ZIGBEE實際應用方案與典型實際應用

1、ZigBee技術及其在樓宇自動化系統(tǒng)中熱隨著計算機技術、控制技術和通信技術的發(fā)展，樓宇自動化工業(yè)在過去的十年中獲得了巨大的發(fā)展，遵循BACnet、LonTalk和EIB（EuropeanInstallationBus，歐洲設備安裝總線協(xié)議）這些標準化通信協(xié)議的樓控產(chǎn)品在行業(yè)中占據(jù)著主導地位。使用這些通信協(xié)議的樓宇自動化網(wǎng)絡所采用的通信傳輸介質(zhì)（比如雙絞線、同軸電纜和光纜）通常都是有線的，無線通信技術有沒有可能在樓宇自動化領域占有一席之地并得到廣泛應用呢?和采用有線網(wǎng)絡的通信技術的樓控產(chǎn)品相比較，無線解決方案最吸引人的地方是安裝布置的靈活性、低廉的安裝費用和對樓宇自動化系統(tǒng)進行重新布置時可移動性

2、。盡管無線通信技術和有線相比較有明顯的優(yōu)勢，而且蜂窩無線移動通信技術、無線局域網(wǎng)技術和藍牙技術已經(jīng)在市場上獲得了巨大的成功，但無線通信技術在樓宇自動化領域應用相對還是很少。這主要是因為目前沒有一項無線通信技術適合在樓宇自動化領域進行廣泛的推廣，而且現(xiàn)有的一些針對樓控領域無線通信產(chǎn)品的價格偏高，導致無線通信技術在樓控領域的應用停滯不前。隨著近年來人類在微電子機械系統(tǒng)（MEMS）、無線通信、數(shù)字電子方面取得的巨大成就，使得發(fā)展低成本、低功耗、小體積、短通信距離的多功能傳感器成為可能。近期所涌現(xiàn)出來的一項新的無線通信技術ZigBee技術將改變這種狀況。ZigBee技術產(chǎn)品以其低成本、低功耗、低傳輸速

3、率、優(yōu)秀的組網(wǎng)能力，被廣泛認為將在未來的幾年中對樓宇自動化工業(yè)產(chǎn)生重大的影響。無線通信技術在樓宇自動化系統(tǒng)應用的優(yōu)越性無線通信技術是利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而無需線纜介質(zhì)。在樓宇自動化系統(tǒng)中采用無線通信技術是對系統(tǒng)有線組網(wǎng)方式的一種補充、擴展甚至是替代。無線通信技術使得樓宇自動化設備具有可移動性，它能快速方便地解決使用有線方式所不易實現(xiàn)的網(wǎng)絡聯(lián)通問題。與有線傳輸方式相比較，在樓宇自動化系統(tǒng)中采用無線通信技術具有低廉的安裝費用、靈活性和可移動性等優(yōu)點，以下是對其的詳細闡述：（1）通常在智能建筑的網(wǎng)絡建設中，施工周期最長、對周邊環(huán)境影響往往是綜合布線系統(tǒng)，采用無線通信技術最大的優(yōu)勢就是可

4、以免去樓宇自動化系統(tǒng)中網(wǎng)絡布線的大部分工作量。（2）在采用有線傳輸方式的樓宇自動化網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡設備的安放位置通常受網(wǎng)絡信息點位置的限制。但是一旦無線網(wǎng)絡建成后，在無線網(wǎng)的信號覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個位置都可以接入網(wǎng)絡（3）由于有線網(wǎng)絡缺少靈活性，這就要求樓宇自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需要，這往往需要預設大量利用率較低的信息點；而一旦網(wǎng)絡的發(fā)展超出了設計規(guī)劃，則需要對網(wǎng)絡的布局進行重新的考慮，而無線網(wǎng)絡可以避免或減少以上情況的發(fā)生。（4）假如對樓宇自動化系統(tǒng)重新進行改造，對于有線網(wǎng)絡，消除原有的舊系統(tǒng)和對新系統(tǒng)進行新的布置將帶來龐大的工程費用，而無線網(wǎng)絡則相反將會帶來巨大收益。無線通

5、信技術目前在樓宇自動化系統(tǒng)應用所面臨的問題盡管在樓宇自動化系統(tǒng)中采用無線通信技術具有有線無可比擬的優(yōu)勢，但目前采用有線傳輸介質(zhì)的樓控產(chǎn)品仍然占據(jù)著絕對的主導地位，人們在進行樓宇自動化系統(tǒng)設計時，很少會考慮到采用無線通信技術。這主要是因為目前針對樓宇自動化系統(tǒng)的無線產(chǎn)品尚面臨著成本、可靠性、適用性和協(xié)議的標準化等一系列問題。另外樓宇自動化系統(tǒng)屬于控制網(wǎng)絡的一種，控制網(wǎng)絡肩負的特殊任務和工作環(huán)境，使它具有許多不同于普通計算機網(wǎng)絡的特點。控制網(wǎng)絡以具有通信能力的傳感器、執(zhí)行器控制器作為網(wǎng)絡節(jié)點，并將其連接成開放式、數(shù)字化、實現(xiàn)多節(jié)點通信，完成監(jiān)測控制任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)。以下是控制網(wǎng)絡所需要具備的主要特點

