基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统
基于ZigBee-GPRS技术的物联网智能家居系统设计
基于ZigBee/GPRS技术的物联网智能家居系统设计摘要：本文提出了一个基于zigbee/gprs技术的智能家居系统的具体实施方案。
重点阐述了zigbee无线通信技术适用于智能家居系统的原因及软硬件设计方案。
该系统通过gprs接入internet，可以实施与家庭网关的无线通信，实现了传感网与电信网络之间的数据传输、不同类型感知网络之间的协议转换，具有良好的应用价值和市场推广价值。
关键词：物联网 gprs zigbee 智能家居家庭网关一、引言物联网是一种通过射频识别（rfid）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网就是“物物相连的互联网”。
第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。
二、物联网智能家居系统的核心技术（一） zigbee技术在智能家居系统中，无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势，这不仅仅因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去了花在综合布线上的费用和精力，而且它更符合于家庭网络的通讯的4个特点：①传输的数据量小；②信息的实时性高；③网络的容量大；④数据安全可靠。
同时随着无线网络技术的进一步发展，尤其zigbee技术的成熟，必将大大促进家庭智能化、网络化的进程。
zigbee是ieee 802.15.4协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。
它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
表1给出了上述几种短距离无线通信技术在通信距离、功耗、传输速率、连接设备数上的差别和性能比较。
基于ZigBee技术的智能家居系统的设计
基于ZigBee技术的智能家居系统的设计一、本文概述随着科技的飞速发展和人们生活品质的提高，智能家居系统已经成为现代家居生活的重要组成部分。
其中，ZigBee技术作为一种低功耗、低成本、低数据速率的无线通信技术，在智能家居领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨基于ZigBee技术的智能家居系统的设计，包括其基本原理、系统架构、功能模块、硬件选择以及软件设计等方面。
通过深入研究和分析，我们将提供一种高效、稳定、可靠的智能家居系统设计方案，以满足用户对智能家居的需求，提升生活品质。
本文将首先介绍ZigBee技术的基本原理和特点，阐述其在智能家居系统中的应用优势。
接着，我们将详细介绍基于ZigBee技术的智能家居系统的整体架构，包括各个功能模块的作用和相互之间的通信机制。
在此基础上，我们将重点讨论系统的硬件选择和软件设计，包括传感器节点的设计、网络通信协议的实现以及用户界面的开发等。
我们将对系统进行测试和评估，以验证其性能和稳定性。
通过本文的研究和讨论，我们期望能够为智能家居系统的设计提供有益的参考和指导，推动智能家居技术的进一步发展。
我们也希望能够激发更多人对智能家居领域的兴趣和热情，共同推动智能家居产业的繁荣和发展。
二、ZigBee技术原理及其应用ZigBee技术是一种基于IEEE 4无线标准的低功耗局域网协议，专为低数据速率、低功耗和低成本的应用场景设计。
它采用星型、树型或网状拓扑结构，具有自组织、自愈合的特点，能够在设备之间实现可靠的数据传输。
ZigBee技术的主要特点包括低功耗、低成本、低数据速率、高可靠性、高安全性和良好的网络扩展性。
在智能家居系统中，ZigBee技术被广泛应用于各种智能设备之间的通信和控制。
例如，通过ZigBee技术，智能照明系统可以实现远程控制、定时开关、场景设置等功能；智能安防系统可以实现门窗传感器的实时监控、报警推送等功能；智能环境监测系统可以实现温度、湿度、空气质量等环境参数的实时采集和传输。
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计一、系统架构设计智能家居系统的架构主要包括传感器、控制器、通讯模块和远程控制终端。
传感器主要用于采集家居环境数据，如温湿度、光照等，控制器用于处理传感器数据，并控制家居设备的开关，通讯模块用于与远程控制终端进行通讯，远程控制终端则是用户通过手机或电脑控制家居设备的界面。
在基于Zigbee无线网络的智能家居系统中，传感器和控制器采用Zigbee模块进行通讯，通讯模块则将数据传输到互联网上，远程控制终端通过互联网与通讯模块进行通讯，以实现远程控制家居设备。
整个系统架构如下图所示：[示意图]二、传感器设计1. 温湿度传感器：采用Zigbee无线模块，实时采集室内温湿度数据，并通过Zigbee 协议传输到控制器。
