田華

(西安職業(yè)技術(shù)學院 電子信息工程系，西安 710000)

0 引言

隨著整個社會的發(fā)展，當前已經(jīng)邁入到信息化階段，創(chuàng)新科技逐步發(fā)展成為主要社會發(fā)展動力，尤其是受到相對成熟的安全防護信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡技術(shù)、計算機技術(shù)的影響，智能化的技術(shù)越來越深入人心。在國內(nèi)，中科院的自動化研究所識別國家重點實驗室是這方面的先頭兵，對于模式識別與通信技術(shù)進行了極為廣泛的研究，同時也開發(fā)出了不少能夠用于軍用和民用實驗的產(chǎn)品。但是目前的檢測系統(tǒng)只能是檢測出當前區(qū)域內(nèi)是否有相關(guān)的對象存在，但是對其動作無法進行有效的分析，國內(nèi)的技術(shù)還不夠完善，通信系統(tǒng)還無法實現(xiàn)網(wǎng)絡化控制與傳輸，因此，距離智能化的大規(guī)模應用還是有較大的差距。在我們對其進行使用時，還是有各種各樣的問題需要注意。與國外發(fā)展的情況相比，國內(nèi)對于智能化家居的研究還是較為緩慢的，因此我們必須著眼于做好眼前的技術(shù)，才能讓其穩(wěn)步發(fā)展。

1 Zigbee關(guān)鍵技術(shù)探討

1.1 Zigbee技術(shù)概述

Zigbee, 在中國被譯為"紫蜂",它與藍牙相類似.是一種新興的短距離無線技術(shù)，用于傳感控制應用。Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個人區(qū)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(xié)議。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)絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規(guī)定[1]。

1.2 Zigbee網(wǎng)絡拓撲的發(fā)展

Zigbee技術(shù)可以實現(xiàn)星型拓撲從主干路連到客戶端，主要是把星型拓撲網(wǎng)絡安裝在智能家居或者是傳統(tǒng)的主站點位置，它可以將星型拓撲的主干線接入到離用戶客戶端非常近的位置，它的特點在于所提供的帶寬較窄，對于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸要求比較高，但是對于供電等要求比較低，方便安裝。它可以形成無源網(wǎng)絡，不需要電源的輸入，就可以完成信息的交換，它的帶寬也可以得到擴展，適合作為主干線來進行星型拓撲的通信，使用難度較小，允許使用的協(xié)議較多，目前來說越來越多的技術(shù)可以在其之上進行實現(xiàn)，讓其功能不斷的進行提升與完善，使得用戶可以有效的進行星型拓撲通信，提升保密性與準確性[2]。

在民用智能家居技術(shù)當中，星型拓撲供應方案是極為重要的，如果可以將星型拓撲直接接入到用戶端，那么就可以解除對于波長等的要求與限制，可以開展各種各樣的服務，雖然說我國的電子通信在這些年有著極大的發(fā)展?jié)摿?，但是它還是無法進行高速的傳輸，所以很多人眼中星型拓撲接入到客戶端就可以解決這些問題，使得可以在高效傳輸?shù)那闆r下，減小終端的體積方便攜帶。星型拓撲最大的優(yōu)點在于其可以擴展帶寬，在技術(shù)不斷發(fā)展之時，星型拓撲的成本也在不斷的降低，在西方很多國家，已經(jīng)開始大規(guī)模的普及智能家居星型拓撲的客戶端，早在2000年左右，美國和日本的智能家居星型拓撲結(jié)構(gòu)就已經(jīng)發(fā)展到了極大的規(guī)模，而且現(xiàn)在還在以每年百分之十的速度持續(xù)增長。

2 基于zigbee的無線智能家居搭建設計

2.1 家居模塊

智能家居系統(tǒng)從出現(xiàn)以來，已經(jīng)呈現(xiàn)多次發(fā)展，從最初階段的模擬、數(shù)字控制等系統(tǒng)，逐步邁向現(xiàn)在的全網(wǎng)絡高清視頻控制等系統(tǒng)。根據(jù)融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，當前建設無線控制系統(tǒng)逐步邁向互聯(lián)網(wǎng)化，也蘊含著更高信息化的條件，但會受到網(wǎng)絡狀況、存儲情況等諸多因素的制約，針對這樣的情況，智能家居系統(tǒng)的發(fā)展與提升密切聯(lián)系著存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)等系統(tǒng)的發(fā)展[3]。將基于ZigBee 芯片的無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊嵌入到各種家居設備中去，組成基于ZigBee的無線家庭控制網(wǎng)絡，根據(jù)自己的需要用戶可以接入或者移除不同的設備[4]。通過這些無線網(wǎng)絡收發(fā)器模塊在各子網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點，使在家庭內(nèi)的無線設備的網(wǎng)絡互連，使他們能夠協(xié)作，自動運行，智能家居拓撲圖，如圖1所示。