6、：數(shù)據(jù)傳輸量相對較小；傳輸數(shù)率相對較低，多為短幀傳送；通信傳輸?shù)膶崟r性強；抗干擾能力強，可靠性高。在選擇合適的應用于樓宇自動化系統(tǒng)的無線通信技術時，必須對以上的內(nèi)容進行綜合考慮。目前無線通信技術在樓宇自動化領域的應用探討比較多的主要有無線局域網(wǎng)技術藍牙技術和ZigBee技術。無線局域網(wǎng)技術（WLANWirelessLocalareanetwork）是一種借助無線通信技術取代以往有線布線方式構成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能它是計算機網(wǎng)絡與無線通信技術相結合的產(chǎn)物。藍牙技術是一種短距離無線連接的無線技術，目的是取代現(xiàn)有的PC、打印機、傳真機和移動電話等設備上的有線接口。無線局域網(wǎng)

7、技術和藍牙技術都不能夠完全具備適合在樓宇自動化系統(tǒng)應用的特點。ZigBee技術是建立在IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，美國電氣電子工程師學會）802.15.4基礎上的無線通信協(xié)議，它是一個短距離、低功耗協(xié)議，特別適合設計應用在小型的建筑物自動化設備中，比如溫度自動調(diào)節(jié)裝置、燈光控制設備、環(huán)境傳感器等。ZigBee技術能夠在低功耗下提供短距離、低速的數(shù)據(jù)傳輸，使用普通干電池的ZigBee無線傳感器能夠持續(xù)運行23年的時間。另外ZigBee技術優(yōu)秀的組網(wǎng)能力使得它和其他無線通信技術在樓宇自動化系統(tǒng)中的應用相比尤其具有無可比擬的優(yōu)勢

8、。ZigBee技術分析ZigBee技術是由一個企業(yè)之間的團體ZigBee聯(lián)盟（ZigBeeAlliance）負責制定和推廣。ZigBee聯(lián)盟由霍尼韋爾（Honeywell）、英維思（Invensys）、三菱電氣（MitsubishiElectrie）、三星（Samsung）、摩托羅拉、飛利浦（Philips）和Ember七家國際著名公司作為發(fā)起方，截至到2004年11月該聯(lián)盟所參加的企業(yè)成員已經(jīng)超過100家，均為在行業(yè)中有重大影響的企業(yè)。ZigBee技術建立在IEEE802.15.4標準技術之上，IEEE802.15.4是一個支持低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率的無線網(wǎng)絡標準，主要是設計用來進行遠程監(jiān)測與

9、控制的應用。在2003年的5月，IEEE802.15.4標準得到了正式批準。IEEE802.15.4是一個簡單的但功能卻十分強大的數(shù)據(jù)包協(xié)議，它通過確認、錯誤檢測、區(qū)分優(yōu)先次序的通信、DSSS（DireetSequenceSpreadSpectrum直接序列擴頻技術，它具有改變頻率消除干擾的能力）和用戶選擇安全等級等技術來提供無線通信的高可靠性。IEEE802.15.4標準同樣只規(guī)定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型中的物理層和介質(zhì)訪問子層，其中物理層定義了三個許可的頻率波段，它們分別是2.4GHz（最高傳輸速率250kbps）、915MHz（最高傳輸速率40kbps）和868MHz（最高傳輸速率20k

10、bps）。ZigBee技術在IEEE802.15.4所定義的基礎上又增加了網(wǎng)絡層、安全層和應用輪廓層（ApplicationProfiles）。ZigBee支持星型、網(wǎng)狀和樹簇狀的網(wǎng)絡拓撲結構。在每一個ZigBee網(wǎng)絡中最多可以擁有65535個節(jié)點，每個節(jié)點的地址由ZigBee的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點（NetworkCoordinator）負責分配。另外每個節(jié)點的傳輸范圍在30100m之間，而且傳輸?shù)木嚯x還可以通過使用功率放大器和多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構得到延伸。ZigBee技術在樓宇自動化領域有廣闊的發(fā)展和應用前景，首先ZigBee技術是一項低成本、低功耗的無線解決方案，采用ZigBee技術的無線傳感器使用普

11、通的干電池即可工作23年的時間，而ZigBee芯片的價格將在12年時間內(nèi)降低到2美元左右；其次ZigBee技術支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，這使得ZigBee網(wǎng)絡具有自組織、自修復的能力，提高了網(wǎng)絡的可靠性；第三，ZigBee網(wǎng)絡支持數(shù)量眾多的節(jié)點，這點對于大型的樓宇自動化系統(tǒng)中需要大量的傳感器和控制器的場合是非常重要的。ZigBee技術在樓宇自動化領域的應用前景根據(jù)美國著名的市場研究機構ABIResearch1預測：內(nèi)建ZigBee無線裝置的產(chǎn)品將從2005年的100萬臺發(fā)展到2006年的8000萬臺ZigBee巨大的發(fā)展空間在于其技術上明顯的優(yōu)勢以及市場定位的明確。目前國際上樓宇自控方面專家基本上形成

