基于ZigBee技术的智能家居系统研究与设计
ZigBee技术
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
ZigBee是一种新兴的无线通信技术，它具有短距离、低功耗、低成本和低数据速率等特点。而智能家居的特点就是网络传输数据量小，对带宽要求低，但是需要的网络实时性好，延迟要短，要求接入方便，系统续航能力久、可扩展性强并且后期维护简单。这无疑使ZigBee技术成为了首选，因为ZigBee技术的主要应用领域就是工业控制、电子设备和楼宇自动化等，它的特点决定了ZigBee技术能很好地满足智能家居系统的需求。
1系统总体方案
智能家居系统网络大致可分为外部网（因特网）、内部网（ZigBee自组网）和家庭网关。其中，家庭网关是核心部分，本系统以移植在tiny6410开发板上的Boa服务器作为家庭网关，它负责家庭内部网络和外部网络的连接和协议转换。下面介绍内部网，这里的内部网就是ZigBee自组网，根据家庭布局采用树状或者星形网络拓扑。ZigBee自组网包括各个终端节点，这些节点配合继电器控制家庭中各种电器开关、温湿度传感器等家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能。从通信的角度讲，每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee协议进行无线通信。这里暂不考虑内部网络不同的协议转换问题。
智能家居系统的总体结构框图如图1所示。
图1智能家居总体结构图
2智能家庭网关设计
本文设计的家庭网关要处理来自Internet的数据，要求实现家庭网关的硬件必须提供强大的网络支持，同时需要支持TCP/IP协议，因此需要操作系统来支持多任务。家庭网关是一个由硬件和软件共同组成的功能实体，将Boa服务器移植到ARM开发板作为网关使用。Boa是一个单任务的小型HTTP服务器，源代码开放、性能优越，特别适合应用在嵌入式系统中，家庭网关结构图如图2所示。
图2家庭网关结构图
Boa服务器的建立较为简单，主要步骤包括：在开发主机上对其进行解压然后交叉编译，接着配置服务器，主要是修改boa.conf文件，配置完成后就可以进行移植了，移植成功后安装完毕就可以运行Boa服务器软件了。在构建好的嵌入式平台上运行Boa服务器以及串口读写应用程序，结合静态网页和动态CGI程序可以让命令从网页下达到嵌入式服务器。通过CGI技术可以实现Web服务器和串口读写应用程序的调用，从而达到数据（也就是命令）从网页到服务器再通过串口写入ZigBee家庭内部网络的这样一条正向的流程。当命令发送至ZigBee家庭内部网络后，紧接着读写应用程序读取ZigBee的反馈数据（主要是LED状态以及传感器读数），读取后存入ARM板子里的SQlite数据库以供稍后的CGI程序调用并显示在网页上。
3 ZigBee家庭内部网设计
从发展趋势来看，无线自组网是智能家居网络未来的发展方向。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。其是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee将是最低功耗和成本的技术之一。介于智能家居的规模，即网络中传输的数据量不大、节点较多等考量，实现家庭内部网络拓扑选择星形结构。
ZigBee节点的硬件设计较为简单，本节点采用TI公司的CC2430芯片，在单个芯片上整合ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用一个MCU（加强型8051），具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含ADC、定时器、AES128协同处理器。数据采集单元选用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11.
家庭内部网络系统的软件系统是以IAR System公司的IAR Embedded Work bench为开发环境、以TI公司的ZStack协议栈为开发基础设计的。ZigBee协议栈2006基于IEEE 802.15.4标准制定，该协议的突出优点是：组网能力强、适应面广、可靠性高、节能性好。ZStack协议栈由实现ZigBee协议不同功能的程序文件和库函数组成。
4 ZigBee协议
ZigBee协议是家庭内部网的基础也可以说是核心，它的底层是IEEE 802.15.4，包括物理层和MAC层。ZigBee工作在868 MHz、915 MHz和2.4 GHz 3个频段，而真正需要关心是网络层和应用层。网络层的主要功能就是路由，路由算法是它的核心，优秀的算法能节省ZigBee的能源消耗，缩短延迟。网络层上面是应用层，它主要规定了一些与应用相关的功能，也就是开发人员直接打交道的对象。
本系统采用的协议栈工作流程如图3所示。
图3 ZigBee家庭内部网结构图
在智能家居ZigBee内部自组网络中，协调器作用最为关键，它上接智能家居系统“大脑”也就是家庭网关，下接ZigBee自组网其他路由和终端设备，同时起到一个无线接口的功能。如图3所示，协调器接收应用程序从串口发来的命令并对其解析，解析命令获取要控制的终端地址和控制命令，然后向指定的终端节点发送解析后的新的控制命令，寻址方式是点对点方式，通过协调器分配的网络地址来发送，ZigBee自组网中的命令结构如图4所示。终端收到命令后作出相应动作并反馈自己的状态给协调器，协调器收到反馈数据后会自动通过串口发回给家庭网关，也就是嵌入式服务器，并由应用程序来读取。以上就是ZigBee家庭内部网工作流程。
图4命令结构
本文实现了智能家居监控系统的远程控制功能，整个系统架构简单，即建立嵌入式家庭网关和ZigBee家庭内部网络，其功能齐全，并且可根据实际情况和个人需求增减传感器以节约成本，可为任何家庭提供量身订制的智能家居监控服务。本系统可以根据家庭环境的改变随时添加设备节点，安装方便，实现了智能家居的人性化控制。此项技术将Web技术与嵌入式技术结合并扩展，在此项目设计上稍加改动即可添加更多功能的传感器，此项技术也可以广泛地运用在工业、农业和商业各个领域。
ZigBee用于智能家居有哪些优势
答：采用同样的ZIGBEE技术原理,但其使用的是433M频进行组网的,所以其穿透力及传输距离大大得到提高,实际传输距离可达4=6km.如果将ZIGBEE技术应用到智能家居行业中,方案已经很成熟了,但就是由于早期ZIGBEE产品传输距离问题,使其应用受到了很大制约.现在有了WBEE后,彻底解决了实际传输的问题.所以前景会有很大应用...
