基于ZigBee智能家居控制系统的设计

《基于ZigBee智能家居控制系统的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于ZigBee智能家居控制系统的设计[导读] 随着无线通信技术和物联网技术的深入发展，将无线通信技术应用在智能家居控制领域今后的发展趋势。目前智能家居控制系统主要采用的是有线通信方式。包括串口线、以太网、同轴电缆等。有线通信方式的优点是技术成熟、 随着无线通信技术和物联网技术的深入发展，将无线通信技术应用在智能家居控制领域今后的发展趋势。目前智能家居控制系统主要采用的是有线通信方式。包括串口线、以太网、同轴电缆等。有线通信方式的优点是技术成熟、传输可靠、速度快，但需要进行大量的布线工作，可扩展

2、性差，成本也高。与其他短距离无线技术相比，基于ZigBee技术的无线传感网络以其低复杂度、低成本、低功耗等特点成为了组建智能家居控制网络的首选方案。本文针对现有的智能家居控制系统的发展现状，提出了一种基于ZigBee智能家居控制系统的解决方案。1ZigBee无线通信技术简介ZigBee起初是由IEEE802.15工作组提出的，并制定规范了IEEE802.15标准。ZigBee是基于此标准规范的一种近距离、低复杂度、双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中。Zigbe

3、e技术有如下主要特点：1)低功耗：ZigBee由于传输速率低，并且支持休眠模式，因此具有低碳节能的效果。经测试，在低耗电休眠模式下，用2节5号干电池可支持1个功能节点工作最长达24个月，由此在相同情况下，蓝牙可工作1月左右，而WiFi工作时间仅有几个小时，这是Zigbee的突出优势。2)低成本：由于ZigBee标准协议的大幅简化，降低了对通信处理器的要求，仅需要8位处理器，主节点需要32kB的RAM，子功能节点的4kB的ROM即可，在很大程度上降低了芯片的成本费用。3)短时延：的响应速度非常快，

4、从休眠状态唤醒，进入工作状态仅需15ms，ZigBee各节点连接，进入网络只需30ms。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。4)数据传输速率低：只有10k字节/秒到250k字节/秒，专注于低传输应用。5)网络容量大：每个ZigBee网络最多可支持255个设备。2系统的总体设计2.1系统架构设计智能家居控制系统的设计主要包括基于ARM处理器网关服务器设计、基于ZigBee无线传感网络的组建、控制终端的设计，被控制终端节点的设计。系统的整体架构如图1所示。ARM处理器为智能家居控制系统的控

5、制中心，智能手机和LCD触摸屏作为控制终端，智能手机通过WiFi接入ARM控制中心，智能手机实现远程控制，LCD触摸屏实现本地近程控制。ZigBee无线技术将被控终端组建成一个内部无线局域网。基于ARM家庭内部控制中心(家庭网关)接受来自远程(智能手机)和本地(LCD触摸屏)的控制指令，协调处理这些控制指令，来控制底层的家用设备。底层构建的基于ZigBee技术的无线局域网覆盖灯光控制、窗帘控制、环境参数的采集、常用家电的控制。最终实现智能手机、LCD触摸屏通过系统控制中心能实时协调控制基于Zig

6、Bee技术无线传感网络所覆盖的常用家庭设备和采集环境参数。2.2系统组网设计本系统是采用ZigBee无线技术组建的内部局域网络。ZigBee定义了两种物理设备类型全功能设备FFD(FullFunctionDevice)和精简功能设备RFD(ReducedFunctionDevice)。FFD支持任何拓扑结构，可以充当网络协调器(NetworkCoordinator)，能和任何设备通信。RFD通常只用于星型网络拓扑结构中，不能完成网络协调器功能，且只能与FFD通信，两个RFD之间不能通信。但它们的

7、内部电路比FFD少，因此实现相对简单，也更节能。ZigBee网络支持3种功能设备：网络协调器(NetworkCoordinator)、网络节点(NetworkNode)及IEEE节点(IEEENode)。前两种都是FFD，可以与任何节点通信。IEEE节点是RFD。ZigBee有3种网络拓扑结构：星型(star)、簇树型(Cluster)和网状网(MESH)，具体采用哪种网络拓扑结构，应考虑家庭网络的实际情况。由于家庭电器设备分布在不同的房间，屋内墙壁等障碍物多，因此通信信号会受到干扰，在综合成本

8、、灵活性、可靠性等多因素的考虑，本次智能家居控制系统采用星型(Star)拓扑方式，星型(Star)拓扑具有延时时间短、操作简单等其他网络拓扑结构没有的优点。星型(Star)拓扑结构如图2所示。3系统硬件设计系统控制中心(ARM处理器)采用SamsungS3C2440处理器，采用外接DM9000以太网卡与USBWIFI模块来接入以太网与WIFI网络，通过串口控制ZigBee协调器，同时配置了触摸屏支持本地触摸界面操作。被控终端子节点主要由ZigBee子节点模块、MCU控制单元与被控终端(灯光、窗帘