12、了共識，無線通信技術在樓宇自動化的應用將不可阻擋2。無線網(wǎng)絡將不僅僅是對有線網(wǎng)絡有益的補充、擴充，而可能是替代作用。在使用ZigBee技術的樓宇自動化系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡的框架是網(wǎng)狀結構，使用一定數(shù)量的ZigBee路由器節(jié)點即可覆蓋整個的建筑內(nèi)部區(qū)域，而且節(jié)點數(shù)越多，系統(tǒng)將越可靠。另外由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構具有自配置的功能，增加新的節(jié)點時或重新對節(jié)點進行布置時將十分方便。而無線網(wǎng)絡的邊緣是星型結構，大量內(nèi)建ZigBee無線裝置的傳感器或者執(zhí)行器被接入網(wǎng)絡，這些傳感器使用普通的干電池就可以工作23年時間。盡管ZigBee技術有無可比擬的優(yōu)勢，但其在樓宇自動化的應用還面臨著和BACnet、LonTalk以及

13、EIB這些主要采用有線網(wǎng)絡的國際化標準化通信協(xié)議相融合的問題，目前采用這些通信協(xié)議的樓控產(chǎn)品已經(jīng)十分成熟，而且在樓控領域占據(jù)著主導地位。ZigBee技術的融入比較簡單的做法是在ZigBee網(wǎng)絡和這些異種網(wǎng)絡之間建立相關網(wǎng)關作為它們之間的橋梁，那么ZigBee將是這些有線網(wǎng)絡的有益補充，屆時整個樓宇自動化系統(tǒng)將出現(xiàn)無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡共存的局面，從而獲得較高的經(jīng)濟效益。更為完善的做法是在ZigBee技術的基礎上建立與BACnet、LonTalk通信協(xié)議相類似的適用于樓宇自動化領域的整套無線通信協(xié)議，這種情況下ZigBee將能夠和這些通信協(xié)議相并駕齊驅(qū)，并有可能最終替代這些主要采用有線網(wǎng)絡的通信協(xié)議

14、。結論隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，智能建筑的數(shù)量將會越來越多，選擇適合中國國情的樓宇自動化技術及產(chǎn)品是人們迫切需要關注的一個問題，但目前我國智能建筑中所使用的樓控系統(tǒng)及產(chǎn)品大多被國外的大公司所壟斷，ZigBee技術的出現(xiàn)將給我國開發(fā)自主的具有世界先進水平的樓宇自動化系統(tǒng)及產(chǎn)品提供一個嶄新的契機。參考文獻ABIResearch.ZigBeeand802.15.4WirelessNetworkMarketsEB/OL HYPERLINK http:/www.abire http:/www.abire/reports/ZIG.html，2004JeffWills.WillHVACControlgowir

15、eless.ASHRAEJournal,2004,(7)：46523飛思卡爾中國有限公司.飛思卡爾的802.15.4ZigBee輕松實現(xiàn)無線連接J.半導體技術，2004(7)：80814原羿，蘇鴻根.基于ZigBee技術的無線網(wǎng)絡應用研究J.計算機應用與軟件，2004(6)：89915董春橋.BACnet原理與應用M.北京：電子工業(yè)出版社，20036郭維鈞.我國智能建筑的最新發(fā)展J.傳感器世界.2004(7)：6137 HYPERLINK 熱八、ZigBee控制家庭網(wǎng)絡電燈開關的啟發(fā)有人要求發(fā)明者發(fā)明下一項重大技術，但我們實際上需要的是更好的電燈開關。想想普通的電燈開關是如何工作的:電燈本身可

16、能裝在天花板中央，但如果用戶想站在門口就能開燈，還得把線拉到門口。這都是上個世紀的事！如今，有了無線技術，用戶就可以使用用雙面膠就能貼在墻上的開關。這樣一來，如果用戶想把開關位置放低，以便坐在輪椅上的客人能夠得著，那么只要把它撕下來，往下移，再貼回到墻上即可。幾十年來，建筑物就有了有線控制網(wǎng)絡;自馬可尼時代以來，電氣工程師們就一直試圖把有線網(wǎng)絡變成無線網(wǎng)絡。不過，直到1998年，現(xiàn)已解散的行業(yè)組織HomeRF工作組才開始設計可以使用可粘貼電燈開關這些裝置的一種系統(tǒng)。五六種現(xiàn)有的無線標準由于諸多原因并不勝任這項工作，于是研究人員開始設計新的標準。2000年，IEEE針對無線個人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）

17、啟動了自己的項目：IEEE802.15.4。隨之獲得的標準就是ZigBee1.0，它于2003年發(fā)布，今年初得到了更新。這個名字通常會讓人想到蜜蜂引導同伴飛向鮮花的之字形舞這形象地描述了網(wǎng)絡上的設備尋找及聯(lián)系對方的方式。符合標準的產(chǎn)品預計會在一年內(nèi)進入商店。與IEEE802.11知名度更高的Wi-Fi標準一樣，ZigBee也是一項局域網(wǎng)技術，它可以為家庭提供無線網(wǎng)絡服務。不過在其他方面，兩項標準各不相同。Wi-Fi耗用大量功率來提供大量的高速數(shù)據(jù)流，而ZigBee幾乎不耗用什么功率；Wi-Fi使用一個中央路由器來提供覆蓋服務，而ZigBee利用一起加入網(wǎng)絡的諸多小節(jié)點共同提供覆蓋服務。這完全與

