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《基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、2013年5月建村目愛崔規(guī)劃與設(shè)計(jì)【文章編號(hào)】1673-0038(2013J14—0019-02基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究項(xiàng)健(重慶市江北區(qū)400020)摘要：近年來，人們的生活水平隨著科技發(fā)展而不斷提高，進(jìn)而對(duì)生活環(huán)境的舒適性和安全性提出了更高的要求，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在本文中分析了智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)，并對(duì)基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)研究。關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)；zigBee協(xié)議；BoA服務(wù)器；無線網(wǎng)狀組網(wǎng)l刖罱近些年來，隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的舒適性和安全性也提出
2、了愈來愈高的要求。家居系統(tǒng)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是當(dāng)前家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。其中基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)為人類的生活環(huán)境帶來了一場(chǎng)新的革命。2智能家居智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制術(shù)、音頻視頻等技術(shù)將與家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，對(duì)人們居住環(huán)境的舒適性、便利性、安全性以及藝術(shù)性等進(jìn)行了有效的提升?。實(shí)現(xiàn)家居智能的工具包括先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及電力自動(dòng)化技術(shù)等，這些先進(jìn)的技術(shù)將與家居生活相關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理。當(dāng)前短距離無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，有效解決了有線網(wǎng)絡(luò)布線困難以及擴(kuò)
3、展性差等的不足，應(yīng)用無線組網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。3ZigBee技術(shù)3．1ZigBee協(xié)議ZigBee技術(shù)是一種重要的短距離無線通信技術(shù)，具有可靠性高、功耗低的優(yōu)勢(shì)，我們可以采用“層”來量化ZigBee技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)完整的ZigBee協(xié)議應(yīng)包括：物理層；應(yīng)用層；安全服務(wù)層；網(wǎng)絡(luò)層：介質(zhì)接入控制子層；高級(jí)應(yīng)用層等。zigBee協(xié)議框架如表1所示。表1ZigBee協(xié)議框架物理層介質(zhì)接入控制r層IEEE802．15．4定義網(wǎng)絡(luò)層安全服務(wù)層ZigBee聯(lián)盟提供應(yīng)用層3．2ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與藍(lán)牙技術(shù)、Wi—Fi、UWB、紅外技術(shù)等其他短距離無
4、線通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)具有如卜．幾個(gè)方面的特點(diǎn)是：①制造低成本，大約為2美元即可買到一塊ZigBee芯片；(至)ZigBee協(xié)議的功耗很低，2節(jié)5號(hào)干電池即可使其在待機(jī)模式下的一個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)工作6個(gè)月到一年左右：③工作具有高可靠性，ZigBee協(xié)議采取的碰撞避免機(jī)制可以有效降低發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)競(jìng)爭(zhēng)和沖突的頻率；④傳輸距離比較近，每個(gè)設(shè)備的有效覆蓋范圍大約在10～70m之間，具體的有效距離和實(shí)際發(fā)射功率以及應(yīng)用模式有關(guān)；⑤短時(shí)延，ZigBee協(xié)議具有很短的從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延以及通信時(shí)延；⑥網(wǎng)絡(luò)容量大且組網(wǎng)形式靈活多樣，ZigBee協(xié)議對(duì)大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及多種組網(wǎng)方式都能
5、有效支持等。由于ZigBee協(xié)議的這些優(yōu)勢(shì)，使其能夠充分實(shí)現(xiàn)家居的智能化。4基于Zi邸ee協(xié)議的組網(wǎng)技術(shù)4．1ZigBee設(shè)備在基于ZigBee協(xié)議的組網(wǎng)設(shè)備中，通常可以將設(shè)備劃分為全功能器件(FFD)和簡(jiǎn)化功能器件(RFD)兩種類型，其中的全功能器件不但可以與網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信，還可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)；簡(jiǎn)化功能器件只能與全功能器件進(jìn)行通信，而兩個(gè)簡(jiǎn)化功能器件之間是不能直接通信的，并且這種器件也不具備網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者的功能121。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要定義了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)路由器以及網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備三種功能設(shè)備，其中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)路由器為全功能器件，而網(wǎng)
6、絡(luò)終端設(shè)備則為簡(jiǎn)化功能器件。4．2ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種。在基于ZigBee協(xié)議的組網(wǎng)設(shè)備中，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)只有在擁有至少一個(gè)全功能器件作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器才能建立網(wǎng)絡(luò)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)施行協(xié)調(diào)功能。由于在實(shí)際的家庭網(wǎng)絡(luò)中，各種ZigBee設(shè)備可能被布置在不同的房間，家具、墻壁等障礙因素不僅ZigBee設(shè)備產(chǎn)生干擾，還會(huì)縮小每個(gè)設(shè)備的有效覆蓋范圍，所以選取的ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能夠以增加路由節(jié)點(diǎn)的方式擴(kuò)大設(shè)備的有效覆蓋范圍，此外，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還應(yīng)具有較強(qiáng)的可靠性，以確保每次通信能夠成功進(jìn)行，而
7、不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別設(shè)備的崩潰導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能進(jìn)行工作。基于以上因素的全面考慮，可以選擇ZigBee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)。4．3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由ZigBee執(zhí)行用于AODV專用網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，簡(jiǎn)化后用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，任何路由功能都不能由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行[31。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)只需將數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單地向上傳送發(fā)給它的父設(shè)備即可向其中的任何一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳送過程，但是需要由它·19·規(guī)劃與設(shè)計(jì)I霸嗣麓裔2013年5月的父設(shè)備以自己的名義執(zhí)行路由。同樣地原理，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的任何一個(gè)設(shè)備如果要對(duì)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)
