黃婉盈 朱娜 張少華 劉文亮

摘要：ZigBee技術(shù)具有短距離性、高安全性與低功耗等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛利用于智能家居中。本次課題主要是根據(jù)人們對(duì)智能校園系統(tǒng)功能的具體需求進(jìn)行分析，并對(duì)之進(jìn)行針對(duì)性的應(yīng)用研究，同時(shí)解決校園整體系統(tǒng)中存在的成本、故障率高等問題，從而構(gòu)建一套功能滿足需要、成本低、安全較高、覆蓋范圍廣等集諸多優(yōu)點(diǎn)的ZigBee智能校園內(nèi)部系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能校園；ZigBee技術(shù)；應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）01-0264-02

一、引言

人們生活質(zhì)量的提高使智能生活方式成為主流。作為一種低成本、低功耗的無線通訊技術(shù)，ZigBee技術(shù)在智能校園系統(tǒng)中有著良好的應(yīng)用前景。將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于智能校園系統(tǒng)中，構(gòu)建一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的現(xiàn)代、智能校園系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)全新的數(shù)字化、智能管理和服務(wù)校園運(yùn)營(yíng)模式。在不同的領(lǐng)域，各種系統(tǒng)通過先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和管理，使智能化、人性化的校園生活成為現(xiàn)實(shí)。

二、ZigBee技術(shù)

（一）ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介與應(yīng)用

ZigBee一種是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本和自組織的雙向無線通信技術(shù)。主要適合用于自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。它是一種低速、低功耗、低傳輸速率的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)，并且可以自動(dòng)組成網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)始于2002年，在過去幾年發(fā)展迅速，有著廣闊的應(yīng)用范圍，尤其是智能家居領(lǐng)域。市面上的現(xiàn)有產(chǎn)品如無線開窗器、無線光照傳感器、場(chǎng)景開關(guān)、溫濕度傳感器等。以無線光照傳感器為例，作為一款環(huán)境監(jiān)測(cè)類的產(chǎn)品，不僅可以實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前環(huán)境光照數(shù)值，還可以通過場(chǎng)景內(nèi)的聯(lián)動(dòng)，調(diào)整室內(nèi)燈光、窗簾等。

（二）與其他同類技術(shù)比較

Wi-Fi是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的無線傳輸技術(shù)，最大特點(diǎn)是方便人們隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)。但是也存在明顯的缺點(diǎn)，功耗高、組網(wǎng)專業(yè)性強(qiáng)、安全性低等。另一種就是無線射頻技術(shù)，運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、小型無線網(wǎng)絡(luò)等，但抗干擾能力弱、組網(wǎng)不便、可靠性一般。ZigBee則使用128K加密技術(shù)，研發(fā)至今在全球沒有被攻破的先例，而Wi-Fi與射頻技術(shù)產(chǎn)品，利用截碼器五分鐘就能輕易破解。ZigBee在穩(wěn)定性方面也是遠(yuǎn)勝Wi-Fi，獨(dú)有的組網(wǎng)功能即使大面積斷電后依舊能自主網(wǎng)絡(luò)，恢復(fù)如初。

三、ZigBee技術(shù)的智能校園

（一）校園遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有的校園整體監(jiān)測(cè)監(jiān)控裝置成本高、安裝維護(hù)難度大等缺點(diǎn)，將ZigBee無線通訊技術(shù)引到校園監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的校園監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。利用無線傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)校園中的各個(gè)角落、突發(fā)狀況等進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)并進(jìn)行處理分析，實(shí)現(xiàn)高效率的遠(yuǎn)程監(jiān)控并很大程度上減少人力支出。例如，ZigBee技術(shù)和太陽能路燈結(jié)合的智能路燈系統(tǒng)，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控在第一時(shí)間判斷故障并排除，當(dāng)路燈損壞時(shí)可以進(jìn)行報(bào)警并顯示出具體位置，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)單盞路燈的亮度并對(duì)功耗和亮燈率等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，大大提高使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益并降低維護(hù)成本，從而節(jié)約社會(huì)資源以實(shí)現(xiàn)生態(tài)校園的目的。一般來說，校園需要更多的數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控站點(diǎn)，而ZigBee技術(shù)可以在提高可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)大大降低設(shè)備的成本，也可以覆蓋現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的盲區(qū)，以實(shí)現(xiàn)低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪h(yuǎn)程檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著校園各類數(shù)據(jù)的增多，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的故障率也逐漸提高。因此利用ZigBee技術(shù)的功率小、成本低等優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)出一個(gè)校園無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、性能安全穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和準(zhǔn)確傳輸?shù)耐瑫r(shí)保證數(shù)據(jù)的安全性。