圖1 智能家居拓撲結(jié)構(gòu)

2.2 中央控制模塊

控制中心一般采用支持Zigbee技術(shù)的特殊單片機，CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1 個8 位MCU(8051)，具有128 KB 可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個定時器(Timer)、AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器(Watchdog timer)、32 kHz 晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(Power On Reset)、掉電檢測電路(Brown out detection)，以及21 個可編程I/O 引腳。CC2430就是相當于一個增強型8051+zigbee射頻模塊，具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2.3 通信與信息存儲模塊

信息存儲系統(tǒng)設計必須借助安全防范弱電專網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)，前端進行交換機接入做好視頻信號的匯集，借助光纖網(wǎng)絡向核心交換機傳送信號，并且管理、存儲網(wǎng)絡服務器與磁盤列陣。一般選取地下建筑形式的存儲通信管道，那么主要管道有一根四孔格柵管與三根七孔梅花管，輔助管道氣組成部分是一根四孔格柵管與一根七孔梅花管，末端管道則是兩根PE50管道。按照系統(tǒng)整體構(gòu)架與實際情況，結(jié)合場景與傳輸距離，則會進行各種傳輸方式的選擇，通過室外六類雙絞線傳輸室外存儲器末端，室內(nèi)六類成品跳線使用在機房。

圖2 控制設備結(jié)構(gòu)圖

信息存儲區(qū)設置相應的主控平臺，可以擁有各種類型監(jiān)控平臺解決方案，有多屏顯示、告警查詢、電子云臺、視頻監(jiān)控、電視墻控制管理、查詢回放錄像、云臺控制、登錄認證等。主控平臺的構(gòu)成是流媒體服務器、視頻管理服務器、相應管理軟件、數(shù)據(jù)庫服務器。 顯示終端則是選取大尺寸顯示單元構(gòu)成的拼接電視墻，借助解碼設備處于電視墻顯示解碼之后的數(shù)字信號。 圖像存儲則是處于存儲中心，選取網(wǎng)絡存儲主機與擴展柜實施高清視頻圖像存儲，從而能夠有效證據(jù)支撐突發(fā)事件，不但能夠要進一步發(fā)生突發(fā)事件及時制止，還可以存在事后回溯，普通位置可以存儲30天時間，重要位置的存儲時間為90天[5]。

2.4 視頻監(jiān)控安防模塊

由于視頻監(jiān)控及安放模塊的重要性與其他控制部分相比要更高，因此一般進行單獨設計，如圖3所示。

圖3 智能家居安防系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展，城市化過程加快，整個家居的安全也越來越重要了，主要是利用電視閉路監(jiān)控與手機端控制的方式來使得物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)越來越普及，同時國家相關(guān)部門規(guī)定了智能防控安全標準，應當做到人員和信息的全方位安全保障。同時對于一些居民小區(qū)來說，人流量較大，因此對于相關(guān)人員進行識別與核對也是極為重要的，這就能夠加強居民的安防建設。但是如果從經(jīng)濟與使用方便性的角度去考慮，我國的很多產(chǎn)品依然有待提升，因此，我們應當對技術(shù)進行改進，將其真正的升級成為適合我國家居所使用的安全防范保衛(wèi)措施。Zigbee通信也可以實現(xiàn)中央控制設備與員工之間的通信，在出現(xiàn)問題時，能夠更好的實現(xiàn)控制與遠程管理功能[6]。Zigbee無線通信可以使得用戶能夠動態(tài)的進行通信，同時對于突發(fā)情況可以采取有效的應對措施。有線廣播可以進行高效的切換，在平時可以播放音樂傳送節(jié)目，但是在緊急的時候可以切換到緊急狀態(tài)，播放相關(guān)的消息。電話撥打在出現(xiàn)緊急的問題之后，應該及時的向外界進行消息的傳送，可以自動的向公安機關(guān)撥打電話請求援助。巡更管理巡更管理系統(tǒng)要和電視監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，來檢查每天的工作是否完成，可以通過人的生物特征進行識別。綜合管理系統(tǒng)可以進行門禁的管理以及燈光、登記方面的自動調(diào)度，就可以有效的對一些公共設施進行管理，查看它們的使用情況。