18、兩者預期的應用不同有關。ZigBee用來連接的是電燈開關，不是多媒體娛樂中心，所以雖然數(shù)據(jù)速率只有Wi-Fi的五分之一，照樣應付得過去。而且在ZigBee中，一些節(jié)點會放在地板下方及其他難以觸及的地方，所以即使它們耗用的功率極小，也需要配備電池。一個ZigBee控制點使用兩節(jié)AA堿電池就可以用上好幾年。應用的拓展ZigBee的發(fā)展前景絕不僅僅局限于電燈開關。能夠改造家居的傳感器技術問世已有數(shù)年。直到現(xiàn)在，業(yè)界缺少的只是一種可以使用這些技術經(jīng)濟可行的方式。譬如說，用戶家窗戶和門上安置的傳感器能夠以無線方式每分鐘向中央安全控制器報告幾次“一切正?！钡那闆r直到幾年前，只有像博物館這些地方才可能享有這

19、種安全級別。每間房子里的傳感器能夠監(jiān)控有沒有人、溫度、濕度和光線亮度，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到暖通空調(diào)控制器?？刂破飨炔槊髂硞€房間里面有沒有人;只有查明有人后，才決定拉上還是放下遮光窗簾、打開還是關上調(diào)節(jié)氣門，或者全速還是減速啟動暖通空調(diào)系統(tǒng)?？梢园牙锩嬗腥说姆块g維持在穩(wěn)定的舒適區(qū)。與此同時，家里的貓門會檢查你家寵物身上的射頻識別（RFID）標記，讓小貓回到家里，而把小區(qū)的其他小動物拒之門外。菜園里面的傳感器會不斷檢查土壤的濕度和濕度、光照強度以及空氣溫度，需要時就打開噴灑裝置。完成部分這些任務的控制系統(tǒng)在辦公大樓和工廠已存在了數(shù)年。大樓內(nèi)到處是線纜，把成本高昂的傳感器和中央服務器連接起來。不過，重新

20、為家居布線以實現(xiàn)這些功能是荒謬的想法施工人員得鉆孔、爬上閣樓或者在爬行空隙里鉆行。還往往要鑿開墻壁。布線工作完成后，還要開始大規(guī)模的表面修補工作。雖然線纜本身每米的成本只有0.33美元，但為控制網(wǎng)絡布線的工作量往往每平方米樓面面積就需要22美元。雖然為新房子構建這種系統(tǒng)的成本只有舊房翻新的一半，但還是不便宜。一般的新房子需要大約300個傳感器節(jié)點;光結構性布線每個房間就需要350美元左右。用戶可以使用房子現(xiàn)有的交流電線纜，從而設法避免安裝成本。有些系統(tǒng)就具有這種功能。不過，用戶只能夠得著連接有電氣系統(tǒng)的那些地方;只有這些地方離控制裝置非常近、防止電源線上的噪聲淹沒信號，才可以使用它們。在Zig

21、Bee網(wǎng)絡中，信號可以可靠地收到，不會受到難以預測的射頻傳播和吸收等變數(shù)的影響;甚至可以收到來自車庫窗戶和院子里的土壤傳感器等邊遠位置的信號。ZigBee的優(yōu)點ZigBee節(jié)點是一種簡單的東西。其核心是多信道無線電裝置和微控制器，它們都在一塊硅片上，裝在如同小指指甲大小的塑料封裝體里面。成品里面當然不止ZigBee芯片。電燈開關等一些裝置只有觸發(fā)器和面板，而另一些裝置如恒溫器會有另外的繼電器、液晶顯示屏及其他元件。ZigBee網(wǎng)絡以自主方式組建而成，所以房主安裝了第二個設備后，它會尋找第一個設備，第一個設備可能是網(wǎng)絡的初始控制開關。第三個設備安裝后它會尋找頭兩個節(jié)點中離自己比較近的那一個。默認

22、情況下，第一個設備之后的所有設備必須通過驗證，才被允許使用現(xiàn)有設備作為通信“骨干”來回轉(zhuǎn)發(fā)信號。圖1與硬幣大小相仿的ZigBee模塊驗證過程可能只需要摁一下按鈕這么簡單;但如果設備配有熒屏和鍵盤，可能比較復雜。實際上，網(wǎng)絡通常被配置成要求在添加設備之前獲得房主的許可;就是為了防止鄰居的電燈無意中加入網(wǎng)絡。設備添加完畢，網(wǎng)絡就可以獨立詢問這是什么設備、它能提供什么服務。構建自己的ZigBee網(wǎng)絡可以自行構建ZigBee網(wǎng)絡嗎？這取決于你的動手能力有多強。要添加即撕即貼的電燈開關，只要用具有ZigBee功能的開關換下原來墻上的開關，然后往墻上貼一個即撕即貼的開關控制器。只要使用一把螺絲刀，就很容易

23、把原來墻上的有線開關升級成ZigBee開關（記住首先切掉電源）。接下來，你讓兩者“相互認識”:摁一下一個開關上的按鈕，然后迅速摁一下另一個開關上的相應按鈕。從這一刻起，兩個開關就可以協(xié)同工作了（最后會有本身使用ZigBee的照明裝置，但最初通過替換方式來實現(xiàn)。）不過，如果你想安裝在家里的窗戶和戶外門上安裝具有ZigBee功能的新鎖閂，恐怕需要請來鎖匠。ZigBee本來就是用來在大部分時間處于睡眠狀態(tài)的設備之間不太頻繁地傳送簡短信號。理論上的最大數(shù)據(jù)速率只有每秒250千比特，不過仍非?？?，足以盡量縮短傳送器或者接收器的“工作”時間;兩個設備之間的典型通話一般只用幾毫秒，這樣傳送器可以迅速回到睡眠

