ZigBee技術在智能電子信息系統設計中的應用

張志煒

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610030）

0 引 言

隨著人們生活節奏的不斷加快以及生活壓力的不斷增大，人們越來越追求智能化生活方式。在這樣的背景下，電力設備運行管理系統不斷涌現，如智能家居系統、智能水產養殖控制系統、智能停車場控制系統以及智能溫室測控系統等。為了確保ZigBee技術能夠更好地應用于電力設備運行管理系統中，現以智能家居系統為例，從系統整體架構設計、系統詳細設計與實現以及系統測試3個環節出發，將ZigBee技術科學應用于智能家居系統設計中，為提高智能家居系統的運行性能，保證系統核心功能實現效果打下堅實的基礎。因此，如何將ZigBee技術科學應用于智能家居系統中是技術人員必須思考和解決的問題。

1 系統架構設計

系統架構設計示意如圖1所示。從圖1中可以看出，系統主要由控制中心模塊、紅外控制模塊以及遠程控制模塊幾個部分組成。其中控制中心模塊作為智能家居系統的核心組成部分，主要用于對所有家居設備的自動化配置、查詢以及管控，以保證遠程控制效果。紅外控制模塊為編碼人員提供了智能化學習機會，并借助控制中心端，實現對紅外家電的智能化和集中化控制。遠程控制模塊可以幫助用戶隨時隨地實時監控家用電器運行情況，具有較高的便捷性和高效性。

圖1 系統架構設計示意圖

2 系統詳細設計與實現

2.1 ZigBee網絡組建

ZigBee網絡在具體的構建中，需要借助協調器節點。協調器屬于一種常用的全功能設備，ZigBee網絡與協調器節點之間存在一一對應的關系，在進行ZigBee網絡組網期間，技術人員要從以下3個方面入手。（1）網絡初始化。當設備上電操作完成后，需要借助電能對信道掃描過程進行檢測，根據能量值大小對最終檢測結果進行排序，然后從這些檢測結果中挑選出通信性能最佳的信道，并將其作為最終的工作信道進行處理[1]。（2）節點加入網絡。節點加入網絡的方式主要包含連接加入、弧節點請求以及直接加入3種方式，通過利用這些方式可以保證節點加入的數量和效率，為實現節點與網絡的充分結合打下堅實基礎[2]。（3）節點離開網絡。這一操作相對比較簡單，主要包含主動離開和被動離開兩種方式，前者通過節點主動向四周發送相應的離開指令即可，后者主要是指當父節點離開后，才會被動離開[3]。

2.2 ZigBee數據存儲

為了實現對系統內部數據的安全化存儲和管理，需要借助ZigBee物理地址和網絡地址之間的映射關系，全面收集和整理設備類型、設備運行狀態以及設備引腳等信息。

2.3 從ZigBee網絡到控制終端的通信

在電力設備運行管理系統具體的設計和實現中，系統內部信息需要借助控制終端傳輸到指定的子系統內，通信邏輯關系如圖2所示。從圖2中可以看出，各個控制終端均與控制中心之間建立起良好的通信關系，但是兩者并沒有直接進行連接[4]。在這條路徑中，其通信方式主要包含以下兩種。一是控制終端和控制中心之間的通信，這種類型的通信主要采用串口通信方式，將ZigBee節點模塊與USB轉串口進行有效連接，確保兩者之間能夠正常切換。二是ZigBee網絡和控制中心之間的通信，這種通信方式主要借助手機進行通信，通過將其與家庭網絡進行有效連接，保證通信的及時性、穩定性以及安全性[5]。此外，還要借助控制中心，在利用WiFi網絡的基礎上，將家庭網絡與局域網進行有效連接，以保證最終通信效率和效果。

圖2 系統通信邏輯關系圖

2.4 ZigBee網絡中設備具體控制實現

2.4.1 電燈控制模塊

電燈控制模塊在具體的設計和實現中需要借助CC2530，為每個引腳設置相應的高電平。電燈控制程序流程如圖3所示。

從圖3中可以看出，通過借助控制終端可以發出大量的控制信息，這些信息主要包含設備ID信息和設備操作標識信息，此外還要利用控制中心獲取相應的設備ID，并查詢感興趣的數據庫，從而獲得ZigBee節點地址和ZigBee技術端點號信息[6]。當控制指令被安全傳輸到指定的ZigBee節點后，該節點會在第一時間內自動查詢系統所獲得的電燈設備相關配置信息，同時還要針對控制指令實際執行情況，完成相應開燈操作和關燈操作，最后做好對電燈設備狀態值的調整和控制，進一步提高控制操作結果的精確性和真實性。

圖3 電燈控制程序流程圖

2.4.2 溫度測量模塊

溫度測量模塊主要包含總程序、子程序以及轉換程序3個組成部分。其中，測溫總程序主要是指借助控制終端，向室內發送相應的溫度信號，并獲得最終的溫度值。子程序主要用于精確獲取和整理溫度值，為后期實現溫度的精確測量打下堅實的基礎[7-10]。而轉換程序主要用于對溫度值的轉換，將其轉換為十進制數，便于其他人員快速讀取溫度值。

3 系統測試

為了更好地驗證ZigBee技術在智能家居系統的應用效果以及智能家居系統的運行性能，現對ZigBee通信性能進行測試。以ZigBee節點通信距離測試為例，其測試用到的設備主要包括CC2530節點模塊、電池底板、USB底板以及平板電腦等，測試方法如下。首先編寫相應的測試程序；其次借助ZigBee節點向指定的協調器上發送和傳輸相應的數據，并將發送周期控制在3 s以內；最后借助電池為系統源源不斷地供電，同時不斷增加兩個ZigBee節點之間的距離。測試結果如表3所示，當天線個數增加到2時，入網距離和通信距離的增長幅度達到最大值，說明此時可以取得良好的入網效果和通信效果。

表3 ZigBee通信距離測試結果表

4 結 論

隨著人工智能技術和ZigBee技術的不斷發展與普及，智能電子信息系統在具體的設計中逐漸加大了對這兩種技術的應用，尤其是ZigBee技術。該技術屬于一種智能化無線通信技術，具有能耗低、智能性強以及成本低等特征，通過將其科學應用于系統設計中，有效提高了系統的穩定性和可靠性，具有非常高的應用價值和應用前景，值得被進一步推廣和應用。