引言

    隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展及人們居住理念的變化與提升，人們?cè)絹?lái)越追求生活細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)單化和智能化，希望在日常家居生活中都能置入智能化程序，享受“一鍵OK"式的簡(jiǎn)單生活操作。于是智能家居、智能住宅、數(shù)字家園、網(wǎng)絡(luò)化住宅、家庭網(wǎng)絡(luò)、數(shù)碼家庭等概念在國(guó)內(nèi)外被廣泛提出，各種新技術(shù)在家庭智能化系統(tǒng)中不斷得到應(yīng)用。

　　低功耗、低成本、易于組網(wǎng)和維護(hù)的家庭智能化系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，是一項(xiàng)有關(guān)自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信等多學(xué)科交叉研究的課題。ZigBee是一個(gè)近新出現(xiàn)的無(wú)線通信技術(shù)，以短距離，低功耗，組網(wǎng)能力等特點(diǎn)在家用系統(tǒng)控制、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)空間。藍(lán)牙、WLAN技術(shù)，由于協(xié)議復(fù)雜、成本高、耗電等，在上述應(yīng)用領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用遇到較大的困難。

　　本文根據(jù)將ZigBee無(wú)線技術(shù)應(yīng)用在智能家居上，并通過(guò)因特網(wǎng)甚至是手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備的管理這一理念，構(gòu)建了智能家居系統(tǒng)，通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)將家庭內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和外部廣域網(wǎng)溝通起來(lái)。研究了ZigBee各個(gè)通信協(xié)議層的具體功能與作用，采用Jennic公司的JN5139R1M0模塊，它符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。以該模塊為設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)硬件電路，在開(kāi)源代碼的基礎(chǔ)上完成了協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)軟件相關(guān)應(yīng)用的設(shè)計(jì)，從而組建智能家居內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

　　家庭網(wǎng)關(guān)是由家居內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)ZigBee協(xié)調(diào)者和嵌入式Web服務(wù)器兩個(gè)部分組成，兩者各司其職，前者主導(dǎo)家庭內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，后者與外部網(wǎng)絡(luò)通信。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，以嵌入式Linux為平臺(tái)構(gòu)建了Web服務(wù)器，并移植了數(shù)據(jù)庫(kù)Sqlite。用戶通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)達(dá)到監(jiān)控智能家居的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用戶通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理智能家庭設(shè)備，ZigBee無(wú)線技術(shù)適合于組建智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝方便，擴(kuò)展性好，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

　　ZigBee是近提出的一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信新技術(shù)，主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以滿足對(duì)小型廉價(jià)設(shè)備的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)和控制。

　　采取了IEEE802.15.4強(qiáng)有力的無(wú)線物理層所規(guī)定的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：省電、簡(jiǎn)單、成本又低的規(guī)格；ZigBee增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。

　　主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車(chē)自動(dòng)化、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等。

　　ZigBee設(shè)備按網(wǎng)絡(luò)功能分3種：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（Network Coordinator）、路由節(jié)點(diǎn)（Network Node）及終端節(jié)點(diǎn)（IEEE Node）。前兩種都是FFD，可以與任何節(jié)點(diǎn)通信；終端節(jié)點(diǎn)是RFD。

　　ZigBee的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　ZigBee設(shè)備類(lèi)型

　　Coordinator（協(xié)調(diào)器）

　　協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。它也是網(wǎng)絡(luò)的個(gè)設(shè)備。協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)信道和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID（也稱(chēng)之為PANID，即PersonalAreaNetworkID），隨后啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

　　Router（路由器）

　　允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，多跳路由和協(xié)助它自己的子終端設(shè)備的通訊。

　　End-Device（終端設(shè)備）

　　終端設(shè)備沒(méi)有特定的維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的責(zé)任，它可以睡眠或者喚醒，因此它可以是一個(gè)電池供電設(shè)備。

　　ZigBee特點(diǎn)