24、狀態(tài)。ZigBee使用的頻段與Wi-Fi一樣，開發(fā)者當中有許多是曾開發(fā)其他標準（譬如針對Wi-Fi的802.11和針對WiMax的802.12）的同一批人。有許多免執(zhí)照的頻譜可以使用，諸多802標準利用了大部分這些頻譜，其他許多技術也一樣。雖然成本效益是ZigBee的設計師考慮的重要因素，但穩(wěn)健性、可靠性及在嘈雜的射頻環(huán)境中具有抗干擾性同樣很重要。圖2ZigBee熱點模塊為這項標準設計無線電部分的人員當初尋求最穩(wěn)健的調(diào)制方法，最后選擇了正交相移鍵控（QuadraturePSK）方法：在過去的二十年，美國宇航局就使用同樣這項技術，與“航海者號”和“伽利略號”太空飛船及火星探測車進行聯(lián)系。這項技術

25、基于相移鍵控（PSK）調(diào)制方法：無線電波正常振蕩的波峰和波谷突然跳過了半個周期，因而會在預計出現(xiàn)波谷的時候出現(xiàn)波峰?！安贿B續(xù)的相位跳躍”的方向表明了收到1或者0，這一不連續(xù)性極其明顯，在不適宜居住的環(huán)境也能檢測到。正交相移鍵控則更進一步。它可以傳送兩個比特的信息：00、01、10或者11，從而可以在同一時間內(nèi)收到多一倍的信息，而不是每次相位轉(zhuǎn)變傳送一個1或者一個0。正交相移鍵控法具有極強的適應性，不過作為一種調(diào)制方法，它很少應用于成本低廉的系統(tǒng)，原因是它非常復雜，而且成本很高。的確，正因為射頻硅技術在過去十年取得了進步，才讓它得以適用于消費者系統(tǒng)。ZigBee協(xié)議對網(wǎng)絡上設備進行命名采用了64

26、位方法這完全足夠為加州海灘上的每粒沙子賦予一個惟一的地址。一旦設備安裝完畢，地址就被映射成本地16位網(wǎng)絡地址，那樣ZigBee網(wǎng)絡擁有的活動設備可以超過64000個。即使在有上千個設備的網(wǎng)絡中，它們都同時連接到網(wǎng)絡上，大多數(shù)設備上的傳感器也會在大部分時候處于睡眠狀態(tài)，只是在報告或者表明事件時才醒來。底層的分組無線技術確保了等待傳送的信號被成功接收，不管信道有多忙碌。因為ZigBee無線電裝置檢查信道每秒可超過一千次，所以它能夠避開Wi-Fi、無繩電話和微波爐引起的帶寬擁塞。一旦它發(fā)送了數(shù)據(jù)包，就會回到睡眠狀態(tài)。與有線和無線網(wǎng)絡中的許多現(xiàn)有系統(tǒng)不同，ZigBee開始就旨在能夠防御黑客及其他威脅一

27、一無論來自鄰居家好奇的少年，還是在街上開著車、瞅準未加保護的房子試圖撬開電子鎖的小偷。這項IEEE標準使用了高級加密標準，這是一種久經(jīng)考驗的公鑰加密方法。這種方法利用了商業(yè)廠商提供的成熟的安全密鑰分發(fā)和管理解決方案，這些廠商會添加一整套安全功能。這項技術不僅僅通過網(wǎng)絡安全傳送密鑰，還可以讓房主或者可信的廠商登錄到網(wǎng)絡上、添加新的傳感器，以及更新網(wǎng)絡的軟件。ZigBee無線電裝置和處理器要取得成功，必須尺寸小、功耗低，但單單做到這點還不夠。與其他網(wǎng)絡標準一樣，它們必須與符合這項標準的其他設備兼容。不然，ZigBee永遠得不到廣泛使用，那樣制造廠商也就無法獲得規(guī)模經(jīng)濟。所以，行業(yè)組織ZigBee聯(lián)

28、盟希望提出標準遵從方面的要求及射頻兼容性方面的標準測試方法就像IEEE802.11有Wi-Fi聯(lián)盟、802.16有WiMax論壇那樣。廣闊的應用前景非營利組織ZigBee聯(lián)盟由當初開發(fā)基本IEEE標準的同一批人在2002年組建而成，現(xiàn)在它有大約200家成員公司，其中包括傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)生產(chǎn)商（如霍尼韋爾、約翰遜控制公司和西門子）、新的控制系統(tǒng)公司（鹽湖城的Control4Corp.）、針對特定行業(yè)的公司（丹麥的暖通空調(diào)制造商DanfossGroupGlobal和瑞典的鎖具生產(chǎn)商亞薩合萊）、專門從事ZigBee的新興公司（澳大利亞的DaintreeNetworks、韓國的OrangeLogic和西

29、雅圖附近的SanJuanSoftware）以及半導體公司（飛思卡爾半導體、意法半導體和德州儀器）。符合標準的無線電發(fā)送器的零售價在迅速接近1美元，而無線電裝置/應用處理器/內(nèi)存在同一個封裝體里面的產(chǎn)品目前約為3美元。隨著產(chǎn)量增加，這一價格會不斷下滑。ZigBee并不是家庭控制網(wǎng)絡的惟一選擇，但諸多替代方案在某個方面遠不如它。X10也許是最常使用的替代方案，但它主要作為基于有線的一項技術，無線功能有限，用于識別每個對象的可分配的地址數(shù)量也很少一這一缺點通常把X10網(wǎng)絡的規(guī)模限制在16個設備。還有藍牙，這項越來越流行的短距離無線網(wǎng)絡技術經(jīng)改造后可以在典型的居民環(huán)境支持上百個設備，至少從理論上來說是