2. 光照传感器：采用Zigbee无线模块，实时采集室内光照强度数据，并通过Zigbee 协议传输到控制器。
3. 人体感应传感器：采用Zigbee无线模块，检测室内是否有人活动，并通过Zigbee 协议传输到控制器。
三、控制器设计控制器是智能家居系统的核心部件，负责接收传感器数据，进行数据处理，并控制家居设备的开关。
控制器的主要功能包括以下几个方面：1. 数据处理：接收传感器采集的数据，并进行处理，例如根据温湿度数据自动调节空调温度，或根据光照强度数据控制窗帘开合。
2. 设备控制：根据用户的指令或自动化算法，控制家居设备的开关，如灯光、空调、窗帘等。
3. Zigbee通讯：与传感器和通讯模块进行Zigbee通讯，以实现数据的收发和控制指令的传输。
四、通讯模块设计通讯模块是连接智能家居系统和互联网的桥梁，负责将数据传输到互联网上，以实现远程控制和监控。
通讯模块的主要功能包括以下几个方面：1. Zigbee通讯：与控制器和传感器进行Zigbee通讯，实现数据传输和控制指令的传递。
2. 互联网通讯：通过WiFi或以太网等方式，将数据传输到互联网上，实现远程控制的功能。
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高，智能家居系统已经成为现代生活的重要组成部分。
智能家居系统利用先进的无线通信技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化控制和管理，从而为用户提供更加便捷、舒适和节能的居住环境。
本文将重点研究与设计一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统，旨在提升家居环境的智能化水平，满足用户多样化的需求。
本文将首先介绍智能家居系统的发展背景和意义，阐述ZigBee 和WiFi两种无线通信技术在智能家居领域的应用优势和局限性。
在此基础上，提出一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统设计方案，该方案结合了ZigBee的低功耗、低成本和自组织网络特点以及WiFi的高速传输和广泛覆盖范围优势，以实现智能家居系统的高效、稳定和可扩展性。
文章将详细介绍该融合系统的架构设计、硬件选型、软件编程以及系统测试等方面内容。
通过对比分析不同通信协议的性能特点，选择合适的ZigBee和WiFi模块，并设计相应的硬件电路和软件程序。
文章还将探讨如何优化系统性能，提高数据传输速率和稳定性，以满足实际应用需求。
本文将总结研究成果，并对未来智能家居系统的发展趋势进行展望。
通过本文的研究与设计，旨在为智能家居领域的发展提供有益的参考和借鉴，推动智能家居技术的不断创新和应用。
二、ZigBee与WiFi技术概述在智能家居系统中，无线通信技术扮演着至关重要的角色，其中ZigBee和WiFi是两种被广泛采用的技术。
这两种技术各有优势，也存在着一定的局限性，因此，将它们融合在一起，可以充分发挥各自的优势，实现更为高效、稳定的智能家居系统。
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信协议，专为物联网应用而设计。
它具有自组织、自修复的特性，能够在设备之间形成稳定的网络结构，特别适用于智能家居系统中的各种传感器、执行器等设备的连接和控制。
基于ZigBee技术的无线PPT
03
2. 集中管理
通过中央控制器或智能终端，实 现对家庭设备的集中管理和控制
。
02
1. 无线连接
通过无线通信技术，实现家庭设 备的互联互通，无需布线，方便
安装和使用。
04
3. 智能控制
根据用户需求和环境变化，自动 调整设备的工作状态，实现智能
化管理。
基于Zigbee技术的无线智能家居系统架构
Zigbee技术
基于Zigbee技术的无线
• Zigbee技术简介 • Zigbee无线通信技术原理 • 基于Zigbee技术的无线传感器网络 • 基于Zigbee技术的无线控制系统
• 基于Zigbee技术的无线智能家居系 统
• 基于Zigbee技术的无线医疗系统
01
Zigbee技术简介
Zigbee技术的定义
05 便携式设备
无线医疗系统是指利用无 线通信技术，实现医疗设 备、传感器和系统之间的 信息传输和数据交换，从 而为患者提供实时、远程 的医疗服务。
无需线缆连接，方便设备 移动和位置调整。
能够实时监测患者的生理 参数和健康状况。
实现远程诊断、治疗和健 康管理。
便于携带，适用于家庭、 医院和移动医疗应用。
02
Zigbee无线通信技术原理
Zigbee无线通信技术概述
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个域 网（WPAN）协议，用于短距 离、低功耗的无线通信。
它适用于各种应用，如智能家 居、工业自动化、环境监测等 领域。
Zigbee技术具有低成本、低功 耗、低复杂度等特点，可实现 多点对多点的无线通信。
康复治疗
在康复中心或医院中，通过无线 医疗系统对患者的康复情况进行 实时监测和记录，为医生提供科
Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究
Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究引言随着科技的不断进步和人们对生活质量的要求提高，智能家居作为一种新兴的生活方式进入了人们的视野。
智能家居通过互联网技术和无线通信技术实现了家庭设备的智能化控制，给人们的生活带来了便利和舒适。
在智能家居系统中，无线通信技术起到了关键的作用，其中Zigbee作为一种低功耗、短距离、低数据率的无线通信技术，被广泛应用于智能家居领域。
本文将对Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用进行研究，探讨其优势和挑战。
一、Zigbee无线通信技术的概述1.1 Zigbee无线通信技术的特点Zigbee无线通信技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络技术，具有以下特点：（1）低功耗：Zigbee设备使用了事件驱动的通信机制，可以实现低功耗的长时间运行。
（2）短距离：Zigbee的通信距离一般在10到100米之间，适用于智能家居中设备之间的短距离通信。
（3）低数据率：Zigbee的数据传输速率在20-250kbps之间，可以满足智能家居设备之间的低频数据传输需求。
1.2 Zigbee无线通信技术的网络拓扑结构Zigbee无线通信技术采用了星型或多级星型的网络拓扑结构。
在智能家居系统中，通常使用多级星型结构，即一个中心节点（通常是智能家居网关）连接多个终端设备（如智能灯、智能插座等），实现设备之间的无线通信。
1.3 Zigbee无线通信技术的应用领域Zigbee无线通信技术在物联网领域有广泛的应用，其中智能家居是重要的应用场景之一。
在智能家居中，Zigbee无线通信技术可以实现设备之间的互联互通，实现智能家居系统的自动化控制。
二、Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究2.1 Zigbee无线通信技术在智能照明系统中的应用智能照明系统是智能家居中的一个重要部分，Zigbee无线通信技术可以实现智能照明系统中各个灯具之间的互联互通。
基于ZigBee技术的智能家居系统
一、智能家居的背景从宏观上来讲，事物的每个发展阶段都是当时从业人员认识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几个原因共同作用的结果。
每个阶段都会局限于当时的技术水平、市场接受程度等，都会有其无法突破的瓶颈和困难。
即便智能家居系统在中国已发展20多年，且经过这么多年的发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。
只要产品或技术处于高速发展中，它必然需要不断地去解决一些技术上或者产品上的问题。
智能家居产品未来会还向节能环保，舒适度方面发展。
比如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身的功能去调节温度。
而智能家居必须结合这些建筑上的功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居的适应性发展。
对与现阶段的智能家居来说，没有专用的对讲或智能家居数字处理芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。
如果能够很好的解决，未来数字对讲将会取得更好的应用。
而随着中国城镇化趋势的加剧，大型小区会越来越多，人们对安保的重视程度也会日益加强，将来小区的多个安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。
除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正一些过往的虚假概念。
只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展未来新技术的系统，才能更好地为用户服务。
除此之外，各家产品的兼容性也是一个急需解决的问题。
目前各厂家的产品均采用自家的协议，无法很好地做到兼容，而不同品牌的可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是今后需突破的难点二、智能家居系统旨在实现的以下主要功能：(1)可以控制和相应的状态查询，如查询室内和室外的温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更方便。
(2)在光线方面我们可以依照家庭装修环境背景或者用户的其他层次的要对光线先进行自动调节，指在给用户带来良好的感知度和舒适程度。
(3)制定人机交互界面，这样用户就可以根据自己的需要自行调节各个用电器之间的参数，使操作简单化；(4)在智能家庭网关的Web服务器，网络视频服务器的框架，可以通过PC 客户端Web进行查看实时状态和远程控制家用设备的家庭。
