基于Zigbee技術的智能窗簾網絡化控制系統

陳海松，夏繼媛

（1.深圳職業技術學院 工業中心，廣東 深圳 518055；2.深圳職業技術學院 電通學院，廣東 深圳 518055）

隨著面向家庭、辦公大樓控制及自動化的短距離無線技術的發展，無線控制智能化所帶來的機遇正開始成為現實。在已出現的各種短距離無線通信技術中，ZigBee憑借領先的技術和性能水平成為短距離無線通信技術中的強有力的競爭對手[1]。

現在市場上，很多智能窗的產品難以做到集中控制，即使可以做到集中控制也無法實現無線控制，而本系統可針對整棟辦公大樓的窗簾（大廈幕墻）進行無線控制、集中管理，美化整棟建筑外觀的同時，讓外界感覺有一種整齊一致的感覺。

系統還考慮到人性化管理，用戶只要動動手中的遙控器就可以控制產品。同時，系統通過傳感器檢測到的光照強度和空氣濕度，就可自動調節產品的位置，不用人為干預，實現智能化管理。

系統只須在一個樓層的控制節點中安裝傳感器就可對整棟辦公大樓的窗簾實現統一管理，無須每個樓層都安裝傳感器，極大節約系統成本。

通過Zigbee無線網絡連接，樓層之間無須布線，安裝方便。此項目把Zigbee技術應用于整棟建筑的集中、聯動控制，在國際上處于領先地位，具有很大應用前景。

1 系統設計

1）系統組成

作為一種基于IEEE 802.15.4標準的無線傳輸技術，ZigBee可滿足遠程監視、控制和傳感器網絡應用等需求。它具有低速率、低功耗、低成本的特點，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用，工作頻率為868 MHz、915 MHz或2.4 GHz，其中2.4 GHz是一個全球通用的ISM頻率[2]。

系統的射頻通信采用Chipcon公司的CC2530，通過Zigbee無線網絡技術，以簇狀連接方式組網[3]。中心控制節點通過定期檢測傳感器的狀態來判斷天氣狀況，根據室外溫度、光照強度和空氣濕度來統一調節百葉窗的傾斜角度，避免陽光直射進入辦公區域，如需窗簾動作，則向各無線路由或終端節點廣播消息，各無線網絡終端節點根據中心節點的廣播消息來分別控制各自樓層的窗簾動作、燈光亮度調節、空調的開關，無線路由節點除完成本樓層控制外，還將該消息轉發至鄰近節點，從而實現對整棟大樓窗簾的集中控制與管理，同時，通過各個樓層的控制節點也可以單獨控制各自窗簾、照明及空調，滿足個性化需要。系統硬件框圖如圖1、2、3所示。

圖1 系統網絡拓撲圖Fig.1 System network topology map

圖2 中央控制單元硬件框圖Fig.2 Central control unit hardware block diagram

圖3 無線節點硬件框圖Fig.3 Wireless node hardware block diagram

2）系統工作流程

采用對整棟辦公大樓進行集中式的總線型控制，系統只需在一個樓層的控制節點中安裝傳感器就可對整棟辦公大樓的窗簾實現統一管理，無需在每個樓層都安裝傳感器，對整棟辦公大樓的窗簾（大廈幕墻）進行無線控制、集中管理，美化整棟建筑外觀的同時，同時極大節約系統成本。通過Zigbee無線網絡連接，樓層之間無需布線，安裝方便。系統還考慮到人性化管理，用戶只要動動手中的遙控器就可以控制產品。同時，系統通過傳感器檢測到的光照強度和空氣濕度，就可自動調節產品的位置，不用人為干預，實現智能化管理[4]。本系統的軟件設計，主要分為兩個部分：Coordinator中央處理單元，這個部分由AVR單片機負責處理，主要解決傳感器檢測的信號處理，和串口通訊的通訊協議；Zigbee模塊負責處理AVR單片機傳送的信號，和對全部End-device進行控制；End-device無線節點，這個部分是由Zigbee模塊負責，主要負責對窗進行控制和及時反饋信息給Coordinator。系統的工作流程如圖4~圖7所示。

圖4 系統控制器工作流程Fig.4 System controller working process

圖7 紅外控制模塊Fig.7 Infrared control module

2 系統調試

由于Zigbee模塊的標準通訊距離是在75 m，很難實現遠距離通訊，所以在系統設計時加入路由節點，由控制單元發送指令到最近的路由節點，節點通過算法選擇下一個路由或者終端節點[5]。通過對環境的光照強度、濕度的變化以及紅外遙控來對智能窗簾網絡化控制系統進行測試，光照強度強時，窗簾關起；濕度低時，窗簾關起，反之開啟；按下紅外遙控，電機取反；Zigbee技術傳輸距離，測試結果如表1所示。

表1 Zigbee技術的智能窗簾網絡化控制系統調試Tab.1 Zigbee technology intelligent curtain networked control system

圖5 Coordinator中央處理單元的Zigbee模塊Fig.5 Coordinator central processing unit Zigbee module

圖6 各節點ZigBee模塊Fig.6 Each node ZigBee module

3 結束語

本項目研發的網絡化智能樓宇控制系統，除適用于商業辦公大樓外，也可應用于住宅小區，實現對小區整棟住宅樓的集中控制管理，使家庭現代化程度顯著提高。此外，有別于一般紅外或自有射頻無線通訊解決方案的是，這種建構于IEEE 802.15.4物理射頻標準之上的無線技術能夠解決不同制造商產品之間的互操作能力，網絡組成部分只需通過增加更多的FFD或者RFD就能擴展[6]，可與樓內智能安防、監控等其他系統聯動，為各種應用提供了巨大的靈活性，在未來幾年有不可抗拒的發展趨勢，市場前景巨大，利潤豐厚。

[1]NIU Dou，YANG Mei.111e networking technology within Smart Home system-ZigBee Technology[J].International Forum on Computer Science-Technology and Applications，2009（2）：29－33.

[2]張維勇，馮琳.ZigBee實現家庭組網技術的研究[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2005，28（7）：755－759.ZHANG Wei-yong，FENG Lin.ZigBee implementation of home network technology[J].Journal of HeFei University of Technology：Natural Science Edition，2005，28（7）：755－759.

[3]徐方榮.無線智能家居控制系統的設計[J].現代建筑電氣，2010（1）：24－27.XU Fang-rong.Wireless intelligent home furnishing design of control system[J].Modern Building Electrical，2010（1）：24－27.

[4]申利民，翁桂鵬.基于ZigBee的智能小區LED路燈控制系統設計[J].中國照明電器，2011（2）：26－29.SHEN Li-min，WENG Gui-peng.Intelligent community based on ZigBee LED street lamp control system design[J].Lighting Appliances in China，2011（2）：26－29.

[5]Abdulla R，Ismail W.Extend active RFID with a ZigBee network[J].Microwaves&RF，2011，50（2）：79－87.

[6]PENG Jun-jie，HE Hui，ZHU Ping-an，et al.Zigbee-based new approach to smart home[J].Journal of Shanghai University，2010，14（1）：12－16.