3 基于zigbee的無線智能家居設計與調(diào)試

智能家居系統(tǒng)所從事的工作關(guān)系著家庭的安全，那么在建設過程當中應該將實時運轉(zhuǎn)大量數(shù)據(jù)信息資源、軟件系統(tǒng)、硬件設備最大限度考慮進來，穩(wěn)定運行系統(tǒng)，應該存在著周密備份方案，可以讓系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時候及時的進行補救，除此之外，還應該進行自動恢復，冗余容錯數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與關(guān)鍵設備。應該實施分散控制與集中管理的方式設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使各個子系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡支持下集中管理，從而擁有著相對完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[7]。

Zigbee路由器，其主要是起路由的作用，搜索區(qū)域中可用的網(wǎng)絡，作為潛在的父節(jié)點允許更多的設備加入網(wǎng)絡，傳輸數(shù)據(jù)以及向Zigbee協(xié)調(diào)器請求數(shù)據(jù)等。通常，是希望路由器一直處于活動狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當使用樹狀網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的時候，允許路由間隔一定的周期才操作一次，這樣就可以使用電池給其供電，路由器也屬于全功能設備，利用多變量線性回歸擬合的方式來做好網(wǎng)絡拓撲的建立，如下式。

s(β)=∑t(yt-f(xt,β))2

基于網(wǎng)絡的管理平臺采用B/S(Browser/ Server)結(jié)構(gòu)，客戶端只需裝有Web 瀏覽器即可，服務器端連接客戶端和數(shù)據(jù)服務器，負責處理來自瀏覽器用戶的請求。數(shù)據(jù)庫服務器保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義、維護、訪問、更新及管理，并響應服務器的請求。采用SQL SERVER 2005，利用ADO.NET技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。遠程WEB 服務器使用微軟的ASP.NET 技術(shù)開發(fā)了基于B/S 架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理服務軟件。整個管理軟件分為前臺頁面和后臺管理兩大模塊，前臺頁面主要實現(xiàn)了用戶可視化管理，方便用戶隨時查看、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

在系統(tǒng)經(jīng)營運行過程當中，對于系統(tǒng)的網(wǎng)絡出現(xiàn)故障等造成系統(tǒng)無法操作的情況，要對其進行一定的考慮，因為其可能會影響到智能控制業(yè)務無法開展，因此對于一些重要的業(yè)務要留存手工處理的方案，在出現(xiàn)嚴重的問題時，要利用原來的方式進行驗證，這樣就能有效的防止系統(tǒng)出現(xiàn)問題。整體系統(tǒng)主要由前端、控制與傳輸設備組成，探測器是入侵報警系統(tǒng)的前端部分，這是屬于入侵報警系統(tǒng)觸覺部分，可以感知變化的現(xiàn)場氣味、溫度、能量、濕度等物理量，還可以根據(jù)一定規(guī)律向恰當傳輸電信號轉(zhuǎn)換，相應的入侵報警子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖3。智能家居的安防系統(tǒng)實現(xiàn)了集成化，可以和門禁一卡通、視頻監(jiān)控系統(tǒng)做到報警聯(lián)動，具體來說，其功能為：設置系統(tǒng)編程，做好全部用戶資料管理；借助相關(guān)設置，進行安全保衛(wèi)人員巡更的有效管理，處于規(guī)定的時間內(nèi)探測器自動撤防，超出時間則是處于布防狀態(tài)；可以擁有聯(lián)動輸出接口、集成接口、二次開發(fā)接口；做好歷史報警事件查詢；借助鍵盤或者計算機將布防、撤防狀態(tài)和各個防區(qū)報警信息體現(xiàn)出來；對監(jiān)控系統(tǒng)線路安全狀態(tài)實時查看；多媒體工作方式，可以通過語音提示接收報警信號；能夠單獨的對全部樓層進行平面圖繪制，為報警的處理提供極大的方便；開展電子地圖的繪制，還能夠處于各個地圖跳轉(zhuǎn)，這也就使得各級地圖能夠方便的顯示在大范圍區(qū)域。

4 總結(jié)

根據(jù)目前的智能家居技術(shù)來看，Zigbee技術(shù)蘊含著更高程度信息化的條件，但會受到網(wǎng)絡狀況、存儲情況等諸多因素的制約，針對這樣的情況，該系統(tǒng)的發(fā)展與提升密切聯(lián)系著存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)等系統(tǒng)的發(fā)展。使用Zigbee技術(shù)可以有效地對于設備中的問題進行解決，有利于實現(xiàn)高效的開發(fā)，因此我們應當做好其檢測與優(yōu)化，使其能夠更好地發(fā)展。