伍云

【摘要】ZigBee作為當(dāng)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，主要是一種短距離的無線通信技術(shù)，主要用于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在家庭的無線組網(wǎng)中應(yīng)用的比較廣泛，本文在結(jié)合ZigBee短程無線通訊技術(shù)的自身特點和在家庭互聯(lián)網(wǎng)的使用過程中出現(xiàn)的問題和狀況，探討出ZigBee短程無線通訊技術(shù)在職能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用方面的幾個觀點。

【關(guān)鍵詞】ZigBee無線通訊智能家居

ZigBee短程無線通訊智能家居系統(tǒng)的主要功能就是讓家庭中的所有通訊設(shè)備、家庭安裝的裝置以及家用電器等，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)在家庭智能平臺上的連接，從而為家庭居住提供一個舒適、便利和安全的環(huán)境。智能家居就是在利用先進的計算機和通信等高科技技術(shù)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合我們?nèi)粘＜揖由钪械母鞣N系統(tǒng)進行有機的結(jié)合，讓過去的被動靜止的家居結(jié)構(gòu)變?yōu)橹悄艿慕y(tǒng)一整體，為家庭提供更加方便的服務(wù)，也增強了家庭與外界溝通的交流的能力。而ZigBee短程無線通訊技術(shù)智能家居在一定程度上比較重視居住環(huán)境與人之間的協(xié)調(diào)性能，因此在結(jié)合人的主觀性上會做出及時調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境，讓它能夠更好地將家庭環(huán)境與各種影響分子進行有機化的智能調(diào)節(jié)。

一、ZigBee短程無線通訊技術(shù)的優(yōu)越性能

ZigBee短程無線通訊技術(shù)在很大程度上實現(xiàn)了家庭內(nèi)部環(huán)境各種系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)和管理，在平常的智能家居系統(tǒng)中，各個分系統(tǒng)所采用的都是綜合布線的方式，由于綜合布線本身步驟的繁雜和局限性造成必須在布線之前進行系統(tǒng)的規(guī)劃，這在一定程度上加大了工作量，也讓布線格局一旦形成，就很難更改，而ZigBee短程無線通訊技術(shù)系統(tǒng)卻能將家庭各種設(shè)備經(jīng)無線通訊技術(shù)加以連接，實現(xiàn)了對智能家居系統(tǒng)科學(xué)有效地控制。其本身還具有自動愈合、自動配置、抗干擾能力強和消耗小價格低等優(yōu)越性。在簡化了協(xié)議后，每塊內(nèi)部芯片只需要2美元就能買到，ZigBee短程無線通訊技術(shù)還使用了安全設(shè)定、高級加密等技術(shù)為短程無線通訊技術(shù)提供了三級保護的安全模式。用較為靈活的性能實現(xiàn)了對安全屬性的保護。

二、ZigBee短程無線通訊技術(shù)總體結(jié)構(gòu)分析

ZigBee短程無線通訊技術(shù)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)拓撲技術(shù)，利用的是嵌入式的控制技術(shù)，在智能家居完成各個終端的環(huán)境數(shù)據(jù)采集后，進一步進行協(xié)調(diào)和調(diào)控，而各個智能家居的“終端設(shè)備”又是有著智能傳感器功能的設(shè)備，ZigBee短程無線通訊技術(shù)上的無線通訊電路的設(shè)計是依靠MSP430F1491單片機來完成控制的指令解析的，并通過SPI總線路來對無線射頻芯片進行控制和操作。印制電路板的設(shè)計原理對于無線射頻的整體電路有著非常大的影響，設(shè)計中，我們需要考慮的是盡量避免各種電磁對線路的干擾，電阻、電容以及電感的各個位置，對于電容的位置，加強注意力。PCB的底層一般不會放置什么元件，但是頂層和底層的空余地方，需要敷上一層銅。我們還要保證直流電源和電源的濾波電容量盡可能地靠近VDD的引腳部位，供電的電源要通過濾波電容來實現(xiàn)接地。在ZigBee的地址分配模式中，所有的ZigBee設(shè)備都會有一個64bit的地址，這也是世界上唯一存在的設(shè)備地址，需要z聯(lián)盟的分配和許可才會有效。它的地址模式主要有兩個，首先在點對點的拓撲過程中，可以直接采用源/目的地址，這種源/目地分配模式，可以讓每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器同時支持65535個設(shè)備，多個協(xié)調(diào)器直接也可以相互進行連接，讓整個網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更加強大。星型的拓撲方式則采取的是用網(wǎng)絡(luò)號加上設(shè)備標(biāo)識。對于智能家居中的網(wǎng)絡(luò)拓撲方式的選擇，甚至可以決定整個網(wǎng)絡(luò)的成本、特點以及實現(xiàn)的功能。一般在家庭這種小型的局域網(wǎng)中采取的是星型的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)較為簡易，容易管理并且成本較為低廉，但是整體結(jié)構(gòu)和功能對中心節(jié)點的依賴程度比較高，一旦中心節(jié)點出現(xiàn)任何問題，就會導(dǎo)致整體網(wǎng)絡(luò)癱瘓。家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)連接距離一般在100m之內(nèi)，這種短距離的連接方式讓電器的位置容易發(fā)生改變，并且信息傳送主要也就是集中在家庭網(wǎng)關(guān)和其他終端之間，ZigBee的技術(shù)傳輸距離一般都在150m左右，因此它完全滿足了智能家居系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)連接。