基于 ZigBee 的智能家居系统设计
基于 ZigBee 的智能家居系统设计随着科技的快速发展，越来越多的人开始关注智能家居系统的设计和实现。
而其中，基于ZigBee 技术的智能家居系统则成为了近年来最具热度的研究方向之一。
本文将详细探讨基于 ZigBee 的智能家居系统的设计和实现。
一、ZigBee 技术简介ZigBee 技术是一种低功耗、近距离、无线通讯技术，它是一种基于 IEEE802.15.4 标准的无线网协议。
ZigBee 技术能够支持多种应用场景，适用于环境监测、医疗保健、智能家居、能源管理等领域。
ZigBee 技术采用了低功耗、低速率的传输方式，具有低成本、低噪声和低干扰的特点。
同时，ZigBee 网络结构简单，有很强的自组织能力，能够让各种设备快速建立通讯。
二、ZigBee 技术在智能家居中的应用智能家居系统是指通过各种网络技术，将家居中传统的电器设备和其他可编程设备进行集成，从而达到自动化控制的目的。
而 ZigBee 技术在智能家居中的应用则包括以下几个方面：1、家庭网络化ZigBee 技术可以帮助实现家庭网络化。
通过 ZigBee 网络，家庭中的各种设备都可以实现互联，实现智能化自动控制。
比如，用户可以通过智能手机控制家中的照明、温度、音乐等设备，从而达到智能控制的目的。
2、安防保护智能家居系统中的安防保护是智能家居最重要的应用之一。
而 ZigBee 技术可以帮助实现安全保护，可以通过智能传感器实时监控家庭的安全情况，当检测到异常情况时进行即时报警，从而保护家庭安全。
3、娱乐化智能家居系统中的娱乐化应用也是很重要的。
通过 ZigBee 技术，用户可以轻松地控制家庭中的音乐、影像等设备，达到家庭娱乐化的目的。
三、基于 ZigBee 的智能家居系统设计在设计基于 ZigBee 的智能家居系统时，应遵循以下设计理念：1、低功耗智能家居系统的常承担着长期、甚至是持续的工作，因此对于功耗的要求极高。
因此在基于 ZigBee 技术的智能家居系统设计中，应注重低功耗、智能化的设计，以延长系统设备的使用寿命。
基于ZigBee技术的无线智能家居系统研究与设计
络的请求信号，则给发送请求信号的终端节 点回复信 息，然后将 该 终端节点加入所管辖 的网络 范围内，并分配相应的网络地址 。如果 所收到的信号是终端 节点发送过来 的监测数据，则在给终端节点发 送数据的确认信号之 后，就要对数据进行识别和处理，并在规定的
进入 到了一种空闲状态 。终端节点会定期地从空闲状态 中醒来 ，对 相关 的环境信息进行监测，将其监测过程 中所采集到的数据通过无 线发射模块发送给与其相联的汇聚节点 ，如果收到汇聚节点发过来
的确 认 信 息 ，则表 明数 据 发 送 成 功 ，之 后 终 端 节 点 将 再 次 进入 空 闲
先要进行初始化 ，初始化所 完成 的工作类似与上面的汇聚节点 ，然
后 终 端 节 点 开 始 不 断 的 发 出 请求 信 号 ，要 求 加 入 到 某 个 汇 聚 节 点所
创建 的网络 ，只要 终端节 点成功加入网络，就停止发送请求加入 网
络 的报 文 ，并 得 到 一个 汇 聚 节 点 分 配 给 它 的 网络 地 址 ，之 后节 点就
采集 。 若数据 发送不成功 ， 点会再次采集数据并发送给汇聚节 点， 节 直到发送成功为止 。
三 、 结 束 语
和其它短距离通信技术 比较 ，Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ技术具有 明显 的优势，其 近距离 、低成本、低功耗、低速率等特点更加适合于家庭 组网的特
点 。本 文 提 出 了一 套 用 Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ技术 实现 智 能 家 居 系 统 的 设 计 方案 ，
３ 推行媒体通识教育。 ． 鉴于媒体素养教育的重要性以及有效扩 散其广泛影 响， 应该将 其作成为高校大学生人文素质教育的一部分 ，作为通识教育来推行。
基于ZigBee技术的家居智能控制系统设计
随着物联网技术的不断发展，未来智能家居控制系统将更加智能化和自动化。 我们相信ZigBee技术将在其中发挥更大的作用，推动智能家居控制系统的进一步 发展。在未来的研究中，我们将继续深入探讨ZigBee技术在智能家居控制系统中 的应用，以提高系统的性能和功能，满足人们日益增长的家居生活需求。我们也 希望能够引起更多相关领域的研究者和技术人员的，共同推动智能家居技术的进 步和发展。
（2）控制器模块：中心控制器是整个家居智能控制系统的核心，它负责接 收传感器传输的数据，并根据预设的算法对数据进行分析处理，然后向执行器发 送控制指令。我们选用具有较强处理能力的单片机作为控制器。
（3）显示屏模块：为了方便用户对家居环境进行可视化操作，我们设计了 一款触摸显示屏，用户可以通过显示屏查看家居环境的相关信息，也可以根据自 己的需求进行相关操作。
