面向ZigBee的控制系統設計與應用

【摘要】當前，對于智能控制的設計和應用越來越多，其優勢非常突出，如：智能控制可以提供智能化的能源管理，讓企業無論身在何處都可對區域內各種電器的用電量了如指掌;可以隨時關注環境狀態，并改善它的質量;遠程在物業管理中心，對設備情況實時監控;智能控制讓我們的生活省時、省力、省心。因此，本文針對面向ZigBee的控制系統設計與應用，給出了詳細的分析。

【關鍵詞】ZigBee;智能控制;遠程監控

物聯網技術的高速發展，將傳統的internet和當前先進的無線傳感器網絡進行結合，已經成為了全新的發展趨勢。嵌入式服務網關，不但是無線傳感器網絡的重要協調網關，更是遠程WEB不可缺少的服務器，實現兩個不同協議間的網絡通信。同時還可以將無線傳感器接入到internet網絡中，這樣物聯網概念的關鍵設備便由此實現。物聯網服務網關在未來物聯網時代中，將扮演重要角色，起到非常關鍵的作用。可以實現感知網絡和基礎網絡以及不同類型的感知網絡之間的協議轉換，也可以實現廣域互聯實現局域互聯。

1、無線通信技術的選擇

在智能控制當中，對于無線系統的應用，需要滿足的特征條件包括：穩定、低功耗、容易進行擴展和并網[1]。其中，傳輸速度已經不是應用的關鍵點。當前，在智能控制當中，能夠采用的幾種無線方式以及特征，如表1 所示。

2、ZigBee通信網絡的建立

2.1 ZigBee網絡的構建

2.2網關設計分析

對于網關的相關設計工作，需要實現廣域互聯，也需實現區域互聯，并且需具備廣泛的感知網接入和通信協議轉換能力，以便保障系統簡單便捷且具有非常強大的系統管理特征。在實現以上功能特征的同時，還能有效降低設備投入及維護成本，這樣才能有利于智能化的全面普及給予推廣[2]。

當前，服務網關組織（OSGi）的開放，正在對服務網關的規范進行制定，在相關規范當中涵蓋的技術特征包括：（1）一定要有獨立并且開放的平臺;（2）目標是成為一個標準;（3）需要的保密性要非常強;（4）要對各個類型的設備聯網協議給予支持;（5）可靠性要有所保障。

OSGi標準從本質上來說，屬于API的集合，也就是應用編程接口的一系列集合，在這些API當中涵蓋了核心API以及可選API，兩者對OSGi網關規規范進行了構建，如有必要，可以借用已經制定Java標準，但需要關注的重點是怎樣將相關標準進行集成。

核心API對于服務傳輸、周期管理、資源管理、遠程服務管理，從屬可以有效執行，全部核心API，可借助開發人員或者OSGi技術組進行構建和完成。

可選API，對一基于HTTPWeb服務器輸出資源的機制進行了定義，同時也定義了客戶機和網關之間產生的交互作用和數據管理。

軟硬件：在 ZigBee無線模塊中能夠運行的ZigBee協議棧程以及在主處理器STM32中的能夠運行的嵌入式程序。如圖2所示。

3、本地局域網通信

本地局域網通信，如圖3所示。

4、ZigBee云平臺組建

云服務的智能控制系統構建。云計算所提供的數據存儲非常可靠并且安全，用戶不需要對數據丟失的問題給予擔心，同時也省去了病毒入侵等一系列的麻煩;其次，云計算對于用戶端設備并沒有非常高的要求，使用十分便捷;云計算針對不同設備之間的數據應用共享十分輕松;最后，云計算為網絡的使用提供了非常多的無限可能。例如：部署次數更快、客戶采用時間有所縮短。在智能控制領域當中，對于云計算的應用，最突出的特點得到了非常完美的展現，是智能控制發展過程中非常強大的驅動力[3]。

5、工程實例應用

工程在酒店每個客房當中對配置ZigBee網關，已房間為分區，實施分區管理。每個房間相當于一個子網絡。相互獨立的網絡，使得整個系統更可靠更安全，既不會相互影響，也不會出現大面積因設備故障而導致整個系統癱瘓的情況。

5.1設計概況

（1）無線組網。借助ZigBee技術，對智能控制子網網絡進行了構建，這樣便可以使網絡從有線轉變到無線，并進一步實現控制傳感器節點的效果。

（2）本地監控。在客房當中，用戶只需對房間內本地網關進行實時訪問操作，便可對現場進行監控。

（3）遠程監控。在控制中心，用戶只需要有PC機或者通過智能手機與網絡相連接，便可以遠程監控智能控制系統。

（4）降低功耗。在客戶退房后，設備啟動休眠模式的應用，可以使傳感器的正常應用壽命得以延長，減少了更換電池的頻率。

5.2主要功能

（1）嵌入式系統，將替代傳統以PC構建的智能控制網關，有效降低設備投入成本。

（2）對于人機交互界面的有效構建，用戶控制傳感器會更加方便，并且查詢設備狀態或者更改等操作也更加便捷。

（3）遠程服務云平臺的有效搭建，用戶可以借助不同的終端，便可以對環境情況實施遠程查看，并且提供的人性化服務非常多、也十分便捷。

結語：

總之，通過比對分析組網的有效技術以及無線技術，最終對ZigBee作為智能控制的內部網絡通信技術進行了選定。針對智能控制系統框架的有效構建，需要先對內部網絡的拓撲結確定，之后才可完成整體設計等，接入外部網絡。當軟件和硬件的設計完成之后，連接好內部網絡和網關，網關和外部，最終保障內外網實現互動，進而實現信息的有效交互。

參考文獻：

[1]張毅，張靈至，盧威.面向物聯網的ZigBee-紅外控制系統設計[J].電子技術應用，2013（05）：90-93.

[2]楊峰，朱凱，徐昕軍，等. Design of Interior Monitoring System Based on ZigBee Internet of Things-oriented%面向物聯網的室內ZigBee監控系統設計[J].計算機測量與控制，2014，022（005）：1439-1441，1445.

[3]張毅，楊鵬博，郭權. Design of streetlight control system based on the ZigBee network%基于ZigBee網絡的路燈控制系統設計[J].電子技術應用， 2012， 038（010）：77-80.

作者簡介：

劉川琪，男，（1984.10-），本科，主要從事建筑電氣設計等工作。