三、應(yīng)用ZigBee短程無線通訊技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

遠程的控制界面通過因特網(wǎng)來實現(xiàn)對家庭網(wǎng)關(guān)的控制，而家庭網(wǎng)關(guān)中的ZigBee短程無線通訊技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點的家電網(wǎng)絡(luò)以及終端節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡(luò)一起對外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)產(chǎn)生作用。而對于ZigBee短程無線通訊技術(shù)的射頻電路，信號線的寬度、走向若存在任何不合理的設(shè)計現(xiàn)象時，會對信號傳輸線造成交叉干擾，因此，在設(shè)計過程中一定要綜合考慮各種線路的走向，科學(xué)合理地進行布線。而電源線要盡可能的寬闊，用來減少環(huán)路的電阻，為了提高整體系統(tǒng)的抗干擾能力，也要盡量做到讓地線、電源線以及信號線走向一致。對于那些不能夠相容的信號線路，盡量做到遠離，不要出現(xiàn)平行布線的現(xiàn)象。對于 ZigBee短程無線通訊技術(shù)中的PCB設(shè)計，地線和電源線做到正確的布線更顯得尤為重要，在數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)間盡量用電線來隔離，模擬地和數(shù)字地還需要加以分離，最后共同連接于電源地。對與電路還需要分離，在設(shè)計期間，為各個電路的模塊設(shè)置一個共同的點位參考點，這樣就能讓信號實現(xiàn)在不同的模塊之間進行傳輸，最后匯總到總地線中。在軟件設(shè)計中，OSAL實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度需要對任務(wù)的時間來進行觸發(fā)，在某一個事件產(chǎn)生后，包含這個事件的任務(wù)事件屬性就會自動設(shè)置為相對應(yīng)的事件編號，這樣事件調(diào)度就會進而調(diào)用相對應(yīng)的處理任務(wù)的程序，ZigBee短程無線通訊技術(shù)的通訊部分會通過其他的時間來向系統(tǒng)總部發(fā)送ZigBee通訊請求，從而實現(xiàn)觸發(fā)。往往這種請求通信采用的都是KVP的格式，這種格式在ZigBee協(xié)議中是提前定義好的，操作也相對簡單，只需要調(diào)用相對應(yīng)的信息發(fā)送函數(shù)就行了。在ZigBee短程無線通訊技術(shù)系統(tǒng)的通訊過程中，我們還可以考慮的通訊方式還有直接發(fā)送或者通過綁定來建立間接性的通訊，需要注意的地方是，IEEE地址不能作為參數(shù)來進行直接通訊，它需要通過調(diào)用API的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)查出其對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)段的地址來加以組合成函數(shù)，從而來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點之間的通訊功能。在這個系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)關(guān)是核心和靈魂。通過外接的ZigBee短程無線收發(fā)模塊來實現(xiàn)對區(qū)域網(wǎng)之外的傳感器和家電的控制。而其主要功能是用來實現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)的連接，從而達到遠程控制的目的。我們所定義的家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部是用ZigBee技術(shù)來實現(xiàn)連接的，因此，不需要考慮內(nèi)部不同協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換。射頻收發(fā)模塊和傳感器或者受控中斷共同來構(gòu)成終端節(jié)點的單元，該系統(tǒng)中的終端傳感或者受控單元通過對周圍環(huán)境中的濕度和溫度等數(shù)據(jù)的采集來實現(xiàn)各種調(diào)控。終端節(jié)點設(shè)備要比家庭網(wǎng)關(guān)的功能簡單很多，它只負責(zé)接受或者發(fā)送數(shù)據(jù)，控制執(zhí)行機構(gòu)，對終端設(shè)備進行自身管理等等。因此在這些功能的基礎(chǔ)上，我們可以使用那些集成度相對較高或者價格比較便宜的控制芯片。

四、結(jié)語

ZigBee短程無線通訊技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用在一定程度上不僅彌補了無線通信市場中成本低、功率低以及速度低等空缺，還在可用范圍之內(nèi)，大大實現(xiàn)了對智能家居系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的控制和調(diào)配，它在利用先進的各種通訊技術(shù)或者布線技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過對家具系統(tǒng)整體環(huán)境的分析后，實現(xiàn)了對整個智能家居系統(tǒng)的控制，不僅僅讓所有家居終端設(shè)備使用科學(xué)、方便和靈活，還讓我們的家居環(huán)境更加舒適、安全。該項技術(shù)由于不需要布線、成本低廉和擴展相對便捷等特點，因而更容易讓人們接受。ZigBee短程無線通訊技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)并不是靠個人或者一部分人的探索就能夠成熟起來的，它需要我們所有人一起努力。

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