淺談ZigBee技術在智能家居安防系統中的應用

摘 要：近年來，在多方面利好因素的影響下，使得我國各個領域都得到了良好的發展壯大，從而推動了我國物聯網一體化技術的良好發展。在這種發展趨勢下，智能家居系統逐漸被人們大范圍地運用到了人們生活之中，智能家居系統其實質是將各類家具設備進行有機的融合，并且實施智能化的管理，促使人們現實生活信息化和智能化水平不斷提高。這篇文章主要針對物聯網智能家居中安防系統的設計和運用展開全面深入的研究分析，在整個智能化安防系統中切實地利用最先進的科學技術，借助傳感器設備來針對建筑內部所有信息數據進行統一收集和處理。在針對建筑結構內的安防系統進行設計工作的時候，切實地運用電子設備、移動終端以及外界服務器等裝置，創設個人家用智能家居系統，從而更好地完成身份判斷、環境監測、移動物體監測、遠程監控的任務，經過大量的實踐運用發現智能家居系統在保證建筑物的安全方面具有良好的作用。

關鍵詞：物聯網;智能家居;安防系統;ZigBee

隨著智能化應用的飛速發展，使得人們的思想意識出現了明顯的變化，人們對家庭生命和財產安全越發關注。就以往家居報警裝置來說，在安防效果方面較差，其中還存在諸多的問題，所以已經無法滿足人們對安防系統的實際需要了。在科學技術水平不斷提升的發展形勢下，使得無線監控技術以及信號處理技術得到了顯著的進步，再加上嵌入式技術的輔助，從而推動了無線遠程監控系統被人們大范圍地加以運用，促進了家居安防系統逐漸從有線過渡為無線。利用智能家居系統可以有效地針對家中溫度、濕度、煙霧、光線等多個方面加以實時監控，從而促進人們生活安全性和舒適性不斷提升，這篇文章主要圍繞物聯網技術在智能家居系統的實際運用展開深入的研究，希望能夠對我國智能家居行業的發展有所幫助。

1 智能家居安防系統現實作用

因為智能家居安防系統的核心作用就是針對整個系統內所設置的各個設備的運行情況進行全面的監督，并且在出現任何故障的時候能夠第一時間進行報警。通常來說，智能家居系統可以被劃分為兩個模塊，即：無線傳感器模塊以及報警模塊。其中前者的作用就是對系統運行過程中產生的各種信息數據進行統一的收集和傳遞。而報警模塊主要是在系統出現故障的時候發出警報。報警模塊中不但設置了專門的報警裝置，并且也安設了專門的處理器和存儲設備。報警模塊在接收到無線傳感器所傳遞的信息之后，將信息進行分析和存儲，在遇到故障問題的時候，會進行報警。一旦室內出現火災的情況，在室內溫度達到設定的范圍的時候，系統就會自行對業主以及物業發送信息進行報警。再有，如果發現煮飯所使用到的電器在長時間沒有關閉的時候，系統能夠完成電源的切斷處理。業主可以利用網絡來對智能家居安防系統進行設置和控制，并且能夠實時遠程查看室內安全情況。智能家居安防系統主要涉及下面幾個方面的功能。

1.1 防盜

防盜的功能主要涉及住宅內部防盜以及外部防盜兩種，其中住宅外部防盜設備通常都會被人們安設在住宅的入口位置。在住宅入口門結構上設置門磁開關，在有人進入的時候可以被防盜系統發現。在住宅的玻璃結構上安設玻璃破碎探測器，在安全防盜網結構上設置重力感應系統。如果有人使用外力破壞玻璃闖入住宅，或者是有人破壞防盜網，防盜系統都會發出警報。住宅內部防盜系統通常就是在室內空間安設紅外系統，如果檢測到有人進入，那么就會觸碰警報裝置，系統就會自行發出警報。

1.2 防火災功能

通常來說，人們都會在家庭住宅的屋頂結構上安設煙感設備，在墻壁上設置溫度感應裝置，在室內出現火災情況的時候，天花板的煙感設備就會感應到室內溫度的升高或者是存在煙霧的情況，這個時候智能家居安防系統就會啟動滅火系統，自行進行救火，并且還會進行報警，盡可能地將危害控制在最小的范圍。

1.3 防可燃氣體泄漏

在廚房中設置空氣檢測設備，如果檢測到室內空氣質量出現任何的巨大波動，或者是存在大量的可燃氣體的時候，智能家居系統就會自行開啟窗戶，隨后發出警報。

1.4 設備意外情況

如果智能家居系統中所設置的設備出現突發狀況的時候，主人煮飯設施長時間沒有關閉，這個時候智能安防系統就會自行斷開設備的電源系統，從而規避危險事故的發生。

2 ZigBee技術特點

2.1 功耗低

盡管ZigBee傳輸寬帶較低，但是其所需要的能源量較少。

2.2 成本低

因為ZigBee是共享資源所以不會涉及專利費用的問題。

2.3 時延短

在整個智能家居系統之中，將ZigBee加以運用能夠有效的提升系統的運行效率，并且成本較低。

3 ZigBee技術在智能家居行業的發展前景

隨著無線傳感器網絡技術的廣泛應用，使得智能家居行業得到了快速的發展，并且在全球開啟了計算機、互聯網之后的世界信息產業的第三次浪潮。很多的發達國家都在物聯網技術研究方面投入了較多的精力，在這種形勢下我國也跟隨設計發展趨勢，制定了感知中國發展戰略，有效的推動了我國物聯網技術的快速發展。就實際情況來說，物聯網能夠快速發展的主要動力就是ZigBee技術在無線傳感器網絡中的應用，其實質是將傳感器與互聯網充分融合在一起，從而能夠完成對物體的感知和遠距離控制，這樣就可以高效的完成物品之間的信息傳遞。現如今，ZigBee技術是整個物聯網系統中最為重要的傳感性能基礎，其可以十分高效地利用較少的能量來完成接力式的信息數據的傳遞。ZigBee技術所具有的最為突出的特征就是能耗低，抗干擾能力強，擴容性強，后期維護效率高等等，當下，ZigBee技術因為具有突出的特點，所以被人們大范圍地運用到了公共安防、智慧城市、智能家居系統等多個領域之中。

