Zigbee技術(shù)在家電控制中的應(yīng)用

馬玉清，吳房勝

（安徽工商職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 231131）

Zigbee技術(shù)在家電控制中的應(yīng)用

馬玉清，吳房勝

（安徽工商職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 231131）

介紹了ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)及傳輸格式，分析了其在智能家居控制系統(tǒng)中的適應(yīng)性，并給出了傳感器節(jié)點(diǎn)硬件和軟件設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)完全符合家庭控制需求，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

ZigBee;智能家居;傳感器;遠(yuǎn)程控制

隨著計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信和無(wú)線傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，人們生活水平得到了提高，人們對(duì)智能化家居控制管理提出新的需求。智能家居管理一般由家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、外部公共網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)終端共同組成。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)作為智能家居的核心部分，網(wǎng)絡(luò)無(wú)線覆蓋已成為趨勢(shì)，短距離無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而來(lái)[1]。目前常見(jiàn)短距離無(wú)線通信技術(shù)有藍(lán)牙、WiFi、ZigBee和紅外等，綜合各技術(shù)特點(diǎn)，ZigBee技術(shù)最適于智能家居控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

1 Zigbee技術(shù)概述

概況起來(lái)，Zigbee技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：超低功耗、網(wǎng)絡(luò)容量大、數(shù)據(jù)傳輸可靠、時(shí)延短、實(shí)現(xiàn)成本低這幾個(gè)方面[2]。

2 Zigbee技術(shù)在家居控制中的適應(yīng)性研究

ZigBee技術(shù)主要在傳輸距離短、傳輸速率要求不高的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間。一般情況下，只要符合設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間距離短、設(shè)備成本低、數(shù)據(jù)傳輸量小、設(shè)備小且空間有限、設(shè)備電力支撐能力一般且網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要在監(jiān)控或控制等需求特點(diǎn)，均可以采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)隨著ZigBee技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)更加完善和規(guī)范，吸引著越來(lái)越多的公司致力于ZigBee技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)。目前基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在家庭自動(dòng)化控制、工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、食品保鮮運(yùn)輸及監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3 基于Zigbee技術(shù)家居控制應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

結(jié)合智能家居控制系統(tǒng)組網(wǎng)和 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)由傳感器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)以及相關(guān)協(xié)調(diào)器組成的智能家居控制系統(tǒng)。其中傳感器節(jié)點(diǎn)主要完成家庭居住信息的采集和發(fā)送；路由器節(jié)點(diǎn)則是負(fù)責(zé)傳感網(wǎng)的管理及數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)則是完成傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、節(jié)點(diǎn)管理及數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)外接。傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎么貥?shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，若家庭空間較大時(shí)，則可以適當(dāng)增加路由傳感節(jié)點(diǎn)確保各節(jié)點(diǎn)的互連通信和系統(tǒng)擴(kuò)展。智能家居控制傳感網(wǎng)拓?fù)淙鐖D所示1：

圖1 智能家居控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.2 硬件設(shè)計(jì)

智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分別由傳感器節(jié)點(diǎn)、路由器和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成，協(xié)同完成家庭數(shù)據(jù)信息的采集、處理和發(fā)送。如圖2所示為CC2530外圍電路設(shè)計(jì)：

圖2 CC2530外圍電路設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)上的按鍵主要便于用戶操作而設(shè)計(jì)；LED顯示模塊則由四個(gè)LED發(fā)光二極管構(gòu)成，依次表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。LED1常亮，代表網(wǎng)絡(luò)建立成功；LED2閃爍代表紅外數(shù)據(jù)向外發(fā)送；LED3代表數(shù)據(jù)配置操作；LED4表示的用戶擴(kuò)展。

結(jié)合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具體功能，具體硬件設(shè)計(jì)為：傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)，如圖3所示：

圖3 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

路由器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)，如圖4所示：

圖4 路由器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)，如圖5所示：

圖5 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

本文選擇由TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片作為系統(tǒng)核心處理部分，它是基于 8051內(nèi)核頻率為2.4Ghz射頻芯片。系統(tǒng)電源選擇MAX698型號(hào)電壓轉(zhuǎn)換芯片，完成電壓的來(lái)回切換；時(shí)鐘則是通過(guò)與處理器之間的18和19引腳相連，確保系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)確的時(shí)鐘頻率；而系統(tǒng)可以低功耗運(yùn)行的保障由33.268晶振提高，與處理器的22和23引腳相連；射頻天線部分由阻抗和天饋兩部分兩路構(gòu)成；2530芯片中的URTO和RS-232的九針連接器相連作為系統(tǒng)對(duì)外串行端口；系統(tǒng)顯示部分選擇LED顯示模塊，分別有紅色、綠色和黃色三種發(fā)光二極管構(gòu)造，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)；而傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度濕度傳感器選擇瑞士Seminem公司的 SHT10；一氧化碳傳感器選擇CO-CF-1000；煙霧傳感器利用由豪恩研發(fā)的LF-82L分子傳感器；而空氣檢測(cè)傳感器選擇同樣來(lái)自豪恩 902C型號(hào)傳感器；室內(nèi)亮度傳感器選擇由安捷倫公司研發(fā)生產(chǎn)的一種環(huán)境模擬型傳感器8003-LDPS。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件信息處理流程，圍繞CC2530核心處理器進(jìn)行。由傳感器完成信息的無(wú)線采集，通過(guò)TX和RX FIFO函數(shù)完成信息的收發(fā)操作。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，利用RFD向TX 函數(shù)導(dǎo)入發(fā)送數(shù)據(jù)，而已接收數(shù)據(jù)通過(guò)RFD讀取來(lái)自RX中的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的特點(diǎn)，分析了其在智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。采用簇樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M網(wǎng)形式，基于CC2530芯片完成系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)，并給出具體的硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)。本課題研究符合智能家居對(duì)短距離、低成本、低功耗的要求，達(dá)到了智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為智能家居系統(tǒng)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供了參考。

[1]康祥喆. 淺談我國(guó)智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)科技信息.2014(08).

[2]吳鐵洲,周慧軍,李飚. 基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2010(01).

Application of Zigbee technology in the home control

MA Yu-qing,WU Fang-sheng
(Anhui Business Vocational College,Hefei Anhui 231131)

It introduces ZigBee technology features and transmission format,analyze its suitability in intelligent home control systems,and gives the sensor node hardware and software design,which is fully in line with the needs of family control,has broad market potential.

ZigBee; Smart Home; Sensor; Remote Control

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

安徽省省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（基金號(hào)：2015mooc180、2015mooc178），安徽省高校重點(diǎn)自然科學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：KJ2015A389; 安徽省大學(xué)生創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室建設(shè)計(jì)劃，項(xiàng)目編號(hào)(2015ckjh142)。

（責(zé)任編輯：張時(shí)瑋）

馬玉清（1980-），女，山東泰安人，講師，研究方向：智能控制。