基于ZigBee和ARM的智能住宅系統(tǒng)

彭保基

摘要：在云計算時代，智能網(wǎng)絡組網(wǎng)選擇ZigBee協(xié)議。ZigBee無線網(wǎng)和ARM芯片能組建無線網(wǎng)關，實現(xiàn)智能住宅網(wǎng)絡的控制管理系統(tǒng)。智能住宅網(wǎng)絡的無線網(wǎng)技術有多個選擇，ZigBee無線網(wǎng)應用最為廣泛。智能家居系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代實現(xiàn)精確化控制，具有廣泛的應用前景。論文給出了實際組網(wǎng)方案和芯片連接方法，能在智能住宅系統(tǒng)中得到很好的應用。

關鍵詞：無線網(wǎng) 智能住宅 ZigBee 無線網(wǎng)關

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：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MCU連接到網(wǎng)絡上進行控制，還包括安全門禁系統(tǒng)包括門磁，窗磁等產(chǎn)品。連接技術主要是控制器構成的總線系統(tǒng)，包括美國X-10總線、歐洲 EIB和澳大利亞C-BUS等，用這些總線構成的系統(tǒng)成本昂貴，只能用在高檔小區(qū)。我國2003年以后發(fā)展的智能家居行業(yè)包括三個方向，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)會和聯(lián)想、康佳發(fā)起的以PC機和數(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，分別關注聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、網(wǎng)絡產(chǎn)品和傳輸介質，電腦和彩電等數(shù)字化娛樂設備，以及傳統(tǒng)的家電聯(lián)網(wǎng)。當前的發(fā)展趨勢是云計算，數(shù)據(jù)實現(xiàn)云存儲，而重要的軟件部分例如數(shù)據(jù)分析則由云計算來實現(xiàn)。

2 智能住宅無線網(wǎng)絡技術

智能住宅網(wǎng)絡從以太網(wǎng)等網(wǎng)絡介質連網(wǎng)技術轉移到了無線組網(wǎng)。無線網(wǎng)技術的優(yōu)勢是，使用無線網(wǎng)傳輸方式，利用無線電磁波傳輸信號，使得組網(wǎng)系統(tǒng)沒有傳輸布線成本，網(wǎng)絡連接簡單實用。而近幾年出現(xiàn)的無線傳感器，將各類信號轉化為電信號，可以加入無線網(wǎng)絡內，實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)傳輸。無線網(wǎng)技術有超寬帶無線技術（UWB）、ZigBee、無線局域網(wǎng)Wi-Fi、藍牙Bluetooth、近場通信 NFC 和紅外通信技術 IrDA 等，適用于不同的應用。IrDA距離短不能過障礙物傳輸，適用近距離遙控。Wi-Fi盡管使用TCP/IP協(xié)議和高速網(wǎng)絡，但是耗能高，適合傳輸大量數(shù)據(jù)，可作為公共無線局域網(wǎng)技術，而并不是使用在智能家居的組網(wǎng)技術中。藍牙 Bluetooth用在數(shù)字設備的數(shù)據(jù)傳遞中，包括筆記本電腦和外設、藍牙耳機、手機和平板電腦等的數(shù)據(jù)和音頻傳遞。ZigBee是mesh網(wǎng)絡，具有自主組網(wǎng)的功能，采用點到點連接，網(wǎng)絡復雜度低，而且還具有遠距離、低功耗、低成本等優(yōu)點，成為智能住宅網(wǎng)絡組網(wǎng)的首選技術。

3 ZigBee 無線網(wǎng)的智能住宅網(wǎng)絡

ZigBee無線網(wǎng)是一組節(jié)點共享無線信道。節(jié)點類型有兩種：全功能節(jié)點FFD和精簡節(jié)點RFD。全功能節(jié)點可作為網(wǎng)絡中心控制器或路由器，RFD只能作為終端設備，負責收集數(shù)據(jù)并轉發(fā)到上層路由器節(jié)點。ZigBee無線網(wǎng)有三種節(jié)點設備：網(wǎng)絡中心控制器、路由器和終端數(shù)據(jù)節(jié)點。ZigBee無線網(wǎng)使用最佳路徑選擇路由算法，節(jié)點負責尋找路徑，通過最優(yōu)路徑傳遞數(shù)據(jù)到目的地址。路由節(jié)點還具有自愈功能，動態(tài)維護路由表，可建立新尋址路徑而不再使用斷開的鏈路，提高網(wǎng)絡的可靠性。ZigBee的每個群集有唯一的群集ID。

ZigBee芯片主要有CC2530，MC13224，JN5152，MJ2440，EG500。T1CC2530的價格約人民幣在18元左右。CC2530功能包括2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收發(fā)器，增強型8051CPU，8KB RAM， 256KB FLASH，DMA，ADC、定時器、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)絡接口，是無線網(wǎng)關的主處理器，選用ST公司的STM32系列的ARM芯片?；赯igBee協(xié)議和ARM技術的智能住宅系統(tǒng)的組網(wǎng)圖見圖1。

無線網(wǎng)關中，ARM通過串行口UART1與ZigBee芯片CC2530連接，M590E是GPRS模塊，能通過短信或GPRS等方式與手機通信。ARM還通過USB、串行口或者網(wǎng)絡接口與住宅PC網(wǎng)絡連接。ZigBee無線網(wǎng)是由無線網(wǎng)關的CC2530控制器，信息家電終端節(jié)點、門禁安防系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡組成，將家電設備、火災煙霧報警、溫度濕度顯示等傳感器網(wǎng)絡設備連接起來，實現(xiàn)資源共享。無線網(wǎng)關可以通過PC網(wǎng)絡或者用GPRS模塊實現(xiàn)internet遠程控制，在住宅之外可以控制信息家電等設備。手機可以作為網(wǎng)關的控制設備，進行參數(shù)設置等功能。

4 結語

智能住宅網(wǎng)絡的無線網(wǎng)技術有多個選擇，ZigBee無線網(wǎng)應用最廣泛。ARM和ZigBee構成無線網(wǎng)關，可實現(xiàn)智能住宅網(wǎng)絡系統(tǒng)，對家電、安防和傳感器進行智能控制和管理。智能家居系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)時代實現(xiàn)精確化控制，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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