ZigBee智能家居综合布线的应用 毕业论文

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1、第1章绪论1.1智能家居综合布线前景随着人们生活水平的提高，对居住环境也提出了更高的要求，尤其是在住宅“智能化”方面。现代住宅不仅应具有安全、便利、舒适、节能和娱乐等特点，还要求具有集成的音频／视频、计算机通信、自动化及安全防范等功能。这样的智能家庭有各种独立的现代家用电器或电子设备，而要将它们在普通的家居环境中集成到一起，就必须通过一套统一管理的家庭网络连接起来，而家庭网络的基础正是家居综合布线系统。这一系统为家庭的各种弱电系统应用(如语音、数据、视听音乐、家庭办公、保安、能源管理等)提供了齐备

2、的传输介质。一方面，智能家居布线应该说是一个小型的综合布线系统。它可以作为一个完善的智能小区综合布线系统的一部份，也可以完全独立成为一套综合布线系统。另一方面，现代家居中各种弱电线缆很多，需要集中管理和统一维护。信息技术和宽带网络的迅速发展和普及，规范的家庭弱电布线系统将成为继水、电、气后另一种必不可少的家庭基础设施。智能家居布线则涵盖了整个家庭弱电布线系统。1.2选题的目的和意义ZigBee技术是～种低速率、低成本、低功耗、近距离新型的无线通信技术，主要用于家庭智能化、楼宇自动化和工业监控等应用

3、系统。ZigBee技术具有以下的特点和优势：1．2.1低功耗：在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6"24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。现在，TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的Zigbee提供电源。1.2.2低成本：通过大幅简化协议(不到蓝牙的1／10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主

4、节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。1.2.3低速率：ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2．4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。1.2.4近距离：传输范围一般介于10--一100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1---,3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更

5、远。1.2.5短时延：ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需1517ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3"-'10S、WiFi需要3s。1.2.6高容量：ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。1.2.7高安全：ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高

6、级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。采用ZigBee技术所架构的无线智能家居综合布线系统网络由于其低成本低功耗较远的覆盖范围及它在全球范围内的通用将使其成为智能家居系统中的又一亮点，必将给现代智能家居系统带来一场新的变革。现有的家庭网络中，比较多采用有线技术进行家庭控制网络的组建，这类方案总的特点是扩展性能差，布线繁琐，影响美观。家庭网络构建的原则是使用方便、安装简单，不需要额外布线、扩展性好。可见家庭网络采用无线的方式是个最好的选择，无线的方式比较灵活，更适合家庭使用。无

7、线传输方式避免了重新布线的麻烦，网络所需的基础设施不再需要埋在地下或者隐藏在墙里，网络能够根据需要移动或变化。可见将ZigBee这种无线通信技术用于智能家居综合布线系统具有现实的意义。17第1章ZigBee的协议栈ZigBee的协议栈结构是由一些层所构成。每个层都有一套特定的服务方法和上一层连接：数据实体(dataentity)提供数据的传输服务而管理实体(managemententity)提供所有的别的服务类型。每个层的服务实体通过服务接入点(serviceaccesspoint，SAP)$n上

8、一层相接。每个SAP提供了大量的服务方法来完成要求的操作。ZigBee协议栈是基于标准的OSI七层模型，但只是在相关的范围来定义一些相应层以完成特定的任务。ZigBee的协议栈主要分为:物理层（PHY）、MAC层、网络∕安全层、应用层。2.1物理层：定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层数据服务包括以下五个方面的功能:（1）激活和休眠射频收发器;