該系統(tǒng)利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)構(gòu)建長(zhǎng)鏈型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多跳路由傳輸。ZigBee中心節(jié)點(diǎn)即數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)，連接到系統(tǒng)管理中心，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都是ZigBee的路由節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)或路由。以基于ZigBee技術(shù)的低速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，配合現(xiàn)有的軟硬件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。因此在校園智能系統(tǒng)中的應(yīng)用前景十分廣泛。

（三）無線點(diǎn)餐

現(xiàn)有的傳統(tǒng)餐飲服務(wù)模式信息化程度低，存在諸多不便。例如，單據(jù)多、出現(xiàn)漏單等。為滿足餐飲數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化智能校園的要求，結(jié)合ZigBee技術(shù)獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)與智能設(shè)備建立一個(gè)無線點(diǎn)餐系統(tǒng)，提高食堂餐飲的服務(wù)質(zhì)量和工作效率，減少人力支出、優(yōu)化管理流程、降低出現(xiàn)差錯(cuò)的幾率，實(shí)現(xiàn)各種信息的快速操作、餐飲管理的數(shù)字化、智能化。

ZigBee無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通過在餐廳、廚房、收銀臺(tái)和處理中心部署的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備及RFD的軟件程序形成一個(gè)完整的無線通訊網(wǎng)絡(luò)。使這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)處理信息，用戶可以使用內(nèi)置無線ZigBee通信模塊無線點(diǎn)餐終端進(jìn)行點(diǎn)餐、加餐、催餐、結(jié)賬等操作。例如，點(diǎn)餐時(shí)用戶或服務(wù)員的訂單通過終端和大廳內(nèi)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上傳到廚房和收銀臺(tái)，在有效范圍內(nèi)能及時(shí)將數(shù)據(jù)由無線通訊傳達(dá)到數(shù)據(jù)服務(wù)器，再經(jīng)過后臺(tái)處理，將菜品信息無線傳送至廚房終端。從而完成整個(gè)點(diǎn)餐流程。無線通訊系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求較低，更注重功耗與成本。而低成本、低功耗的ZigBee無線點(diǎn)餐系統(tǒng)極大程度滿足了需求。

（四）智能交通

1.ZigBee技術(shù)的智能交通。隨著校園的發(fā)展和汽車數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)有的校園交通已經(jīng)無法滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。新一代信息技術(shù)中智能交通占據(jù)著重要地位，而ZigBee技術(shù)具有成本低、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，很適用于智能交通系統(tǒng)。采用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)智能校園交通系統(tǒng)。通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到無線控制系統(tǒng)子控制模塊，子控制模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂颇K進(jìn)行處理，并根據(jù)實(shí)時(shí)路況進(jìn)行交通信號(hào)燈的管制，從而提高交通效率。不僅能在GPS覆蓋不到的樓內(nèi)或隧道內(nèi)繼續(xù)使用，還能通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信息實(shí)時(shí)采集路況，使每臺(tái)設(shè)備間通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)無需挖掘路面進(jìn)行布線，在智能交通領(lǐng)域具有一定的價(jià)值。

2.校園智能公交。開發(fā)一種基于ZigBee和GSM/GPRS的校園智能公交運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，利用各自的特點(diǎn)從而較好地解決學(xué)生出行問題。每輛校園公交上的無線識(shí)別器就是一個(gè)ZigBee設(shè)備，而每一個(gè)站臺(tái)上的站臺(tái)監(jiān)控器則是ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。每個(gè)站臺(tái)系統(tǒng)與到達(dá)的車輛形成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。ZigBee組成的智能交通系統(tǒng)可以使車輛在行駛過程中有效檢測(cè)車輛狀態(tài)、信息方位等，還可以將導(dǎo)航、地理等信息及時(shí)傳送給車輛，并且能調(diào)度交通系統(tǒng)，提高行車安全性且有效緩解交通壓力。

四、結(jié)語

本文主要對(duì)ZigBee在智能校園系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究，隨著ZigBee技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會(huì)在更多的設(shè)備中進(jìn)行投入和使用。我國(guó)相關(guān)研究部門也正將這種ZigBee技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并且在不久的將來，無線點(diǎn)餐系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等都會(huì)安裝大量低成本、低耗能的ZigBee設(shè)備。而基于ZigBee技術(shù)的智能校園系統(tǒng)也將更加完善，與人們的生活更加貼近。

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