在因特网与全球移动通信之上的，通过网络进行警报信号的发出工作，并且能够实现远程监控。需要注意的是，在进行家用安防系统建立的过程中，需要重视安防日志记录的备份工作。

基于ZigBee技术的家具防盗系统具体组成部分可以大致分为三类，第一类功能为防盗功能，住宅防盗区域划分为两部分区域，分别是住宅外围和内部区域，安装在住宅门窗上的各种探测设备就是所说的住宅外围防护，住宅外围防护探测装置只在家中无人时候才开启进行家具防护。第二类功能为防火灾功能，在住宅中容易起火的厨房、卧室安装感应探测器，当发现火情的时候自动关闭电源开关同时启动喷水装置，并及时通知住户和小区物业部门，将火情造成的损失尽量减小到最低。如果遇到家人生病或者非法入侵等意外情况的时候，利用安装的紧急报警按钮进行紧急求救。最后一类系统功能为防止可燃气体泄露，通过安装的可燃性气体检测装备实现对燃气管道是否泄露的检测。

3 基于ZigBee技术的家用安防系统设计

3.1 检测单元

家用安防系统的检测单元内部主要装配有四种内部包含ZigBee通信模块的传感器节点，分别为红外线传感器节点、门磁传感器节点、烟雾传感器节点以及煤气传感器节点，其中门磁传感器节点内部主要零件为永磁体、干簧管然后再通过外围电力组合完成，红外传感器节点中内部主要零件为传感信号处理芯片BISS0001、热释电传感器RE200B，烟雾传感器节点内部除了基本的外围电路和放大电路以外，还带有MQ2型号传感器，MQ2型传感器主要应用与家庭或者工厂气体泄漏监测工作，能够比较准确地监测到丁烷、丙烷、液化气以及酒精等可燃液体、气体是否泄露，其缺点是要在加热的条件下才能工作，以此在家用安防系统设计的时候，都将其安置于厨房中进行燃气泄露检测，并且使用电开关来保持良好的工作状态。

3.2 通信单元

在现如今使用的局域网协议（Institute of Electrical and Electronics Engineers802.15.4）中规定网络拓扑结构一般来说分为树形、孔型和星型三种，并设备划分为完整功能设备和简化功能设备两种，在搭建基于ZigBee技术的家用安防系统的时候，所使用的就是星型网络拓扑结构，并将协调器放置在中心节点处，因此在搭建家用安防系统网络的时候，有且只能有一个协调器，而需要用到多个路由器和终端设备，其通信单元所使用的芯片为CC2530，这款芯片成本不仅仅比较低廉，而且其性能也超越了RF收发器，在系统内部可以实现编程闪存，而且能够拥有多样的运行模式，在进行运行模式转換的速度也更快，对于能源的消耗也自然变小。ZigBee协调器作为比较复杂的设备，所使用的芯片为CC2530F256芯片，能够进行256KB以下的闪存，在存储容量和计算速度方便都有着无与伦比的优势。

3.3 处理单元

在家用安防系统设计的时候，所采用的处理单元由主控芯片、GSM模块、报警电路以及人机界面四部分组成，其中主控芯片选择了拥有两个UART串行接口、一个SPI接口和两个I2C接口的LPC2131芯片，在使用过程中用户可以灵活选择接口，完全适应系统需求，GSM模块则选择了西门子电子公司成产的TC35型模块，并将T35模块与主控芯片连接在一起。人机界面则有矩阵键盘和液晶模块两部分组成。其中无线通信软件具有多种运行模式，模式一则需要与系统主板连接在一起，以此来接受探测器收集到的报警信息资源，并将这些信息传递给主板，第二种运行模式则需要通过继电器来完成与各种电器的连接，并根据模块指令控制开关。

3.4 系统软件设计

基于ZigBee技术开发的家用安防系统软件采用的是C语言编程，通过模块化的设计来完成单元软件的处理，而在设计ZigBee通信节点的时候，开发人员首先考虑到了便利性以及通用性元素，因此引入了兼容性十分强大的Z-Stack协议栈，Z-Stack协议与局域网协议能够完全兼容，有利于工作人员的开发以及后续工作的补全。

4 结 论

总而言之，随着科技的不断发展，人们的生活水平与追求也在不断提高，尤其是人们对于生住宅安全性的重视程度更是达到了全新的高度，为了保证居民们的住宅安全，同时考虑到人们的实际消费能力，基于ZigBee技术的家用安防系统的开发就十分必要了，利用ZigBee技术能够很好地解决传统安防系统布置的时候所要使用的线路过于复杂的问题，无论是对于安防系统安装人员还是居民来说都有了极大的便利，而且其能耗问题也得到了很好的解决，人们通过GSM模块可以轻松实现远程无线监控，提升住宅安全，进一步提升人们生活质量。

参考文献：

[1] 侯俊，吴成东，袁中甲.基于ZigBee技术的智能家具安全监控系统研究[J].安防科技，2015（03）：10-13.

[2] 闫沫.ZigBee协议栈的分析与设计 [J].科技风，2016（08）：17.

[3] 王东，张金荣，魏延等.利用ZigBee技术构建无线传感器网络 [J].重庆大学学报：自然科学版，2015（08）：95-98.

作者简介：张科（1982.02—），男，成都人，天府机场指挥部航站区工程部弱电项目主管，电子工程技术助理工程师。研究方向：子工程技术。