基于ZigBee和ARM的智能住宅系統(tǒng)

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摘要：在云計(jì)算時(shí)代，智能網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)選擇ZigBee協(xié)議。ZigBee無(wú)線網(wǎng)和ARM芯片能組建無(wú)線網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能住宅網(wǎng)絡(luò)的控制管理系統(tǒng)。智能住宅網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)技術(shù)有多個(gè)選擇，ZigBee無(wú)線網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛。智能家居系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代實(shí)現(xiàn)精確化控制，具有廣泛的應(yīng)用前景。論文給出了實(shí)際組網(wǎng)方案和芯片連接方法，能在智能住宅系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng) 智能住宅 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)關(guān)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0030-01

1 概述

智能住宅最早是家電和安全控制界的產(chǎn)品，稱為信息家電，將家電通過(guò)MCU連接到網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行控制，還包括安全門(mén)禁系統(tǒng)包括門(mén)磁，窗磁等產(chǎn)品。連接技術(shù)主要是控制器構(gòu)成的總線系統(tǒng)，包括美國(guó)X-10總線、歐洲 EIB和澳大利亞C-BUS等，用這些總線構(gòu)成的系統(tǒng)成本昂貴，只能用在高檔小區(qū)。我國(guó)2003年以后發(fā)展的智能家居行業(yè)包括三個(gè)方向，信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院和科技司分別推出，電信、華為發(fā)起的CCSA協(xié)會(huì)和聯(lián)想、康佳發(fā)起的以PC機(jī)和數(shù)字電視的IGRS協(xié)議，以及海爾組建的以信息家電為主的e家佳（ITopHome）行業(yè)組織，分別關(guān)注聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和傳輸介質(zhì)，電腦和彩電等數(shù)字化娛樂(lè)設(shè)備，以及傳統(tǒng)的家電聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)是云計(jì)算，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)，而重要的軟件部分例如數(shù)據(jù)分析則由云計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 智能住宅無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

智能住宅網(wǎng)絡(luò)從以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)連網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)移到了無(wú)線組網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是，使用無(wú)線網(wǎng)傳輸方式，利用無(wú)線電磁波傳輸信號(hào)，使得組網(wǎng)系統(tǒng)沒(méi)有傳輸布線成本，網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)單實(shí)用。而近幾年出現(xiàn)的無(wú)線傳感器，將各類信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，可以加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線網(wǎng)技術(shù)有超寬帶無(wú)線技術(shù)（UWB）、ZigBee、無(wú)線局域網(wǎng)Wi-Fi、藍(lán)牙Bluetooth、近場(chǎng)通信 NFC 和紅外通信技術(shù) IrDA 等，適用于不同的應(yīng)用。IrDA距離短不能過(guò)障礙物傳輸，適用近距離遙控。Wi-Fi盡管使用TCP/IP協(xié)議和高速網(wǎng)絡(luò)，但是耗能高，適合傳輸大量數(shù)據(jù)，可作為公共無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，而并不是使用在智能家居的組網(wǎng)技術(shù)中。藍(lán)牙 Bluetooth用在數(shù)字設(shè)備的數(shù)據(jù)傳遞中，包括筆記本電腦和外設(shè)、藍(lán)牙耳機(jī)、手機(jī)和平板電腦等的數(shù)據(jù)和音頻傳遞。ZigBee是mesh網(wǎng)絡(luò)，具有自主組網(wǎng)的功能，采用點(diǎn)到點(diǎn)連接，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度低，而且還具有遠(yuǎn)距離、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，成為智能住宅網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的首選技術(shù)。

3 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)的智能住宅網(wǎng)絡(luò)

ZigBee無(wú)線網(wǎng)是一組節(jié)點(diǎn)共享無(wú)線信道。節(jié)點(diǎn)類型有兩種：全功能節(jié)點(diǎn)FFD和精簡(jiǎn)節(jié)點(diǎn)RFD。全功能節(jié)點(diǎn)可作為網(wǎng)絡(luò)中心控制器或路由器，RFD只能作為終端設(shè)備，負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到上層路由器節(jié)點(diǎn)。ZigBee無(wú)線網(wǎng)有三種節(jié)點(diǎn)設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)中心控制器、路由器和終端數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。ZigBee無(wú)線網(wǎng)使用最佳路徑選擇路由算法，節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)尋找路徑，通過(guò)最優(yōu)路徑傳遞數(shù)據(jù)到目的地址。路由節(jié)點(diǎn)還具有自愈功能，動(dòng)態(tài)維護(hù)路由表，可建立新尋址路徑而不再使用斷開(kāi)的鏈路，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。ZigBee的每個(gè)群集有唯一的群集ID。

ZigBee芯片主要有CC2530，MC13224，JN5152，MJ2440，EG500。T1CC2530的價(jià)格約人民幣在18元左右。CC2530功能包括2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收發(fā)器，增強(qiáng)型8051CPU，8KB RAM， 256KB FLASH，DMA，ADC、定時(shí)器、串行口傳輸?shù)取RM是32位低功耗RISC芯片，具有SDRAM、FLASH 、USB和網(wǎng)絡(luò)接口，是無(wú)線網(wǎng)關(guān)的主處理器，選用ST公司的STM32系列的ARM芯片?；赯igBee協(xié)議和ARM技術(shù)的智能住宅系統(tǒng)的組網(wǎng)圖見(jiàn)圖1。

無(wú)線網(wǎng)關(guān)中，ARM通過(guò)串行口UART1與ZigBee芯片CC2530連接，M590E是GPRS模塊，能通過(guò)短信或GPRS等方式與手機(jī)通信。ARM還通過(guò)USB、串行口或者網(wǎng)絡(luò)接口與住宅PC網(wǎng)絡(luò)連接。ZigBee無(wú)線網(wǎng)是由無(wú)線網(wǎng)關(guān)的CC2530控制器，信息家電終端節(jié)點(diǎn)、門(mén)禁安防系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，將家電設(shè)備、火災(zāi)煙霧報(bào)警、溫度濕度顯示等傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)資源共享。無(wú)線網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)PC網(wǎng)絡(luò)或者用GPRS模塊實(shí)現(xiàn)internet遠(yuǎn)程控制，在住宅之外可以控制信息家電等設(shè)備。手機(jī)可以作為網(wǎng)關(guān)的控制設(shè)備，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

智能住宅網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)技術(shù)有多個(gè)選擇，ZigBee無(wú)線網(wǎng)應(yīng)用最廣泛。ARM和ZigBee構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)智能住宅網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)家電、安防和傳感器進(jìn)行智能控制和管理。智能家居系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代實(shí)現(xiàn)精確化控制，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]郭利峰.論智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景.科技信息，2008（15）：61.