伍云

【摘要】ZigBee作為當(dāng)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，主要是一種短距離的無線通信技術(shù)，主要用于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在家庭的無線組網(wǎng)中應(yīng)用的比較廣泛，本文在結(jié)合ZigBee短程無線通訊技術(shù)的自身特點(diǎn)和在家庭互聯(lián)網(wǎng)的使用過程中出現(xiàn)的問題和狀況，探討出ZigBee短程無線通訊技術(shù)在職能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用方面的幾個觀點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】ZigBee無線通訊智能家居

ZigBee短程無線通訊智能家居系統(tǒng)的主要功能就是讓家庭中的所有通訊設(shè)備、家庭安裝的裝置以及家用電器等，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)在家庭智能平臺上的連接，從而為家庭居住提供一個舒適、便利和安全的環(huán)境。智能家居就是在利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和通信等高科技技術(shù)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合我們?nèi)粘＜揖由钪械母鞣N系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，讓過去的被動靜止的家居結(jié)構(gòu)變?yōu)橹悄艿慕y(tǒng)一整體，為家庭提供更加方便的服務(wù)，也增強(qiáng)了家庭與外界溝通的交流的能力。而ZigBee短程無線通訊技術(shù)智能家居在一定程度上比較重視居住環(huán)境與人之間的協(xié)調(diào)性能，因此在結(jié)合人的主觀性上會做出及時(shí)調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境，讓它能夠更好地將家庭環(huán)境與各種影響分子進(jìn)行有機(jī)化的智能調(diào)節(jié)。

一、ZigBee短程無線通訊技術(shù)的優(yōu)越性能

ZigBee短程無線通訊技術(shù)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了家庭內(nèi)部環(huán)境各種系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和管理，在平常的智能家居系統(tǒng)中，各個分系統(tǒng)所采用的都是綜合布線的方式，由于綜合布線本身步驟的繁雜和局限性造成必須在布線之前進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃，這在一定程度上加大了工作量，也讓布線格局一旦形成，就很難更改，而ZigBee短程無線通訊技術(shù)系統(tǒng)卻能將家庭各種設(shè)備經(jīng)無線通訊技術(shù)加以連接，實(shí)現(xiàn)了對智能家居系統(tǒng)科學(xué)有效地控制。其本身還具有自動愈合、自動配置、抗干擾能力強(qiáng)和消耗小價(jià)格低等優(yōu)越性。在簡化了協(xié)議后，每塊內(nèi)部芯片只需要2美元就能買到，ZigBee短程無線通訊技術(shù)還使用了安全設(shè)定、高級加密等技術(shù)為短程無線通訊技術(shù)提供了三級保護(hù)的安全模式。用較為靈活的性能實(shí)現(xiàn)了對安全屬性的保護(hù)。

二、ZigBee短程無線通訊技術(shù)總體結(jié)構(gòu)分析

ZigBee短程無線通訊技術(shù)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)，利用的是嵌入式的控制技術(shù)，在智能家居完成各個終端的環(huán)境數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)一步進(jìn)行協(xié)調(diào)和調(diào)控，而各個智能家居的“終端設(shè)備”又是有著智能傳感器功能的設(shè)備，ZigBee短程無線通訊技術(shù)上的無線通訊電路的設(shè)計(jì)是依靠MSP430F1491單片機(jī)來完成控制的指令解析的，并通過SPI總線路來對無線射頻芯片進(jìn)行控制和操作。印制電路板的設(shè)計(jì)原理對于無線射頻的整體電路有著非常大的影響，設(shè)計(jì)中，我們需要考慮的是盡量避免各種電磁對線路的干擾，電阻、電容以及電感的各個位置，對于電容的位置，加強(qiáng)注意力。PCB的底層一般不會放置什么元件，但是頂層和底層的空余地方，需要敷上一層銅。我們還要保證直流電源和電源的濾波電容量盡可能地靠近VDD的引腳部位，供電的電源要通過濾波電容來實(shí)現(xiàn)接地。在ZigBee的地址分配模式中，所有的ZigBee設(shè)備都會有一個64bit的地址，這也是世界上唯一存在的設(shè)備地址，需要z聯(lián)盟的分配和許可才會有效。它的地址模式主要有兩個，首先在點(diǎn)對點(diǎn)的拓?fù)溥^程中，可以直接采用源/目的地址，這種源/目地分配模式，可以讓每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器同時(shí)支持65535個設(shè)備，多個協(xié)調(diào)器直接也可以相互進(jìn)行連接，讓整個網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更加強(qiáng)大。星型的拓?fù)浞绞絼t采取的是用網(wǎng)絡(luò)號加上設(shè)備標(biāo)識。對于智能家居中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞降倪x擇，甚至可以決定整個網(wǎng)絡(luò)的成本、特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)的功能。一般在家庭這種小型的局域網(wǎng)中采取的是星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)較為簡易，容易管理并且成本較為低廉，但是整體結(jié)構(gòu)和功能對中心節(jié)點(diǎn)的依賴程度比較高，一旦中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)任何問題，就會導(dǎo)致整體網(wǎng)絡(luò)癱瘓。家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)連接距離一般在100m之內(nèi)，這種短距離的連接方式讓電器的位置容易發(fā)生改變，并且信息傳送主要也就是集中在家庭網(wǎng)關(guān)和其他終端之間，ZigBee的技術(shù)傳輸距離一般都在150m左右，因此它完全滿足了智能家居系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)連接。

