基于zigbee无线网络智能家居系统的设计与实现

《基于zigbee无线网络智能家居系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计与实现　　摘要：文章首先介绍了智能家居系统开发中所使用的关键技术，Zigbee技术和CC2530芯片，然后以感知层、网络层和应用层的角度分析了Zigbee无线网络智能家居系统的设计，对于系统的物理实现主要通过传感器、Zigbee节点、Zigbee协调器和家庭网关组成，软件实现主要通过Z-Stack协议栈软件和IAR开发环境完成。　　关键词：Zigbee；智能家居；CC2530　　引言　　随着无线传感网络和电子信息技术的发展，智能家居已悄然进入人们的生活。早晨智能家居系统为您准时自动开启窗帘，使您在

2、温馨的阳光中苏醒，当您上班或外出时，智能家居系统可实时监测家中的一切状况。家中若有小偷光顾或可燃气体泄漏，您可通过手机及时获得警报信息，当您走在回家的路上，可通过手机打开家中的制冷或采暖设备。智能家居的出现正在改变我们的生活，而且一个出色的智能家居系统的设计能够使我们的生活更加安全、环保、舒适和便利。　　1关键技术分析　　智能家居是通过无线网络技术、传感器技术、计算机技术、智能控制技术和综合布线技术，将家居中所要使用的硬件设施实现智能化控制和管理，从而达到合理安排时间、优化人类生活等目的。智能家居的关键技术包含以下几个方面。　　1.1Zi

3、gbee技术　　Zigbee这一名称来源于蜜蜂与同伴传递方位信息的方式，它实际上是一种能量消耗低、通信距离短、组网复杂度低、低成本，主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备的无线网络技术。Zigbee协议的介质访问层（MAC）和物理层（PHY）由IEEE802.15.4标准定义，应用层（APL）、应用汇聚层（APS）、网络层（NWK）协议由Zigbee联盟负责制定。　　Zigbee设备类型主要包括协调器、路由器和设备终端，协调器（Coordinator）是Zigbee无线网络的第一设备，负责启动和配置网络，在启动网络时协调器需要

4、选择信道和PANID（个域网标志符），然而只要任务完成协调器的作用就仅相当于一个路由器；路由器（Router）负责将节点设备添加到Zigbee网络之中，并协助其下一级终端设备通讯；终端设备（End-Device）不需要对网络结构负责，通常处于休眠状态，需要工作时才会被唤醒。　　1.2CC2530芯片　　CC2530芯片是ZigBee新一代SOC芯片的片上系统解决方案，是理想ZigBee专业应用，支持IEEE802.15.4标准，CC2530具有业界领先的高性能RF收发器和8051微处理器，8kBRAM，256kB系统可编程闪存，以及强大的

5、支持功能和外设。CC2530具有很多特性：（1）出色的接收灵敏度和抗干扰能力（2）低功耗长时间运行的系统，即睡眠模式下最低功耗1微安（3）强大的短距离组网功能（4）强大的外设，拥有5通道DMA、MAC定时器，通用定时器、还具有IR发生电路，32kHz睡眠定时器等。（5）应用范围广，可应用于2.4-GHzIEEE802.15.4系统、RF4CE远程控制系统、ZigBee系统、智能楼宇等。由于CC2530所具有的诸多特性，因此本系统选用CC2530作为核心硬件组成部分。　　2系统结构设计　　智能家居系统的结构如图1所示，该系统的设计可分为三个

6、层次，分别为感知层、网络层和应用层。（1）感知层的主要组成部分包括由Zigbee协调器组成的无线网络、Zigbee节点、传感器。感知层的主要工作原理为，通过Zigbee节点将各个传感器或家用设备所采集的数据信息上传至网络层，到达应用层之后进行处理，下达的处理信息再由网络层传输至物理层的Zigbee节点，Zigbee节点将处理信息发送给家用设备，从而完成相应的用户操作；Zigbee协调器负责组建Zigbee无线网络，并与家庭网关相连。（2）网络层的主要组成部分包括Zigbee无线家庭内网、Internet和移动网络，这三部分通过家庭网关相连

7、，家庭网关可将无线家庭内网中所采集的信息进行汇集和处理，再向Internet和移动网络进行传送。（3）应用层的主要实现包括智能门禁、家庭安防、家用电器控制、照明系统控制、火灾及有害气体警报、智能电表水表等。　　3系统的实现　　本系统的物理实现是在各个家居设备上部署各种类型的传感器节点，使用无线传感网络对传感器节点进行信息采集，把收集到的数据发送给家庭网关，并进行集中式控制处理；系统服务器使用Zigbee无线网关，其中采用以太网接口的Zigbee协调器是整个网络的主控节点。本系统的家居内部网络软件实现主要通过Z-Stack协议栈软件和IAR

8、开发环境完成，Z-Stack协议栈软件是由美国德州公司（TI）推出的基于CC2530开发平台的Zigbee协议栈软件，使用Z-Stack有助于开发者实现具体的实际应用，IAR是带有C/C++编