基于ZigBee的智能家居物联网系统探讨

杨书鸿

摘 要 随着网络技术的不断发展与进步，智能设备使用到各个行业中，其中影响力较大的就是智能家居。通过网络技术可以对家居进行智能化以及数字化处理，全面构建现代家居物联网系统。家居智能化物联网设计的方式是基于ZigBee计算机技术的物联网系统，通过ZigBee无线通信技术可以对家居系统进行科学规范的处理，还能在手机等移动设备对家居进行智能控制，提升智能家居物联网系统运用的灵活性，进一步实现智能家居的推广和普及。

关键词 ZigBee；智能家居；物联网系统

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）205-0158-02

智能家居的出现依托于现代化的网络计算机技术，通过计算机的使用，嵌入式的接入系统以及网络通信技术，将家庭中的照明系统、安防系统、网络系统集中在一起，并且通过移动终端进行控制，使整个的家居工作过程更加的便捷。目前来讲，市场上可以使用的移动设备较多，但是这些移动技术在使用的过程中协议较为复杂，在系统设计方面存在较大的问题，因此需要对方法进行改进，采用ZigBee技术，保证设计过程中的功耗降低，提升组间维护质量，克服网络瘫痪的可能性，提升整体质量。

1 ZigBee技术概述

ZigBee技术作为一种双向无线通讯技术，主要使用到距离较短并且功率消耗较低的电子设备中，实现信号之间的传输，对于周期性的数据使用具有非常重要的意义。该技术与常规移动通信CDMA等网络的运行方式存在显著不同，可以进行自动化的数据传输的，在工作的过程中整个的工作过程更加的便捷，成本价格也较低。并且ZigBee技术作为一种无线连接的技术，可以实现不同频段的数据传输，范围可以达到10m～75m，因此，在家庭智能家居系统设计中具有一定的适用性。其特点主要包括以下几个方面。

1.1 功耗较低

ZigBee进行数据传输的过程中，自身的传输速率是较低的，发射功率为1mW，并且进行工作的过程中主要采用的是休眠的模式，这样在功耗方面得到进一步的降低，并且可以节省电量，普通的2节5号电池就可以维持2年左右的时间，这对于设备来讲可以大量的节约能耗。

1.2 成本降低

成本的管理设计中比较重要的方式，一般来讲进行成本管理的过程中优势也是非常明显的并且该技术在使用的过程中属于免费专利产品，作为低成本的因素进行使用可以进一步提升使用的效率，减少各项成本的消耗。

1.3 传输速度快

该技术在进行使用的过程中，从休眠阶段到状态激活的过程中，整个的时间是非常短的，设备在重新启动信号搜索的过程中，只需要15ms的时间，因此，在使用的过程中更加快捷，对于技术的使用来讲更快，可以更好地使用到家居智能设备中，提升设备的整体质量，不再受到无线控制系统的影响。

1.4 便捷安全

ZigBee技术在使用的过程中更加可靠，主设备与附属设备之间可以自由的进行组合整个的过程更加的便捷，并且在技术设计过程中采用避免碰撞的策略，并且对固定带宽的通信业务预留了一定的专业间隙，这样可以防止数据传输的过程中出现碰撞，防止数据之间的冲突，同时该技术采用的是完全确认的数据传输方式，数据包的接收以及发送也是需要进行关注的问题，在传输的过程中出现的问题需要重新进行发送，比起传输中的其他技术，这种技术更加的便捷，传输的过程也更加的科学化。并且ZigBee对于数据包存在一定的检查以及验证功能，可以支持以及认证各项数据的真实完整性，并且采用了AES-128对数据进行加密，实现数据使用的安全性以及灵活性。

2 ZigBee的智能家居物联网系统设计

ZigBee的智能家居物联网系统在设计的过程中需要结合实际网络的需要进行工作，因此在实际的设计中需要结合具体结构进行分析。一般来讲，进行设计的过程中系统主要从3个方面进行考虑，以芯片作为主要的中枢传输系统，之后进行终端控制模块的管理，3个部分相互控制和管理，将安防、家电以及智能计量系统进行整合。如图1所示为整体系统运行图，在图中可将各种系统整体的进行连接，实现运行的整体性。具体过程如图1所示。

