浅谈ZigBee 技术在智能家居中的应用

莫玉华

江苏省常州技师学院电气工程系 江苏常州 213032

ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。随着物联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用机会。物联网的网络边缘应用最多的就是传感器或控制单元，这些是构成物联网的最基础最核心最广泛的单元细胞，而ZigBee能够在数千个微小的传感传动单元之间相互协调实现通信，并且这些单元只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。这种技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容，易使用，易维护、便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性。

一、ZigBee技术概述

蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。

ZigBee技术的安全性较高，其安全性源于其系统性的设计：采用AES加密(高级加密系统)，严密程度相当于银行卡加密技术的12倍;其次，ZigBee采用蜂巢结构组网，每个设备不仅能通过多个方向与网关通信，保障网络的稳定性;每个设备还具有无线信号中继功能，可以接力传输通讯信息把无线距离传到1000米以外。另外，其网络容量理论节点为65300个，能够满足家庭网络覆盖需求，即便是智能小区、智能楼宇等只需要1个主机就能实现全面覆盖;最后，ZigBee具备双向通信的能力，不仅能发送命令到设备，同时设备也会把执行状态和相关数据反馈回来。此外，ZigBee采用了极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用2年以上。

二、ZigBee技术在智能家居中的应用

1.安全系统

一个安全系统可以包括多个传感器，包括运动探测器，玻璃破碎传感器和安全监视器。这些设备需要通过有线或者无线网络与中心安全面板进行通信，基于ZigBee的安全系统简化了安装和更新的过程。尽管ZigBee的数据速率很低，但是它仍然可以无线传输图像，传输质量也可以接受。例如，Zig-Bee已经被用于无线摄影机系统，用来在家庭门口记录来访者的录像，并将这些录像发送到室内一个专用监视器上。

2.抄表系统

电表需要定期读取数据来获取水电费账单，实现这个目的的一个方法就是在户主的住宅处手动抄表，并将数据录入数据库中。基于ZigBee的自动抄表系统（AMR）能在居民住宅间建立自形成的无线网状网络，这些住宅的电表都连接到电表公司办事处。AMR提供了远程监控居民的用电，气和水情况的机会，并且淘汰了人力每月定期上门抄表的方式。

AMR的作用不仅限于传输每月的水电使用数据，它可以收集更加详细的使用信息，自动检测泄露和设备问题，协助入侵检测。基于 ZigBee的无线设备不仅执行监控任务，他们还可以通过和室内的装置通信来管理使用高峰期。例如，当电量使用激增时，可以暂时关闭ZigBee电热水器一段时间来减少高峰期用电量。

3.灯控系统

电灯控制是在室内或商业建筑中使用ZigBee的一个典型例子。在传统的电灯安装中，为了实现打开和关闭电灯，必须从电灯到开关扯一根电线。例如，安装一个新壁灯的时候，需要一条新的到开关的电线。如果壁灯和开关都配备了ZigBee设备的话，那么电灯和开关之间将不再需要电线连接。这样，室内的任何开关都可以被指派来打开和关闭一盏特定的电灯。

举个例子，电灯位于居民建筑的入口处，居住区和走廊。入口处的墙上开关可以打开和关闭4盏灯中的任何一盏，相比之下，居住区墙上的开关仅与位于居住区的电灯进行通信。支持ZigBee的壁灯要比常规的壁灯更贵，但是它的安装费用却较低，因为它不需要额外的电线连接到墙上的开关。使用无线来遥控电灯已经不是一个新的概念，通过确保较长的电池寿命和来自不同经销商的产品的互操作性，ZigBee提供了在可靠的，低成本的网络中大范围实现这个概念的机会。

除了潜在的成本节省外，在室内，ZigBee电灯还有其他的好处。例如，嵌入到壁灯内的ZigBee设备可以充当路由器，在房间内转发信息，或者，壁灯可以被编程设计为当电视打开时变暗。ZigBee灯控机制同样也已经被用于路灯控制。

未来的智能家居将依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、淋浴器等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验并更加的人性化、实用、易用，真正的提高人们的生活品质。