基于ZigBee技術(shù)的智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究

廣東省海洋工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校 何 蕓 張 騰

基于ZigBee技術(shù)的智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究

廣東省海洋工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校 何 蕓 張 騰

ZigBee技術(shù)是一種全新的教師,在應(yīng)用過程中,其所消耗的能源較低、組網(wǎng)方式較為靈活、布局成本較低,已經(jīng)在各個方面得到廣泛應(yīng)用。文章簡要分析了一套智能家居系統(tǒng),通過對ZigBee技術(shù)的核心監(jiān)控系統(tǒng)的利用,從而實現(xiàn)了家居的智能化。在分析過程中,主要針對實時監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、拓撲結(jié)構(gòu)、 軟、硬件等進行研究分析。

Zigbee技術(shù);智能家居;實時監(jiān)控系統(tǒng)

通常來說,智能居家技術(shù)主要包括:總線技術(shù)、電力載波技術(shù)和無線技術(shù)等,但是,在實際的應(yīng)用過程中,由于各種因素的影響,導(dǎo)致其不能被廣泛應(yīng)用。Zigbee 技術(shù)的誕生以及應(yīng)用,推動了智能家居的發(fā)展,為人們營造了一個舒適的居住環(huán)境。

一、傳統(tǒng)家居系統(tǒng)

在傳統(tǒng)無線智能家居監(jiān)控方案設(shè)計過程中,所采用的方案包括: 采用藍牙、802.11無線局域網(wǎng)技術(shù)等,但是,在實際的設(shè)計過程中,程序編輯復(fù)雜,芯片價格較高,導(dǎo)致成本較高,如果采用紅外控制方案,但是其傳輸過程中,其傳輸?shù)木嚯x較短,并且遇到障礙物不能及時的進行傳輸,同時,其在安裝過程中施工較為復(fù)雜;如果采用控制終端與互聯(lián)網(wǎng)接入方案,其在實現(xiàn)過程復(fù)雜程度較高,擴展性較差,并且成本較高,因此,在設(shè)計過程中,工作人員應(yīng)該依據(jù)實際情況設(shè)計出一套靈活多變、拓展性較強、組網(wǎng)與控制較為穩(wěn)定的智能家居監(jiān)控系統(tǒng),才能保證家居的安全性。

二、實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計以及功能

針對以上缺點,文章設(shè)計出了一種無線、智能、主次控制端分工明確、信息傳輸較為穩(wěn)定,并且耗能較低、硬件、軟件成本較低、系統(tǒng)安裝簡單的方案。

該系統(tǒng)在設(shè)計過程中主要包括:能夠和控制主機連接的 ZigBee中心收發(fā)模塊,數(shù)量較多嵌入在家居設(shè)備、報警傳感器或家用電器之內(nèi)的 ZigBee 節(jié)點模塊和控制電路模塊,ZigBee 中心收發(fā)模塊與ZigBee 節(jié)點模塊之間通過 ZigBee 協(xié)議路由無線發(fā)送數(shù)據(jù);控制主機通過GSM 發(fā)送報警信息,互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控家居環(huán)境,同時,還具有很強的家庭娛樂功能,能夠滿足人們的實際需求。

1.主要功能

實現(xiàn)對家電、室內(nèi)環(huán)境、安全警報、三表抄送、遠程監(jiān)控的控制。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計:

通常來說,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是由三個主要部分構(gòu)成,智能家居管理控制中心、家庭局域網(wǎng)(Zigbee 網(wǎng)絡(luò))、遠程智能設(shè)備終端。在整個系統(tǒng)運行過程中,智能家居管理控制中心是整個系統(tǒng)的核心部分,其主要功能是負責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控以及管理,同時,還能遠程智能終端進行實時聯(lián)系;家庭局域網(wǎng)主要是以Zigbee 網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ),從而實現(xiàn)對各種家電設(shè)備、智能開關(guān)、傳感器等設(shè)備的有效連接,能夠為控制中心提供監(jiān)控信息,同時,還能實現(xiàn)對管理中心信號指令的傳輸。遠程智能設(shè)備終端能夠隨時的登錄管理中心的賬戶,及時的對各個階段的家庭環(huán)境進行料及,同時,還能對家電設(shè)備的智能開關(guān)進行控制。如果家庭環(huán)境出現(xiàn)問題,管理中心可以及時的將安全警報信息傳輸?shù)竭h程智能設(shè)備終端,從而通知屋主,實現(xiàn)對房屋的實時監(jiān)控。

3.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)主要包含了兩個部分,管理中心和 Zig-Bee 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

管理中心主要是由監(jiān)控管理的軟件以及協(xié)調(diào)器的節(jié)點所構(gòu)成,在系統(tǒng)運行過程中,監(jiān)控管理軟件的主要職責(zé)是對網(wǎng)絡(luò)進行管理、網(wǎng)絡(luò)配置、監(jiān)控、記錄操作日志等;協(xié)調(diào)器的節(jié)點的主要功能是監(jiān)控節(jié)點的通信進行控制,從而能夠快速完成數(shù)據(jù)監(jiān)控信息的傳輸、接受、格式轉(zhuǎn)換等。另外,系統(tǒng)在運行過程中,如果管理中心不能繼續(xù)工作或者出現(xiàn)問題,協(xié)調(diào)器節(jié)點就可以直接代替網(wǎng)絡(luò)管理中心繼續(xù)開展相應(yīng)的工作,及時的對設(shè)備進行管理、維護。一般來說,協(xié)調(diào)器節(jié)點都配備有GSM/GPRS 模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸。