4 系統整體架構

系統主要包括三部分內容：主控制器、傳感器、執行器。其中傳感器的主要作用就是針對系統運行中所涉及的各項信息數據進行收集、處理和傳遞，并且對執行裝置進行有效的控制，并完成指定的工作。主控制器選用ARM芯片S3C2440A作為處理器，主控制器系統選用Linux系統，軟件程序選用Qt開發，擁有實時采集、顯示各項傳感器參數的功能，現場無線傳感器將獲得的信息數據傳遞到主控器設備之中，由主控制設備針對各項參數數據加以統一的處理和反應，通過執行器反饋動作。[1]

5 系統硬件設計

5.1 傳感節點設計

（1）防區傳感器的選擇及布局。經過統計分析我們發現，傳感器設備的整體水平往往與整個系統的運行情況會存在直接的關聯，所以挑選利用是當的傳感器設備在保證系統穩定運行能夠起到積極的影響作用。通常來說，家居中極易造成危險事故，諸如：火災、煤氣泄漏或者是非法入侵等等，所以在室內各個空間都安設溫度傳感器設備，能夠實現對室內空間的實時監控的作用，例如：在臥室、書房以及廚房等空間安設光感煙探測器能夠有效地對火災情況進行預判。在廚房內安設可燃氣體探測器可以完成對天然氣的監測，這樣就可以在出現天然氣泄漏情況的時候進行報警。在門窗結構上安設熱釋電傳感器能夠實時監測到系統異常啟動的情況，在遇到異常情況的時候可以利用遠程控制系統來進行報警，從而盡可能地規避危險事故的發生。

（2）射頻模塊的設計。無線射頻模塊中安設的是ISM頻段的NRF905模塊，其運行效率為50kbps，設置了有125頻道，在系統內設置了CRC，能夠對點對點通信地址進行控制，具備良好的GFSK調控作用，所以其抗干擾的能力較強，可以為多點通信和調頻通信給予良好的輔助。

5.2 主控制器設計

主控制器包括以下幾個單元：信息處理模塊、輸入輸出模塊、電源模塊及報警模塊，具有遠程通信、近距離通信、報警及顯示等多種功能。其所使用的微處理器S3C2440A基于ARMv9系列核心，其突出特點是其處理器核心包含16/32位精簡指令集（RISC）微型處理器。該主控器提供了一種低功耗、高性能微型控制器的解決方案。通過采用市電+蓄電池兩種供電模式，系統穩定性、可靠性得以提高。當市電正常供電時，蓄電池模塊處于充電狀態，當市電被切斷時，蓄電池提供備用供電，同時主控制器發出報警信號，提示使用者狀態異常。[2]

6 系統軟件

6.1 傳感器節點軟件

因為此類系統通常都是針對的普通家庭用戶，所以檢測覆蓋的范圍通常不大，經過測試NRF905模塊在最低功率的時候，通信距離可以滿足實際的需要，所以選擇利用的是星形網絡。整個網絡中底部階段所運用的是一個完整的程序系統，系統通電之后會結合傳感器惡運行情況來對程序模塊是不是開啟進行判斷，如果重新安設專門的傳感器，那么系統可以自行完成模塊的調節，從而有效地提升軟件設計的整體水平，并且還可以提升系統的擴展性。

6.2 主控制器軟件

因為主控制器的作用是維持多個系統的通信，并且還需要進行各種復雜的計算方法，以及實施數據的解析，所以在針對主控器程序進行設計工作的時候，務必要對其實時性加以側重關注。[3]

7 結語

在最近的幾年時間里，在多方面利好因素的影響下，使得我國物聯網技術整體水平得到了顯著的提升，從而使得物聯網熱度不斷提高，民眾生活水平的不斷提高有效地推動了人們對高品質生活的追求，從而為智能家居系統的發展帶來了良好的基礎。

本文設計的基于ZigBee技術的物聯網安防系統，不但克服了常規安防系統誤報率較高、功能簡單、不能實時遠程報警等缺點，而且在低功耗、穩定性上具有較大的優勢，本系統能夠在居室內達到防控報警的作用，從而保護人民群眾的生命和財產安全，具有一定的市場應用前景。

參考文獻：

[1]鐘瑋琦，武瑞佳，徐東英.基于區塊鏈技術與ZigBee技術的建筑消防系統[J].物聯網技術，2020，10（09）：92-95.

[2]張雅娟.智能家居的物聯網技術及其應用分析[J].計算機產品與流通，2020（10）：33+35.

[3]劉勇.基于ZigBee的無線傳感器網絡定位技術[J].計算機產品與流通，2020（10）：104.

[4]李梅芳.物聯網在智能建筑安防系統中的應用[J].中國科技信息，2020（16）：56+58.

作者簡介：張天倫（1986— ），男，漢族，北京人，碩士，工程師，研究方向：建筑智能化。