2.1 模块初始化系统

进行设备使用的过程中需要对模块进行初始化的管理，硬件电路板设备需控制在安全的范圍内，并且对整体的电压进行稳定性的测试，这样可以为设备的使用提升更加稳定的条件，采用不同的方式对电路板进行初始化的处理，保证定时器、ADC、DMA的初始化，并且将其写入到NV中，进行系统操作的初始化处理，使得电能设计处于初始化的模块，保证进入系统后的各项设备是确定的。在初始化结束后可以启动移动设备，在家庭移动设备上发送各项网络命令，之后开始创建智能家居网络运行环境，在协调器命令开始后，建立网络，启动终端设备，终端自动的搜索网络，并且发送请求，在终端网络确认请求后，按照ZigBee协议的方式将网址进行发送，并且将短信息发送至解调器，之后传输至移动终端，完成整个的网络运行过程。调制解调器在整个的网络运行中起到非常重要的中枢作用，将其连接到电视机中，可以通过电视机的命令将其进行分析，并且对智能家居协议进行发送，各个节点中进行协议的使用可以完成整个的运行过程。

2.2 电能计量系统

这种系统主要是依托专业的芯片构成电能计量以及通信设计模块，这样可以将不同的电量进行测试并且传输至协调器中，将数据进行保存，然后结合实际的移动设备使用情况将数据进行提取，并且将不同时间下的各项模块信息进行传输，分析继电保护器的运行状态，将每天的电量信息进行查看，实现定时的目的。该技术可以对家居中的整体电量进行控制，并且在运行的过程如果电量超出了预期，可以对电量进行统计，实现电量的整体控制。endprint

2.3 红外控制设计

该技术主要是通过移动设备终端发送信号至协调器，在协调器确定指令后发送至移动终端，终端在收到信号之后按照通信协议进行数据的分析，在数据分析出来后按照及其的控制指令进行数据的组合以及分析，并且利用红外线功能将数发送到其他的设备中，以此完成整个的设计工作，如果在信号传输的工程中，设备没有接收到信号，并且未进行工作，则需要重新将信号进行发送。

2.4 安防监控系统

安防系统在进行设计的过程中，需要对电压进行稳定，之后移动终端中将设备进行开启，摄像头可以打开，将安防模式发送至协调器中，这样就可以将指令进行传输，终端在接收到信号，启动安防模式，在系统进入监控模式后，一旦人员经过，就会出现中断，并且发出警报，并开始进行录像，如人员接收到警告后离开，摄像头在经历3次无人信息确定后，关闭录像功能，这样可以将摄像头的录像进行更加科学化的处理，使得摄像信息更加准确，进行信息收集更加完善。

3 结论

基于ZigBee协议栈的物联网智能家居系统相对于WiFi、蓝牙等其他的无线通信系统来说相对简单些，但是，其本身还是比较复杂的，系统主要通过物联网移动设备和通信协议实现，将几个典型的智能家居的功能联系在一起，对整个物联网智能家居的具体工作流程进行介绍，制定更加科学化的方法将各项管理措施进行分析，制定更加适宜的设计流程，实现设计方法的整体性和智能性，着眼于现在，把现在正在使用的不是智能化的家用电器智能化，做智能家居的宗旨是使家庭生活更舒适、更安全、更方便，为人们的生活提供更加便捷化的工作方法，提升整体的设计质量。

参考文献

[1]公伟，王曙光，王庆升，等.智能家居物联网系统安全测评指标研究[J].信息技术与信息化，2017（10）：106-109.

[2]唐琳.关于智能家居物联网系统构建与发展探究[J].电脑迷，2016（12）：140.

[3]李英辉，李鑫，刘凤梅.智能家居无线物联网系统设计[J].产业与科技论坛，2016，15（9）：79-80.

[4]田仲明，覃遠年.基于电视机Android-ZigBee的智能家居物联网系统设计[J].科技信息，2014（15）：337-338.

[5]胡向东，韩恺敏，许宏如.智能家居物联网的安全性设计与验证[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2014，26（2）：171-176.

[6]俞文俊，一种适用于智能家居应用的物联网系统设计[D].上海：华东理工大学，2012.

[7]叶兴贵，缪希仁.基于ZigBee的智能家居物联网系统[J].现代建筑电气，2010，1（9）：25-28.endprint