基于ZigBee无线技术的智能家居系统.pdf

ZigBee是一种短距离、低传输数据速率的无线通信技术，其协议标准由IEEE 802.15.4工作小组和ZigBee联盟共同制订。ZigBee技术适用于电子设备之间的无线通信，在智能家居系统中扮演重要角色。ZigBee技术的主要特点包括低功耗、低成本和短时延，这些特点使得ZigBee特别适合应用于智能家居系统。 1. ZigBee技术特点 (1) 低功耗：ZigBee数据传输速率低，传输数据量小，发射功率仅1mW，支持休眠模式，因此设备具有高节能效果。在休眠模式下，ZigBee节点设备能够依靠两节5号电池维持6个月到2年，而其他如蓝牙设备仅能维持数周。 (2) 成本低：智能家居系统中ZigBee协议栈简单，ZigBee模块初始成本大约在6美元左右，目前已降至几美分。低成本是ZigBee技术能在智能家居系统中得到应用的关键因素。 (3) 时延短：ZigBee设备模块通信时延非常短，从休眠状态激活响应时间快，网络设备加入和退出网络时延仅需30ms，休眠激活时延为15ms。非信标模式下，活动设备信道接入时延为15ms，这使得ZigBee技术非常适合对时延要求苛刻的智能家居子系统（如安防报警）应用。 2. 基于ZigBee技术的智能家居系统架构 (1) 家庭网关：家庭网关是智能家居系统的核心，负责将多个ZigBee无线通信传感器节点组成一个家庭内部网，并充当网络协调器组建ZigBee网络，检测网络的运行和节点的断开加入，与各传感器节点进行网络通信。它作为连接内部网络和外部网络的桥梁，需要实现内部网和外部网之间的协议转换功能。家庭网关由硬件和软件结合，本文采用PC机实现，因为PC功能强大，硬件接口支持多种外设。 (2) 内部网络：提高家居网络数据传输的可靠性是智能家居系统的重要目标。家居网络传输的信息量不大，一般几十Kbps的传输率，但对信息传输的可靠性要求高。传输信息错误可能导致设备非正常工作，甚至损坏。因此，在选择网络拓扑结构时必须考虑到数据传输的可靠性。此外，家居环境变化可能引起网络拓扑结构变化，家居网络应具备自组织性和自愈性。 3. ZigBee家庭内网设计 无线通信组网技术是未来智能家庭网络的发展方向。ZigBee技术由于其近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的特点，非常适合智能家居系统的组网技术。ZigBee网络由协调器、路由器和终端设备三种类型节点组成。协调器负责启动网络，分配网络成员地址，维护网络和节点的绑定关系表等。路由器实现路由发现、消息转发、通过连接别的节点来扩展网络等功能。终端设备通常作为网络中的最边缘节点设备，负责将家庭设备信息主动传输。 在ZigBee网络中，协调器是必不可少的，网络中只有一个协调器，负责维护网络并为其他设备分配地址。路由器节点可以作为父节点，允许更多的设备接入网络，适用于树簇状网络和无线网状网。终端设备是精简功能设备，一般连接到实际的家庭设备，负责传输家庭设备信息。 综合上述内容，可以看出ZigBee技术在智能家居系统中的应用，不仅依赖于其低功耗、低成本和短时延的技术特点，而且还需要家庭网关等关键组件的支撑。同时，为了确保智能家居系统的稳定运行和高效性能，内部网络的可靠性和自组织性、自愈性也是至关重要的。随着技术的不断发展和成本的进一步降低，ZigBee技术有望成为智能家居系统中的主流无线通信技术。