基于zigbee技术的智能家居 采用了哪些技术
答：ZigBee只是一个大面上的技术 智能家居要实现远程还是需要依赖WiFi 包括摄像机的使用都要依托WiFi 空调电视的实现需要依赖红外技术
最好用的智能家居
答：安装智能家居后,你可以通过个人的生活习惯和需求去DIY你的生活,下面是最好用的智能家居。 最好用的智能家居1 1、Control4智能家居 CONTROL4系统整合,无线和有线完美结合 智能家居哪个品牌好—Control4智能家居美国进口品牌,综合布局领域领导者,无线和有线相互配合,既稳定又方便,采用的Zigbee无线技术,并取得很高的评价...
华为进军全屋智能产业,全屋智能家居目前做的比较好的是哪几家?
答：在智能家居领域也有很多公司都在做这个行业，那么有哪几家做的比较好呢？No.1:Control4智能家居 这个品牌是美国的进口品牌，有线和无线相互配合非常稳定，也非常方便，并且采用的是zigbee无线技术。这款智能家居有着很高的评价，提供了很多多元化的控制功能，比如灯光，背景音乐，家庭影院安防窗帘集中控制和...
智能家居标准:Zigbee、Z-Wave、Thread和Dotdot
答：智能家居的未来之争：Zigbee、Z-Wave、Thread与Dotdot的竞合 智能家居领域的技术标准纷繁复杂，Zigbee、Z-Wave、Thread和Dotdot各领风骚。这些协议在连接层、网络层、传输层和应用层的架构下，影响着设备间信息的顺畅传输和设备间的互操作性。其中，Zigbee和Z-Wave作为老牌选手，分别在2.4GHz和低频段展现...
zigbee无线智能家居有哪些有点,相比较WiFi哪个以后才是主流?
答：当然，ZigBee的缺点也很明显，主要是产品开发难度大、开发周期长、产品成本高，一般的初创企业很难承受开发风险，这也是ZigBee技术目前在全球也只有少数几家企业掌握的重要原因。WiFi在智能家居领域面临非常尴尬的一系列问题。目前，更多的专家认为WiFi做一些类似智能单品这样的演示产品还可以，但做家庭长期使用...
uiot超级智慧家支持天猫还是小爱
答：支持小爱。Uiot连接的话，需要下载官方的APP名字就叫做uiot智能家居，注意uiot怎么连接就是一这款软件，就是连接的基础。uiot智能家具是一款基于zigbee技术研发，生产全屋智能化，家居设备智能系统有了，它就可以连接并远程操控家里面的所有设备智能化环境，调节智慧灯光控制系统，智慧窗户窗帘操控系统，智能安防...
为什么选择zigbee协议的智能家居
答：ZigBee的特点主要有以下八个方面：（1）低功耗：在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6-24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比之下蓝牙可以工作数周、WiFi可以工作数小时；（2）低成本：通过大幅简化协议降低成本（不足蓝牙的1/10），也降低了对通信控制器的要求，按预测分析...
智能家居十大品牌有哪些?
答：top1、control4智能家居 美国知名品牌，总部成立于犹他州盐湖城，是一家专业从事智能家居产品的研发、生产、销售的知名企业。目前在50多个国家和地区设有经销商和办事机构。control4共销售了100万台基于zigbee无线技术的家庭自动化产品，并取得很高的评价。top2、西门子智能家居 西门子智能家居德国知名品牌，...
装修做米家智能家居,蓝牙mesh和zigbee选什么?
答：利使用费贵，买了不少小米智能家居，最近两年，小米的设备不少都变成蓝牙的了。价格也便宜了不少，比如之前一个zigbee的智能开关需要一百八。现在蓝牙的价格降到几十块钱了这类人对稳定性要求高，就不属于小米的目标客户。2类市场并存，需求出发点不同，对产品要求也不同。就如很多人知道宜家的家具不...
