基于ZigBee的智慧社区物联网系统的研究

徐丽平

摘要：物联网技术的发展与应用为人与物、物与物之间的信息交换创造了一个全新的平台。基于物联网的智能社区管理是物联网的重要发展趋势之一。分析了国内外智能社区的发展现状，对比了各种无线通信技术，阐述了ZigBee无线网络技术的优势，探讨了基于ZigBee的智慧社区物联网系统的架构及功能。

关键词：物联网；智能社区；ZigBee

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）22-0251-02

1智慧社区

随着物联网技术及智能家居技术的成熟，智能社区的构建成了人们关注的新焦点和新需求。智慧社区是指充分利用物联网、互联网技术，充分发挥信息通信产业发达、RFID相关技术领先等优势，能为业主及物业管理人员提供智能家居、安防监控、智能医疗、智能社区管理、智能电子商务等服务的智慧环境，是基于海量信息和智能过滤出来的新的社区管理模式和形态。目前许多城市把建设智慧城市作为未来发展重点，智慧社区作为智慧城市的一部分，在智慧城市建设的推动下，也呈现如火如荼的发展局面。国内比较成功的案例有无锡市中堂小区、山东孝直智慧社区、山东枣庄智慧社区、南通市首期智慧社区、深圳市智慧社区等。

2物联网技术

物联网技术作为信息产业的第三代浪潮，其发展与应用为人与物、物与物之间的信息交换创造了一个全新的平台。物联网顾名思义是可以实现物物相连的新型网络，是在互联网的基础上，将“物”加入到信息系统，将RFDI、无线传感技术等应用于“物”的感知、监控、管理的技术系统。物联网的体系结构可分为感知层、网络层和应用层。

感知层主要完成大规模、分布式的状态辨识与信息获取。通过各种类型的传感器感知设备，提取设备的属性、狀态及行为态势等有用信息从而感知、识别目标。并将信息提供给网络层的其他设备以实现交流互通及资源共享。RFID标签和读写器、摄像头、各种传感器等是感知层的重要组成部分。

网络层

网络层是由互联网与各种通信网络（电信网、广电网、移动通信网及其他专业网络）等基础网络设施组成的融合网络。主要由互联网、电信网、广电网、移动通信网及其他专业网络等基础网络设施组成。

应用层主要是行业专业技术与物联网技术相结合，为行业的智能化应用提供实用的解决方案。由支持物联网技术运行的各行各业的应用系统组成，为用户实现使用物联网的应用接口，为各种终端及用户设备提供应用服务。

物联网的核心技术包括RFID、无线传感网技术、云计算技术、智能技术等。

3无线通信技术比较

无线通信技术是指利用无形介质如电磁波等进行通信的技术。由于无线通信技术摆脱了通信介质的依赖，使用覆盖范围更广的电磁波进行通信，摆脱了地域的限制，因而迅速发展成熟并在各行各业得到了广泛的应用。目前比较常用的无线通信技术有UWB技术、Bluetooth技术、ZigBee技术、WIFI技术、红外技术等。

1）UWB技术

UWB技术，全称“Ulna Wide Band”，即超宽带技术。其通信系统所使用的频段为3.1～10.6GHz。UWB技术传输速度快，在不超过10m的范围，传输速率可达500Mb/s以上。其功率通常为20mW，功率非常小，频谱范围可达7.5GHz。UWB技术带宽高，最高可达2GHz。UWB技术带宽高、功耗低、可精确测距，实现准确定位，主要应用于军事方面、工程探测与救援。

2）Bluetooth

Bluetooth即蓝牙，其接收范围不超过10m，频段为2.4GHz。Bluetooth技术易与各种移动设备及便携式设备相互集成，如比较常用的蓝牙耳机、蓝牙鼠标等。具有体积小、功耗低的特点，但因其传输速率及传输距离的限制，所以其应用范围也被局限在移动办公、个人局域网、家庭无线网等范围。

3）Zigbee

ZigBee所使用的频段是2.4GHz和868/915MHz，所对应的带宽分别是0.6MHz、

2MHz和5MHz。实际传输范围一般在10-100m之间。ZigBee具有低功耗、灵活的组网方式，超大的网络容量。一个主节点最多可以管理254个子节点，同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可以组成65000个节点的网络。

家庭及社区是一个设备种类繁多、数量较大、通信距离短等特点，由以上的对比发现使ZigBee技术组建社区及家庭内部无线传感网具有独特的优势，因而ZigBee技术被广泛应用在智能家居及智慧社区中。

4基于zigbee的智能社区系统

智能社区系统采用的是ZigBee无线传感器网络。对家庭及小区中的各种参量进行测量、处理和传输。系统架构如图1所示。系统包括社区控制端、ZigBee无线传感网、网关、远程通信、移动端4个部分。

ZigBee无线传感网的重要组成部分是无线感知层，无线感知层主要是在每个子系统节点上部署相应的传感器及数据收集传输模块，通过传感器节点对环境参数进行测量、收集，并通过数据传输模块传给网关，并执行控制端发送回的命令信息。利用传感层节点上的环境监测数据，如有害烟雾浓度信息、声光红外信息、温湿度信息等，将其传给协调器，协调器将信息传给微处理器。微处理器处理送来的信息，将处理后的数据返回给协调器节点，并由感知控制节点执行。ZigBee无线传感网络采用星型网络拓扑将传感节点接入网关。

网关在智能社区物联网系统中处于核心地位，它同时连接着家庭ZigBee无线传感器网络、互联网、GPS网络、家庭局域网、有线电话网络等。其主要工作是实现各种网络间的互联、互通，完成各种通信协议之间的转换。网关对外则通过小区交换机等网络设备连接到各种服务提供商以及互联网。

远程通信主要利用通信服务提供商的无线网络服务实现家庭、小区、超市控制端与移动控制端的数据交换，进行文字、图像及视频的传输。图1为智能社区系统架构图。

智能社区主要实现了如下功能：

1）智能购物

业主可通过移动端进行购物卡充值、读取商品信息、商品加人购物车或删除、购物结算、等功能。而超市管理人员则可以通过系统实现商品的入库、上架、盘点、缺货提醒等功能。

2）收费管理

物业管理人员可以通过系统对水费、电费、物业费、停车费进行管理。通过查询功能查询业主缴费情况，通过计费功能进行费用缴纳，将数据下发到安卓端进行支付。

3）社区安防

系统在感应到人体、烟雾或火焰时，会产生警告提示信息，提示信息会推送到LED屏显示并推送到业主安卓端显示。

4）智能路灯

可根据时间或自然光照值自动控制路灯与楼道灯，也可手动控制。

5）智能家居

可通过系统远程控制家电、窗帘的开关，实现烟雾报警、红外报警灯。

5结束语

目前物联网技术正以迅猛的速度在进行发展，在我国，物联网的应用也日渐渗透到人们的生活中，发挥着重要的作用。智能社区是物联网发展的一个重要方向，也是人们未来生活的需求方向。本文提出了一种基于ZigBee技术设计智能社区物联网系统的实现方案，该系统方案利用利用ZigBee协议进行星型拓扑搭建无线网关，对数据进行采集、分析、交换、控制，具有功耗低、可靠性高、易于控制、可控性强的特点。