30、這樣。遺憾的是，它根本無法支持由電池供電的小設備長年使用，所以使用藍牙用于家庭控制所需的改動其實相當于設計一項全新的無線電技術。藍牙還存在與X10同樣的缺點：地址空間有限一一實際上，可用于家庭控制的各種現(xiàn)有無線技術都有這個局限性。所以在藍牙家庭網(wǎng)絡上，設備只好不斷地退出網(wǎng)絡、重新加入，從而導致打開電燈開關與電燈發(fā)亮之間有幾秒鐘延遲。第一批ZigBee產(chǎn)品預計會在明年出現(xiàn)在電子產(chǎn)品商店和家居裝修中心。據(jù)估計，即撕即貼的電燈開關用于控制開關裝置的售價大約20美元，用于可粘貼控制開關裝置的售價大約15美元。眼下，這比基于X10技術的同類裝置要便宜5美元左右便宜了不少，但相差幅度還不是很大。不過，由于

31、規(guī)模經(jīng)濟及諸多廠商之間的競爭，這些價格會很快降下來。而ZigBee裝置的功能會比替代裝置多得多。譬如說，能注意到有人走進房間的運動傳感器可以啟動空調(diào)，打開電燈，不管這兩個設備是由哪兩家廠商生產(chǎn)的。同樣，煙霧探測器能夠打開電燈，關閉空氣處理機組，從而增加從著火大樓逃生的機率。直到現(xiàn)在，這類集成的家庭控制系統(tǒng)不是很難實現(xiàn)，就是成本高昂，要么就是兼而有之。ZigBee技術會改變像家庭安全市場這些市場嗎？直到現(xiàn)在，家庭安全市場還是依靠專有、獨立的系統(tǒng)。專業(yè)安全人士很快就能夠選擇亞薩合萊的鎖閂、西門子的報警器或者霍尼韋爾的控制器嗎？這很難說，但ZigBee至少讓這完全成為可能。雖然我們主要討論了ZigB

32、ee在家庭的應用，但這項技術設計具備商業(yè)和行業(yè)用戶同樣所需的穩(wěn)健性。這類用戶可能會發(fā)現(xiàn)，只要通過更準確地控制暖通空調(diào)系統(tǒng)來降低能源成本，ZigBee可以收到明顯的投資回報，這比安裝新的有線網(wǎng)絡的成本低得多。圖3通過ZigBee控制玩具汽車不過，商業(yè)和行業(yè)客戶需要一段時間才會采用ZigBee系統(tǒng)。因為企業(yè)網(wǎng)絡會有成千上萬個節(jié)點，它們的系統(tǒng)將由專業(yè)人員來規(guī)劃、安裝及維護，就像計算機網(wǎng)絡由專業(yè)的信息技術人員來安裝及運行。所以，ZigBee可能會先進入家庭，普通的房主、鎖匠或者管道工都能安裝其產(chǎn)品。最終，你在外出時，家里的ZigBee網(wǎng)絡能與你通話：通過連接到你家的互聯(lián)網(wǎng)線路，或者通過向你的手機發(fā)送短

33、消息。如果你在外出時冷空氣襲來，爬行空隙里面具有ZigBee功能的水管傳感器可以把情況告訴你；你有可能把鑰匙留給了隔壁鄰居，到時就可以打電話過去，讓鄰居把你家的溫度調(diào)高一檔，免得家里的管道凍壞。手機本身也將內(nèi)置有ZigBee技術，這樣你人在家里時或者走到外面院子時，可以直接與你家聯(lián)系，使用手機作為靈活、功能強大的遙控器。具有ZigBee功能的家庭將減少取暖和空調(diào)費用，同時會變得更安全、更舒適，而這絕非小事。Zigbee在家庭遠程遙控管理系統(tǒng)中的應用熱薦隨著信息數(shù)字技術的發(fā)展,越來越多的“智能家電”進入家庭,怎樣有效地管理這些智能電器,尤其是當人們出門在外時如何及時高效地管理這些設備的問題擺在了

34、我們面前。家庭遠程遙控管理的功能家庭遠程遙控管理是指人們出門在外的情況下實現(xiàn)對家庭狀況的監(jiān)督、管理、設備操作等,要求具有易操作性、穩(wěn)定性、可靠性和安全性。具體功能為:智能家電設備操作以及狀態(tài)反饋1如電視、空調(diào)、計算機、冰箱、洗衣機、電炊具、照明電器、電控門窗等。安全監(jiān)控1如偵測入室偷盜并錄像、火災、煤氣泄漏等。緊急求助1如向小區(qū)物業(yè)管理部門、出門在外的家庭成員求救,甚至報警等。自動抄表1如煤氣表、水表、電表等。家庭遠程遙控管理系統(tǒng)的組成系統(tǒng)組成如圖1所示，由控制中心、被控智能電器、各種偵測P監(jiān)控設備、無線網(wǎng)絡組成1基本工作原理如下:圖1家庭遠程遙慚縱惠嘶融23.Co.遙控者通過電話網(wǎng)P互聯(lián)網(wǎng)與

