ZigBee技術(shù)及智能家居

ZigBee技術(shù)及智能家居

2024年11月19日主要內(nèi)容一二ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信特點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

ZigBee智能家居系統(tǒng)三在剛剛過去的2015年極客公園創(chuàng)新大會上，小米首次在非官方平臺上發(fā)布了新款產(chǎn)品：小米智能家庭套裝：

多功能網(wǎng)關(guān)人體傳感器門窗傳感器無線開關(guān)共同特點主要功能支持Zigbee協(xié)議使用小米智能模塊連接ZigBee設(shè)備，超低功耗把ZigBee設(shè)備連接小米云和其他設(shè)備多功能揚聲器，18顆全彩LED可調(diào)夜燈ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

隨著近兩年智能家居的潘多拉魔盒被打開，各類智能家居產(chǎn)品經(jīng)歷了從無到有的過程后，數(shù)量將會越來越多，Zigbee協(xié)議才又重新走入了大眾的視野。什么是ZigBee協(xié)議？

ZigBee技術(shù)是一種提供控制或傳感器等電子元器件之間無線連接的無線通信技術(shù)。Zigbee的自身優(yōu)勢1、低功耗2、低成本3、低速率4、近距離5、短時延6、高容量7、高安全8、免執(zhí)照頻段在低耗電待機模式下,2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月,甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較,藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預(yù)測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2美元。Zigbee工作在20～250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。傳輸范圍一般介于10～100m之間,在增加RF發(fā)射功率后,亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。Zigbee的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進一步節(jié)省了電能。相比較,藍牙需要3～10s、WiFi需要3s。Zigbee可采用星狀、樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點;同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理,最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。Zigbee提供了三級安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段,2.4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。與其他通信技術(shù)比較

名稱項目ZigBee?802.15.4Bluetooth?802.15.1Wi-Fi?802.11bGPRS/GSM1xRTT/CDMA應(yīng)用領(lǐng)域廣闊范圍聲音&數(shù)據(jù)Web,Email,圖像電纜替代品監(jiān)測&控制系統(tǒng)資源16M＋1M+250kb+4KB-32KB電池壽命（天）1~70.5~51~7100~1000+網(wǎng)絡(luò)容量1327255/65000帶寬64~128+11000+72020~250傳輸距離1000+1~1001~1010~100+特點覆蓋面積大，質(zhì)量好速度快，靈活性價格便宜，方便可靠,低功耗,價格便宜與其他通信技術(shù)結(jié)合①與RFID技術(shù)的結(jié)合使用特點：相輔相成，方便靈活，解決了通信距離近、電源續(xù)航能力、移動定位以及覆蓋范圍有限的一些問題。缺點：易受環(huán)境影響。②與GPRS（GSM）的結(jié)合使用特點：傳輸距離遠、傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量好、覆蓋面積大。缺點：后期費用高，響應(yīng)啟動時間緩慢。③與3G技術(shù)的結(jié)合使用特點：能實現(xiàn)隨時隨地的數(shù)據(jù)交換。缺點：手機需要支持3G，費用增加。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建基于ZigBee技術(shù)的居室安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，采用的樹型拓撲結(jié)構(gòu)，主要因為其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，不需要大量的協(xié)調(diào)器節(jié)點，降低了成本.每個終端無線傳感器節(jié)點為每家的氣表（平時無線通訊模塊為掉電方式，通過路由節(jié)點來激活），手持式接受機為移動的路由3種有效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（星型、樹型、網(wǎng)狀型）中心節(jié)點是整個監(jiān)測系統(tǒng)通訊、控制核心，通過RS232串口與工業(yè)控制計算機相連，通過計算機的人機交換界面，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的可控性和可視性。所有路由節(jié)點或部分終端節(jié)點的數(shù)據(jù)，均通過中心節(jié)點與工控機進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的中央監(jiān)測與調(diào)節(jié)。通過功能模塊設(shè)計，具有功能鍵設(shè)定、液晶參數(shù)顯示、越限提示報警和設(shè)備自動調(diào)節(jié)的功能。安防模塊安防信號濕度傳感器紅外探測器緊急按鈕探測器瓦斯氣體傳感器溫度傳感器基于ZigBee技術(shù)的居室安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)圖ZigBee智能家居子系統(tǒng)總體設(shè)計家庭智能交互終端安全提醒緊急報警移動設(shè)備家庭防火用電安全煤氣安全突發(fā)情況用戶軟件流程設(shè)計

安防模塊不僅對所安裝的各種安防信號進行處理，而且響應(yīng)電話控制信號，當(dāng)安防模塊檢測到緊急情況按鈕后，根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的可控程序，進行遠程的電話呼救操作。通過各種探頭、傳感器實現(xiàn)煤氣泄漏、紅外線防盜、煙霧及緊急求助報警等功能，報警信號可自動通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳往控制中心或用戶終端，并啟動相關(guān)聯(lián)動裝置。在燈光和家用電氣控制系統(tǒng)中也可應(yīng)用ZigBee技術(shù)，通過無線方式將燈光和家用電器連接起來，只需使用一個遙控器在規(guī)定范圍內(nèi)就可以操控各種家用電器，而且遙控模塊可嵌套在便攜電子設(shè)備中，用戶只需在設(shè)備上設(shè)定相應(yīng)的操作，燈光和家電就會按照規(guī)定自動完成這些指令，同時每個操作都會有反饋信息說明操作已完成。ZigBee技術(shù)與智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用前景及基于該技術(shù)的家庭無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應(yīng)用。這種方式在現(xiàn)實生活中具有很強的應(yīng)用性，可以預(yù)見隨著微電子技術(shù)、Zigbee技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電源技術(shù)的發(fā)展，傳感器與Zigbee技術(shù)的融合將進一步緊密.相信在不遠的將來，會有越來越多由ZigBee技術(shù)延伸而出的設(shè)備投