ZigBee 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可以分為調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點、監(jiān)控節(jié)點和信標節(jié)點。在實際的系統(tǒng)運行過程中,協(xié)調(diào)節(jié)點是ZigBee 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)成部分,其主要目的是為了加強網(wǎng)絡(luò)的管理;路由節(jié)點主要的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),工作過程中,如果ZigBee 網(wǎng)絡(luò)采用樹簇型結(jié)構(gòu),路由節(jié)點可以作為簇首,從而能夠?qū)崿F(xiàn)對整簇的內(nèi)部管理;路由節(jié)點都采用的是大功率模式,數(shù)據(jù)的傳輸距離較長,并且監(jiān)控的范圍較為較大。監(jiān)控節(jié)點分布較為廣泛,能夠?qū)崿F(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的有效的采集以及設(shè)備監(jiān)控,監(jiān)控節(jié)點的體積較小,但是工作周期較長,一般都是被嵌入到監(jiān)控設(shè)備中,從而能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。在網(wǎng)絡(luò)部署工作中,工作人員需要部署信標節(jié)點,從而能夠?qū)崿F(xiàn)定位功能。信標節(jié)點能夠為工作人員提供其他節(jié)點的為位置信息,能夠幫助其余節(jié)點及時的確定自身的位置,實現(xiàn)系統(tǒng)的局部定位。

紅外探測子節(jié)點主要是對環(huán)境變化進行有效監(jiān)測,如果發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)陌生人進入,節(jié)點能夠及時的發(fā)出信號,底層控制器PIC18f4620芯片能夠及時的對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行收集分析, ,然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器子節(jié)點,并且及時的同時嵌入式 Web 服務(wù)器并啟動通信模塊, 通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)向所指定的手機發(fā)送信號。如果用戶想了解更多的家庭信息,還可以通過IE 瀏覽器對Web 服務(wù)器進行訪問,從而能夠及時家庭狀況進行了解。

基于Zigbee 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),可以設(shè)置三種節(jié)點類型,并且其作用也各不相同。在設(shè)計過程中,監(jiān)控節(jié)點之間不連通,也不能實現(xiàn)報文轉(zhuǎn)發(fā)的能力,每一個路由節(jié)點都能夠控制多個監(jiān)控節(jié)點, 其主要的功能是完成報文在監(jiān)控節(jié)點以及協(xié)調(diào)器之間的傳輸轉(zhuǎn)發(fā)工作。在系統(tǒng)運行過程中,如果同時具備傳感器,路由器節(jié)點也能夠?qū)Ψ课莪h(huán)境進行有效監(jiān)測;協(xié)調(diào)器節(jié)點在管理中心控制下負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的維護及管理。

三、實例分析

在研究過程中,工作人員選取某棟建筑對其進行研究分析,該建筑東西長度為75m,為9層,每層大約高度為3m,在每一個辦公室內(nèi)都安裝一個監(jiān)控節(jié)點,并且在每一層安裝2個路由節(jié)點,樓層之間安排1個路由節(jié)點,整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了兩個協(xié)調(diào)節(jié)點,一個為備用。成本:20*8*70(監(jiān)控節(jié)點)+(2*8+7)*150(路由節(jié)點)+2*150(協(xié)調(diào)器節(jié)點)=14950 元 <1.5 萬元。

系統(tǒng)測試結(jié)果:

?

通過研究分析,基于ZigBee技術(shù)的智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠在安全監(jiān)控系硬件平臺進行獨立工作,管理中心所采用的軟件可以再找Windows7、Windows10 等各個版本上運行,并且穩(wěn)定性、可靠性、開放性較強,同時,工作人員所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)其硬件集成度、監(jiān)控節(jié)點發(fā)送功率、靈敏度等都能,滿足實際的工作需求。

四、總結(jié)

綜上所述,積極對基于ZigBee技術(shù)的智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進行研究分析具有重要意義,能夠營造一個舒適的居家環(huán)境,滿足現(xiàn)代人的生活需求。在系統(tǒng)設(shè)計過程中,工作人員應(yīng)該綜合各方面因素進行設(shè)計,才能保證設(shè)計的合理性。

[1]馮英偉,王慶福,王啟元等?；赯igBee技術(shù)智能家居系統(tǒng)的研究[J]。河北建筑工程學(xué)院學(xué)報,2015,(1):90-92.

[2]陳楊,吳海燕?；赯igbee的智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]。電子技術(shù)與軟件工程,2015(8):181-182.

何蕓(1990-),女,廣東汕頭人,大學(xué)本科,助理實驗員,研究方向:向電子技術(shù)。

張騰(1990-),男,廣東汕頭人,大學(xué)本科,助理級實驗師,研究方向:向電子技術(shù)。