35、控制中心相連，并對之進行操控1可以使用手機或座機通過電話線路實現(xiàn)遠程操控，雖然比較繁瑣，但能夠借助鍵盤按鍵和提示語音一步一步進行操作。目前已經(jīng)進入互聯(lián)網(wǎng)時代，當然可以通過控制中心的嵌入式Web服務器，使用手機P個人計算機以非常直觀的瀏覽器方式實現(xiàn)操控。*MAC圖2控制中堿丞耕辭123.仙控制中心接受遠程遙控者的命令，并且轉(zhuǎn)換為控制信號對各種智能電器、各種偵測P監(jiān)控設備進行操作，如圖2所示IZigbee無線H拍？植涸鶚蕕奈尷吟輾？主要包括模擬接受器P模擬發(fā)射器和數(shù)字接受器兩部分，前者提供數(shù)據(jù)通信的空中接口，后者主要提供鏈路的物理信道和數(shù)據(jù)分組?；鵄RM7的微控制器負責鏈路管理與控制，執(zhí)行基帶通信

36、協(xié)議和相關的處理過程，另外通過網(wǎng)絡控制器連接互聯(lián)網(wǎng)，用戶可通過瀏覽器和家庭遙控管理系統(tǒng)進行交互。已經(jīng)有數(shù)家公司(如飛思卡爾、CHIPCON)推出單芯片Zigbee解決方案，并提供相應軟件工具，使得Zigbee無線開發(fā)相對容易實現(xiàn)1另外也有很多文章介紹了嵌入式Web服務器的開發(fā)，在此不再贅述。無線網(wǎng)絡1基于ARM的嵌入式控制中心以及各種被控設備目前相對來說都是比較成熟的技術，但此處所使用的無線網(wǎng)絡是選用近幾年剛剛興起的一種技術igbee。Zigbee技術ZigBee是一種新興的易組建、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡技術但傳輸數(shù)據(jù)速率較低1它依據(jù)80211514標準，可以在數(shù)以千計的微小的傳感器之間實現(xiàn)

37、通信，這些傳感器以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器所以它們的通信效率非常高1。主要技術特點如下：低功耗1發(fā)射功率為1mW,在待機模式下,兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月到2年,對于供電條件受限的環(huán)境,這是一個非常有力的優(yōu)勢2。低成本1不僅Zigbee網(wǎng)絡節(jié)點模塊在人民幣1000元以下,并且,主要使用的網(wǎng)絡子節(jié)點的價格有望降到人民幣100元以下,尤為重要的是,一旦組建好網(wǎng)絡,無須繳納網(wǎng)絡通訊費,可為投資者節(jié)省大量資金1另外對嵌入式系統(tǒng)的CPU和存儲器的要求也非常低。網(wǎng)絡容量大1一個Zigbee網(wǎng)絡可以容納最多65536個從設備和一個主設備,一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個

38、Zigbee網(wǎng)絡2。數(shù)據(jù)傳輸速率.室內(nèi)：10m速率250kbps;室外:3075m速率40kbps,300m速率20kbps.較低的數(shù)據(jù)傳輸速率可以說是Zigbee最大的弱項,只有在室內(nèi)可以勉強傳輸視頻信號1.另外具有高可靠性、良好的安全性和兼容性.Zigbee技術作為近幾年發(fā)展很快的無線傳輸技術,在國內(nèi)也受到越來越多的關注,以其卓越的特點,組建局部無線自動化控制網(wǎng),再通過互聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)與遠端的計算機相連,作為互聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)盲區(qū)的補充,從而實現(xiàn)低成本,高效率的自動化遙測遙控,在工業(yè)、民用領域?qū)玫皆絹碓綇V泛的應用。參考文獻:1顧瑞紅，張宏科1基于ZigBee的無線網(wǎng)絡技術及應用J1電子技術應

39、用,2005,(6):-312韓旭東，張春業(yè)，李鵬1傳感器無線互聯(lián)標準及實現(xiàn)J1電子技術應用,2004,(11):44-461Zigbee在家庭遠程遙控管理系統(tǒng)中的應用熱薦隨著信息數(shù)字技術的發(fā)展,越來越多的“智能家電”進入家庭,怎樣有效地管理這些智能電器,尤其是當人們出門在外時如何及時高效地管理這些設備的問題擺在了我們面前。1家庭遠程遙控管理的功能家庭遠程遙控管理是指人們出門在外的情況下實現(xiàn)對家庭狀況的監(jiān)督、管理、設備操作等,要求具有易操作性、穩(wěn)定性、可靠性和安全性。具體功能為:智能家電設備操作以及狀態(tài)反饋1如電視、空調(diào)、計算機、冰箱、洗衣機、電炊具、照明電器、電控門窗等。安全監(jiān)控1如偵測入室