三、應(yīng)用ZigBee短程無線通訊技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

遠(yuǎn)程的控制界面通過因特網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對家庭網(wǎng)關(guān)的控制，而家庭網(wǎng)關(guān)中的ZigBee短程無線通訊技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點(diǎn)的家電網(wǎng)絡(luò)以及終端節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)一起對外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)產(chǎn)生作用。而對于ZigBee短程無線通訊技術(shù)的射頻電路，信號線的寬度、走向若存在任何不合理的設(shè)計(jì)現(xiàn)象時(shí)，會對信號傳輸線造成交叉干擾，因此，在設(shè)計(jì)過程中一定要綜合考慮各種線路的走向，科學(xué)合理地進(jìn)行布線。而電源線要盡可能的寬闊，用來減少環(huán)路的電阻，為了提高整體系統(tǒng)的抗干擾能力，也要盡量做到讓地線、電源線以及信號線走向一致。對于那些不能夠相容的信號線路，盡量做到遠(yuǎn)離，不要出現(xiàn)平行布線的現(xiàn)象。對于 ZigBee短程無線通訊技術(shù)中的PCB設(shè)計(jì)，地線和電源線做到正確的布線更顯得尤為重要，在數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)間盡量用電線來隔離，模擬地和數(shù)字地還需要加以分離，最后共同連接于電源地。對與電路還需要分離，在設(shè)計(jì)期間，為各個電路的模塊設(shè)置一個共同的點(diǎn)位參考點(diǎn)，這樣就能讓信號實(shí)現(xiàn)在不同的模塊之間進(jìn)行傳輸，最后匯總到總地線中。在軟件設(shè)計(jì)中，OSAL實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度需要對任務(wù)的時(shí)間來進(jìn)行觸發(fā)，在某一個事件產(chǎn)生后，包含這個事件的任務(wù)事件屬性就會自動設(shè)置為相對應(yīng)的事件編號，這樣事件調(diào)度就會進(jìn)而調(diào)用相對應(yīng)的處理任務(wù)的程序，ZigBee短程無線通訊技術(shù)的通訊部分會通過其他的時(shí)間來向系統(tǒng)總部發(fā)送ZigBee通訊請求，從而實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。往往這種請求通信采用的都是KVP的格式，這種格式在ZigBee協(xié)議中是提前定義好的，操作也相對簡單，只需要調(diào)用相對應(yīng)的信息發(fā)送函數(shù)就行了。在ZigBee短程無線通訊技術(shù)系統(tǒng)的通訊過程中，我們還可以考慮的通訊方式還有直接發(fā)送或者通過綁定來建立間接性的通訊，需要注意的地方是，IEEE地址不能作為參數(shù)來進(jìn)行直接通訊，它需要通過調(diào)用API的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)查出其對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)段的地址來加以組合成函數(shù)，從而來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)之間的通訊功能。在這個系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)關(guān)是核心和靈魂。通過外接的ZigBee短程無線收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)對區(qū)域網(wǎng)之外的傳感器和家電的控制。而其主要功能是用來實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)的連接，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。我們所定義的家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部是用ZigBee技術(shù)來實(shí)現(xiàn)連接的，因此，不需要考慮內(nèi)部不同協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換。射頻收發(fā)模塊和傳感器或者受控中斷共同來構(gòu)成終端節(jié)點(diǎn)的單元，該系統(tǒng)中的終端傳感或者受控單元通過對周圍環(huán)境中的濕度和溫度等數(shù)據(jù)的采集來實(shí)現(xiàn)各種調(diào)控。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備要比家庭網(wǎng)關(guān)的功能簡單很多，它只負(fù)責(zé)接受或者發(fā)送數(shù)據(jù)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對終端設(shè)備進(jìn)行自身管理等等。因此在這些功能的基礎(chǔ)上，我們可以使用那些集成度相對較高或者價(jià)格比較便宜的控制芯片。

四、結(jié)語

ZigBee短程無線通訊技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用在一定程度上不僅彌補(bǔ)了無線通信市場中成本低、功率低以及速度低等空缺，還在可用范圍之內(nèi)，大大實(shí)現(xiàn)了對智能家居系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的控制和調(diào)配，它在利用先進(jìn)的各種通訊技術(shù)或者布線技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過對家具系統(tǒng)整體環(huán)境的分析后，實(shí)現(xiàn)了對整個智能家居系統(tǒng)的控制，不僅僅讓所有家居終端設(shè)備使用科學(xué)、方便和靈活，還讓我們的家居環(huán)境更加舒適、安全。該項(xiàng)技術(shù)由于不需要布線、成本低廉和擴(kuò)展相對便捷等特點(diǎn)，因而更容易讓人們接受。ZigBee短程無線通訊技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)并不是靠個人或者一部分人的探索就能夠成熟起來的，它需要我們所有人一起努力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊瑋，呂科，張棟等.基于ZigBee技術(shù)的溫室無線智能控制終端開發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010（3）

[2]任智，李鵬翔，姚玉坤等.基于分段的ZigBee網(wǎng)絡(luò)按需可擴(kuò)展地址分配算法[J].通信學(xué)報(bào)，2012（5）

[3]陳志奎，李良.基于ZigBee的智能家庭醫(yī)保系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2010（z2）

[4]宋冬，廖杰，陳星等.基于ZigBee和GPRS的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程，2012（23）