　　1、數(shù)據(jù)傳輸速率低：10KB/秒-250KB/秒，專(zhuān)注于低速傳輸應(yīng)用。

　　2、功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)電池可使用6-24個(gè)月。

　　3、成本低：ZigBee?數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。

　　4、網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)多可容納65,000個(gè)設(shè)備。

　　5、網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠。

　　6、數(shù)據(jù)安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法。

　　7、工作頻段靈活：使用頻段為2.4GHz、868MHz（歐洲）和915MHz（美國(guó)），均為免執(zhí)照（）的頻段。

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成框架圖

　　ZigBee系列產(chǎn)品類(lèi)型

　　1、ZigBee遙控器

　　設(shè)備類(lèi)型：終端設(shè)備

　　功能：控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)與其進(jìn)行過(guò)對(duì)碼的設(shè)備，并實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)。采用新型基于IEEE802.15.42.4GHzRFMCU和ZigBee2007/Pro協(xié)議棧，對(duì)ZigBee系列的電源插座，智能、調(diào)光開(kāi)關(guān)，電動(dòng)窗簾進(jìn)行控制，配合ZigBee紅外轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，控制家中所有的電器設(shè)備，取代原有遙控器可以實(shí)時(shí)查詢顯示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，采用觸摸按鍵，旋轉(zhuǎn)調(diào)光、控制音量，震動(dòng)喚醒。

　　操作：存儲(chǔ)單控對(duì)碼信息

　　菜單選擇切換語(yǔ)言

　　對(duì)碼、控制過(guò)程狀態(tài)菜單提示

　　觸摸按鍵區(qū)對(duì)碼和設(shè)備控制

　　五向鍵設(shè)備切換，菜單操作

　　機(jī)械滑動(dòng)鍵調(diào)光、音量調(diào)節(jié)

　　2、ZigBee紅外轉(zhuǎn)發(fā)器

　　功能：接收網(wǎng)關(guān)或遙控器指令，實(shí)現(xiàn)無(wú)線碼到紅外碼的轉(zhuǎn)發(fā)，從而可用無(wú)線方式對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行控制。

　　操作：使用前需要和網(wǎng)關(guān)或協(xié)調(diào)器、家電紅外遙控器對(duì)碼

　　3、ZigBee單鍵調(diào)光開(kāi)關(guān)

　　設(shè)備類(lèi)型：路由器

　　功能：接收網(wǎng)關(guān)或遙控器指令進(jìn)行燈控，開(kāi)關(guān)和調(diào)光，并對(duì)執(zhí)行情況反饋

　　操作：操作前需要和網(wǎng)關(guān)和遙控器進(jìn)行單控和情景對(duì)碼操作，并會(huì)存儲(chǔ)情景對(duì)碼信息

　　4、ZigBee雙鍵智能開(kāi)關(guān)

　　設(shè)備類(lèi)型：路由器

　　功能：接收網(wǎng)關(guān)或遙控器指令進(jìn)行單控或場(chǎng)景控制，并對(duì)執(zhí)行情況反饋

　　操作：操作前需要和網(wǎng)關(guān)和遙控器進(jìn)行單控和情景對(duì)碼操作，并會(huì)存儲(chǔ)情景對(duì)碼信息

　　5、ZigBee窗簾控制器

　　設(shè)備類(lèi)型：路由器

　　功能：接收網(wǎng)關(guān)或遙控器指令進(jìn)行窗簾開(kāi)關(guān)控制，并對(duì)執(zhí)行情況反饋

　　操作：操作前需要和網(wǎng)關(guān)和遙控器進(jìn)行單控和情景對(duì)碼操作，并會(huì)存儲(chǔ)情景對(duì)碼信息

　　6、插座-協(xié)調(diào)器

　　設(shè)備類(lèi)型：路由器

　　功能：插座協(xié)調(diào)器合一設(shè)備，提供撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，切換設(shè)備類(lèi)型；在不存在網(wǎng)關(guān)的情況下，切換為協(xié)調(diào)器設(shè)備，否則這作為普通開(kāi)關(guān)使用

　　操作：操作前需要和網(wǎng)關(guān)和遙控器進(jìn)行單控和情景對(duì)碼操作，并會(huì)存儲(chǔ)情景對(duì)碼信息

　　7、ZigBee其它產(chǎn)品

　　ZigBee外接控制模塊

　　USB，RS485通信

　　Zigbee智能家居系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　ZigBee智能家居是以家庭為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，每個(gè)家庭都安裝一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)、若干個(gè)無(wú)線通訊ZigBee子節(jié)點(diǎn)模塊。在家庭網(wǎng)關(guān)和每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上都接有一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊（符號(hào)ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品），通過(guò)這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送。