徐磊+徐霄瀚+王強

摘 要：隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，智能家居的應(yīng)用日益廣泛。智能家居不但具有傳統(tǒng)意義上的居住功能，更為重要的是為人們提供一個安全舒適的家庭生活空間。智能家居通過智能系統(tǒng)為人們提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，不但為人們有效合理地安排了時間，增強家居生活的安全性，而且可以節(jié)約各種能源費用。該文介紹，無線通信ZigBee技術(shù)可對智能家居進(jìn)行控制，使其具有低成本、低功耗的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)安防監(jiān)控、室內(nèi)環(huán)境檢測、手機APP監(jiān)控等功能。

關(guān)鍵詞：智能家居 ZigBee 低功耗 APP監(jiān)控

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0001-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，生活節(jié)奏的加快，設(shè)計一種智能化的居住環(huán)境可以為人們的生活提供各種便利。同時，人們也渴望一種智能化的居住環(huán)境，保證生活的安全性、快捷性便利性。智能家居融合了無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)。該文介紹，智能家居控制系統(tǒng)采用了ZigBee技術(shù)。系統(tǒng)的架構(gòu)和總體設(shè)計為：通過ZigBee技術(shù)，使用CC2530作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的核心芯片，CC2530連接傳感器，構(gòu)成節(jié)點。節(jié)點之間采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組成智能家居傳感網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點設(shè)備可以對家居環(huán)境內(nèi)的狀態(tài)信息進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理。該系統(tǒng)雖然不足以反映現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)的全貌，但是在某些方面體現(xiàn)出智能家居的方便性和實用性，以及其廣泛的應(yīng)用前景。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。它的特點是近距離、低功耗等，主要適用于自動控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，同時可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。ZigBee的特性如下所示：（1）在低耗電待機模式下，2節(jié)干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的最突出優(yōu)勢之一。相比較而言，藍(lán)牙能工作數(shù)周，WiFi可工作數(shù)小時。（2）低成本，而且ZigBee免協(xié)議專利費。（3）低速率，能夠滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。（4）近距離，傳輸范圍一般在10～100 m之間，在增加發(fā)射功率后，能夠增加到1～3 km。（5）短時延，ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms。（6）高容量，最多可組成65 000 個節(jié)點的大網(wǎng)。（7）高安全，ZigBee提供了三級安全模式。

ZigBee技術(shù)的特點完全符合家庭網(wǎng)絡(luò)通訊的需求，因此選擇ZigBee技術(shù)作為智能家居的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2 智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)以家庭為單元進(jìn)行設(shè)計安裝，每個家庭都需要安裝一個家庭網(wǎng)關(guān)以及若干個ZigBee子節(jié)點。在家庭網(wǎng)關(guān)和每一個節(jié)點上都安裝一個無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，通過這些無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)和節(jié)點之間進(jìn)行傳送，再通過上位機或者手機進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

該次設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)采用目前市場上較為流行的手機APP進(jìn)行實時監(jiān)控。不僅開發(fā)時的安裝及調(diào)試十分便利，而且用戶操作也非常方便。另外通過硬件的設(shè)計制作出模擬的智能家居系統(tǒng)，再將智能家居系統(tǒng)中檢測到的參數(shù)傳輸?shù)绞謾CAPP中。在模擬時，通過串口調(diào)試工具可以實時顯示各個傳感器信息。

該次設(shè)計的主要功能分為3個方面：安全性、智能性和快捷性。

安全性方面需注意以下幾點。

（1）對廚房的天然氣泄漏進(jìn)行監(jiān)控。

（2）對家庭內(nèi)進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測和預(yù)防。

（3）對廚房和臥室的煙霧進(jìn)行監(jiān)控。

（4）通過熱釋紅外來識別門的狀態(tài)。

（5）通過手機APP對上述參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測。

智能性方面需注意以下幾點。

（1）使用雨水傳感器來控制窗戶的開關(guān)。

（2）使用光敏傳感器來控制窗簾的開關(guān)。

（3）使用光敏傳感器來控制電燈的亮滅。

（4）使用溫度傳感器來模擬調(diào)節(jié)空調(diào)的模式。

（5）使用溫濕度傳感器來控制加濕器工作。

（6）通過手機APP對家庭中各種設(shè)備進(jìn)行控制。

快捷性方面需注意以下幾點。

（1）將智能家居系統(tǒng)中檢測到的參數(shù)傳輸?shù)绞謾CAPP中。

（2）通過手機APP觀察家中各種用電設(shè)備的工作情況。

3 智能家居發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢

智能家居理念雖然在很早就已經(jīng)進(jìn)入中國老百姓的視野，但是由于我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的局限性，智能家居一直沒能得到很好的推廣和發(fā)展。綜合多種因素，總結(jié)出限制我國智能家居發(fā)展的原因有如下幾點：（1）未能制定出一套合理可行的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；（2）跨產(chǎn)業(yè)合作不足和社會合作不夠完善；目前我國的社會服務(wù)體系尚未健全，缺乏相應(yīng)的供應(yīng)鏈和接收鏈，網(wǎng)絡(luò)家電難以應(yīng)用于整個社會的服務(wù)。

我國智能家居未來發(fā)展將以實現(xiàn)“大家?guī)〖摇钡陌l(fā)展模式，實現(xiàn)安裝滿足符合中國家庭實際需要的智能系統(tǒng)以及實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的智能家居模式為目標(biāo)。

4 結(jié)語

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用以及系統(tǒng)解決方案實施，智能家居將進(jìn)一步從單一的產(chǎn)品銷售轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┫到y(tǒng)集成服務(wù)和整體的解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)從傳統(tǒng)零售業(yè)向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。在現(xiàn)代家庭中，人們對個性化的需求越來越強烈，DIY智能化設(shè)計將引領(lǐng)智能家居。智能家居作為一個新型產(chǎn)業(yè)，目前處于一個導(dǎo)入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進(jìn)一步落實，倘若培育起消費者的使用習(xí)慣，智能家居市場的消費潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。智能家居的未來發(fā)展，主要是在基于多個領(lǐng)域新技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷彌補和改進(jìn)目前智能家居系統(tǒng)的缺點和不足，使得智能家居系統(tǒng)更加完善、功能更加強大，進(jìn)一步提高智能家居的舒適性和安全性。

綜上所述，該文通過無線通信ZigBee技術(shù)對智能家居進(jìn)行控制的介紹，展示智能家居在現(xiàn)代生活中的必要性。

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