馬玉清，吳房勝

（安徽工商職業(yè)學院，安徽 合肥 231131）

Zigbee技術在家電控制中的應用

馬玉清，吳房勝

（安徽工商職業(yè)學院，安徽 合肥 231131）

介紹了ZigBee技術的特點及傳輸格式，分析了其在智能家居控制系統(tǒng)中的適應性，并給出了傳感器節(jié)點硬件和軟件設計，該設計完全符合家庭控制需求，具有廣闊的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

ZigBee;智能家居;傳感器;遠程控制

隨著計算機、移動通信和無線傳感技術的飛速發(fā)展，人們生活水平得到了提高，人們對智能化家居控制管理提出新的需求。智能家居管理一般由家庭內(nèi)部網(wǎng)絡、外部公共網(wǎng)絡和網(wǎng)絡終端共同組成。內(nèi)部網(wǎng)絡作為智能家居的核心部分，網(wǎng)絡無線覆蓋已成為趨勢，短距離無線通信技術應運而來[1]。目前常見短距離無線通信技術有藍牙、WiFi、ZigBee和紅外等，綜合各技術特點，ZigBee技術最適于智能家居控制網(wǎng)絡應用。

1 Zigbee技術概述

概況起來，Zigbee技術特點表現(xiàn)在以下幾個方面：超低功耗、網(wǎng)絡容量大、數(shù)據(jù)傳輸可靠、時延短、實現(xiàn)成本低這幾個方面[2]。

2 Zigbee技術在家居控制中的適應性研究

ZigBee技術主要在傳輸距離短、傳輸速率要求不高的網(wǎng)絡設備之間。一般情況下，只要符合設備節(jié)點之間距離短、設備成本低、數(shù)據(jù)傳輸量小、設備小且空間有限、設備電力支撐能力一般且網(wǎng)絡覆蓋主要在監(jiān)控或控制等需求特點，均可以采用ZigBee技術實現(xiàn)。同時隨著ZigBee技術的不斷發(fā)展，技術更加完善和規(guī)范，吸引著越來越多的公司致力于ZigBee技術產(chǎn)品研發(fā)。目前基于ZigBee技術的無線網(wǎng)絡，已經(jīng)在家庭自動化控制、工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、食品保鮮運輸及監(jiān)測等領域得到廣泛應用。

3 基于Zigbee技術家居控制應用設計

3.1 設計思想

結(jié)合智能家居控制系統(tǒng)組網(wǎng)和 ZigBee技術特點，本文設計由傳感器節(jié)點、路由器節(jié)點以及相關協(xié)調(diào)器組成的智能家居控制系統(tǒng)。其中傳感器節(jié)點主要完成家庭居住信息的采集和發(fā)送；路由器節(jié)點則是負責傳感網(wǎng)的管理及數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)；協(xié)調(diào)器節(jié)點則是完成傳感網(wǎng)網(wǎng)絡構(gòu)建、節(jié)點管理及數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)外接。傳感網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲采用簇樹形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，若家庭空間較大時，則可以適當增加路由傳感節(jié)點確保各節(jié)點的互連通信和系統(tǒng)擴展。智能家居控制傳感網(wǎng)拓撲如圖所示1：

圖1 智能家居控制網(wǎng)絡拓撲

3.2 硬件設計

智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)絡分別由傳感器節(jié)點、路由器和協(xié)調(diào)器節(jié)點組成，協(xié)同完成家庭數(shù)據(jù)信息的采集、處理和發(fā)送。如圖2所示為CC2530外圍電路設計：

圖2 CC2530外圍電路設計

節(jié)點上的按鍵主要便于用戶操作而設計；LED顯示模塊則由四個LED發(fā)光二極管構(gòu)成，依次表示當前節(jié)點的工作狀態(tài)。LED1常亮，代表網(wǎng)絡建立成功；LED2閃爍代表紅外數(shù)據(jù)向外發(fā)送；LED3代表數(shù)據(jù)配置操作；LED4表示的用戶擴展。

結(jié)合網(wǎng)絡節(jié)點具體功能，具體硬件設計為：傳感器節(jié)點硬件設計，如圖3所示：

圖3 傳感器節(jié)點硬件設計

路由器節(jié)點硬件設計，如圖4所示：

圖4 路由器節(jié)點硬件設計

協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件設計，如圖5所示：

圖5 協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件設計

本文選擇由TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片作為系統(tǒng)核心處理部分，它是基于 8051內(nèi)核頻率為2.4Ghz射頻芯片。系統(tǒng)電源選擇MAX698型號電壓轉(zhuǎn)換芯片，完成電壓的來回切換；時鐘則是通過與處理器之間的18和19引腳相連，確保系統(tǒng)運行時準確的時鐘頻率；而系統(tǒng)可以低功耗運行的保障由33.268晶振提高，與處理器的22和23引腳相連；射頻天線部分由阻抗和天饋兩部分兩路構(gòu)成；2530芯片中的URTO和RS-232的九針連接器相連作為系統(tǒng)對外串行端口；系統(tǒng)顯示部分選擇LED顯示模塊，分別有紅色、綠色和黃色三種發(fā)光二極管構(gòu)造，實時顯示當前的工作狀態(tài)；而傳感器節(jié)點的溫度濕度傳感器選擇瑞士Seminem公司的 SHT10；一氧化碳傳感器選擇CO-CF-1000；煙霧傳感器利用由豪恩研發(fā)的LF-82L分子傳感器；而空氣檢測傳感器選擇同樣來自豪恩 902C型號傳感器；室內(nèi)亮度傳感器選擇由安捷倫公司研發(fā)生產(chǎn)的一種環(huán)境模擬型傳感器8003-LDPS。

3.3 軟件設計

系統(tǒng)軟件信息處理流程，圍繞CC2530核心處理器進行。由傳感器完成信息的無線采集，通過TX和RX FIFO函數(shù)完成信息的收發(fā)操作。數(shù)據(jù)發(fā)送時，利用RFD向TX 函數(shù)導入發(fā)送數(shù)據(jù)，而已接收數(shù)據(jù)通過RFD讀取來自RX中的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

本文通過對ZigBee無線通信技術的特點，分析了其在智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)絡中的應用。采用簇樹網(wǎng)絡拓撲組網(wǎng)形式，基于CC2530芯片完成系統(tǒng)中傳感器節(jié)點、路由器節(jié)點和協(xié)調(diào)器的設計，并給出具體的硬件設計和軟件流程設計。本課題研究符合智能家居對短距離、低成本、低功耗的要求，達到了智能家居系統(tǒng)的設計目標，為智能家居系統(tǒng)的進一步研究和應用提供了參考。

[1]康祥喆. 淺談我國智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國科技信息.2014(08).

[2]吳鐵洲,周慧軍,李飚. 基于ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)設計[J].湖北工業(yè)大學學報.2010(01).

Application of Zigbee technology in the home control

MA Yu-qing,WU Fang-sheng
(Anhui Business Vocational College,Hefei Anhui 231131)

It introduces ZigBee technology features and transmission format,analyze its suitability in intelligent home control systems,and gives the sensor node hardware and software design,which is fully in line with the needs of family control,has broad market potential.

ZigBee; Smart Home; Sensor; Remote Control

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

安徽省省級質(zhì)量工程項目（基金號：2015mooc180、2015mooc178），安徽省高校重點自然科學研究項目，項目編號：KJ2015A389; 安徽省大學生創(chuàng)客實驗室建設計劃，項目編號(2015ckjh142)。

（責任編輯：張時瑋）

馬玉清（1980-），女，山東泰安人，講師，研究方向：智能控制。