40、偷盜并錄像、火災、煤氣泄漏等。緊急求助1如向小區(qū)物業(yè)管理部門、出門在外的家庭成員求救,甚至報警等。自動抄表1如煤氣表、水表、電表等。家庭遠程遙控管理系統(tǒng)的組成系統(tǒng)組成如圖1所示，由控制中心、被控智能電器、各種偵測P監(jiān)控設備、無線網(wǎng)絡組成1基本工作原理如下:電情用疽聯(lián)馬圖1家庭遠程遙聯(lián)縱惠嘶摘123.(；(1)遙控者通過電話網(wǎng)P互聯(lián)網(wǎng)與控制中心相連，并對之進行操控1可以使用手機或座機通過電話線路實現(xiàn)遠程操控，雖然比較繁瑣，但能夠借助鍵盤按鍵和提示語音一步一步進行操作。目前已經(jīng)進入互聯(lián)網(wǎng)時代，當然可以通過控制中心的嵌入式Web服務器，使用手機P個人計算機以非常直觀的瀏覽器方式實現(xiàn)操控。MAC磯控制

41、中堿丞鞠盟123.(2)控制中心接受遠程遙控者的命令，并且轉(zhuǎn)換為控制信號對各種智能電器、各種偵測P監(jiān)控設備進行操作，如圖2所示IZigbee無線H拍？植涸鶚蕕奈尷吟輾？主要包括模擬接受器P模擬發(fā)射器和數(shù)字接受器兩部分，前者提供數(shù)據(jù)通信的空中接口，后者主要提供鏈路的物理信道和數(shù)據(jù)分組?；鵄RM7的微控制器負責鏈路管理與控制，執(zhí)行基帶通信協(xié)議和相關的處理過程，另外通過網(wǎng)絡控制器連接互聯(lián)網(wǎng)，用戶可通過瀏覽器和家庭遙控管理系統(tǒng)進行交互。已經(jīng)有數(shù)家公司(如飛思卡爾、CHIPCON)推出單芯片Zigbee解決方案，并提供相應軟件工具，使得Zigbee無線開發(fā)相對容易實現(xiàn)1另外也有很多文章介紹了嵌入式Web

42、服務器的開發(fā)，在此不再贅述。無線網(wǎng)絡1基于ARM的嵌入式控制中心以及各種被控設備目前相對來說都是比較成熟的技術，但此處所使用的無線網(wǎng)絡是選用近幾年剛剛興起的一種技術igbee。Zigbee技術ZigBee是一種新興的易組建、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡技術但傳輸數(shù)據(jù)速率較低1它依據(jù)80211514標準，可以在數(shù)以千計的微小的傳感器之間實現(xiàn)通信，這些傳感器以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器所以它們的通信效率非常高1主要技術特點如下:(1)低功耗1發(fā)射功率為1mW,在待機模式下,兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月到2年,對于供電條件受限的環(huán)境,這是一個非常有力的優(yōu)勢2。(2)低成本

43、1不僅Zigbee網(wǎng)絡節(jié)點模塊在人民幣1000元以下,并且,主要使用的網(wǎng)絡子節(jié)點的價格有望降到人民幣100元以下,尤為重要的是,一旦組建好網(wǎng)絡,無須繳納網(wǎng)絡通訊費,可為投資者節(jié)省大量資金1另外對嵌入式系統(tǒng)的CPU和存儲器的要求也非常低。網(wǎng)絡容量大1一個Zigbee網(wǎng)絡可以容納最多65536個從設備和一個主設備,一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個Zigbee網(wǎng)絡2。數(shù)據(jù)傳輸速率.室內(nèi)：10m速率250kbps;室外:3075m速率40kbps,300m速率20kbps.較低的數(shù)據(jù)傳輸速率可以說是Zigbee最大的弱項,只有在室內(nèi)可以勉強傳輸視頻信號1.另外具有高可靠性、良好的安全性和兼容性.Zi

44、gbee技術作為近幾年發(fā)展很快的無線傳輸技術,在國內(nèi)也受到越來越多的關注,以其卓越的特點,組建局部無線自動化控制網(wǎng),再通過互聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)與遠端的計算機相連,作為互聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)盲區(qū)的補充,從而實現(xiàn)低成本,高效率的自動化遙測遙控,在工業(yè)、民用領域?qū)玫皆絹碓綇V泛的應用。參考文獻:1顧瑞紅，張宏科1基于ZigBee的無線網(wǎng)絡技術及應用J1電子技術應用,2005,(6):1-312韓旭東，張春業(yè)，李鵬1傳感器無線互聯(lián)標準及實現(xiàn)J1電子技術應用,2004,(11):44-461可靠的ZigBee組網(wǎng)技術在電力S相對于電力微波通信網(wǎng)、電力DDN數(shù)字數(shù)據(jù)和公網(wǎng)等遠程通訊技術相比，電網(wǎng)數(shù)字化需要“就地”術針對電力系統(tǒng)監(jiān)測、控制的需求，在通信容量、通信時延、通信可靠性、能量損耗上正是這樣一項滿足電力配網(wǎng)和變電站數(shù)字化為例介紹ZigBee組網(wǎng)技術在電力SCADA中的應用，電網(wǎng)監(jiān)控請參見筆者其他論文。ZigBee技術在智能電網(wǎng)中的應用得益于近年來配網(wǎng)和變電站本身技術的發(fā)展提供的有利條件：數(shù)據(jù)采集數(shù)字化：光電互感器的應用改變了監(jiān)控系統(tǒng)的結構。系統(tǒng)結構分散化：從集中控制、功能分散逐步向戶外型、分散型網(wǎng)絡發(fā)展。系統(tǒng)建模標準化：IEC61850確立了電力系統(tǒng)的建模標準。系統(tǒng)分層分布化：通信技術分層獨立，為采用新