Байду номын сангаас
家居智能控制系统设计
1、整体设计思路
家居智能控制系统设计主要包括硬件和软件两个部分。在硬件方面，我们采 用ZigBee无线通信技术，以实现对家居设备的远程控制和监控。在软件方面，我 们开发了一套基于ZigBee技术的智能家居控制软件，以实现对家居设备的智能化 控制。
2、具体模块设计
（1）传感器模块：为了能够实现对家居环境的实时监测，我们设计了多种 传感器，如温度、湿度、光照等传感器。这些传感器通过ZigBee技术将数据传输 到中心控制器。
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4、安全设计
在智能家居控制系统中，数据传输的安全性是非常重要的。为了确保数据的 安全性，我们采用了多种安全措施。首先，我们采用了数据加密技术，确保数据 在传输过程中不会被恶意攻击者获取。其次，我们采用了传输通道保密技术，确 保数据传输的通道不会受到干扰和破坏。此外，我们还对系统进行了权限管理， 只有经过授权的用户才能对家居设备进行操作。
基于ZigBee的智能家居系统
基于ZigBee的智能家居系统摘要：基于ZigBee的智能家居系统是针对家居高度自动化、智能化的要求提出的一种新的解决方案。
主要用ZigBee手持控制器无线采集室内环境参数，远程控制各种家居电器，实现家居控制、参数检测的完全自动化、智能化。
设备以C8051F020单片机为控制核心单元，检测湿度，负责驱动电机，处理和传输数据。
采用高精度传感器作为湿度检测器件，直流电机等为执行机构，完成环境参数检测，对窗帘、交流电电器等的控制功能。
用手持设备通过IP-LINK1270模块串口实现了室内无线通信，可以接收湿度数据，控制简单家居。
本系统具有良好的开发和应用前景。
关键词：ZigBee 无线通信湿度检测智能家居由于生活质量的日益改善，各种家电设备的高度自动化和智能化已经成为一种消费需求，同时科学技术的飞速发展，让这种需求的达到已经不再遥远。
新的ZigBee协议在无线传感器网络和各种无线终端控制方面有良好的前景，为传感器网络和控制设备提出了新的方案。
基于ZigBee的网络控制系统就可以实现对各种家电设备的控制和调节，只需要对旧式家电（家居）进行改装，或加入必要的驱动电路，便可以实现小信号对交流电器的控制。
室内温度、湿度等环境参数直接影响生活质量，同样可以通过ZigBee控制器对室内温度、湿度检测设备进行较远距离的适时采集，然后根据个人意愿对家电（家居）进行不同程度的调节。
我们对实用小功率电扇进行了改装，对窗帘装上直流电机和定滑轮，可以由ZigBee控制器向单片机发送命令对电扇和窗帘的开关程度控制和调节。
室内参数检测方面，开发了湿度检测设备，可以有效的反馈实时数据。
一、系统（主设备）结构及各部分功能在整个系统设计方案中，以C8051F020为核心，作为数据处理器和设备控制器，整个设备也可作为工业现场设备，从属于ZigBee核心控制器。
系统（主设备）结构如图所示，图1 系统（主设备）总体结构图上图中所示各个模块的基本功能分别为：（1）湿度传感器模块：把传感器信号作滤波处理，并送入单片机模拟通道。
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计随着科技的不断进步，智能家居系统已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
它能够让我们的生活更加便利、舒适和安全。
作为智能家居系统中的一个关键技术，Zigbee无线网络已经受到越来越多的关注和应用。
本文将探讨基于Zigbee无线网络的智能家居系统的设计。
一、Zigbee无线网络技术的特点Zigbee无线网络是一种低功耗、低速率、短距离的无线网络技术，它在短距离通信领域有很多优势。
Zigbee无线网络的传输距离较短，通常在10-100米之间，这使得它更适合于家庭环境中的设备互联。
Zigbee无线网络的功耗非常低，这意味着它可以长时间运行，而不需要频繁更换电池。
Zigbee无线网络还具有较高的网络安全性和稳定性，能够满足智能家居系统对通信安全和可靠性的要求。
二、智能家居系统的设计基于Zigbee无线网络的智能家居系统通常包括传感器、执行器、控制器和网关，其中传感器用于采集环境信息，执行器用于控制家居设备，控制器用于处理数据和指令，网关用于将智能家居系统连接到互联网。
在设计智能家居系统时，需要考虑以下几个关键问题。
1. 设备互联和通信Zigbee无线网络可以连接多种家居设备，如智能灯具、智能插座、智能门锁等。
在设计智能家居系统时，需要考虑如何实现这些设备之间的互联和通信。
一个可行的方案是利用Zigbee无线网络的网状结构，使得每个设备都可以直接和其他设备通信，从而实现设备之间的互联和协同工作。
2. 数据采集和处理智能家居系统中的传感器可以采集各种环境信息，如温度、湿度、光照等。
控制器需要对这些数据进行实时处理，并根据用户的需求进行相应的控制操作。
在设计控制器时，需要考虑如何实现数据的快速采集、传输和处理，以及如何实现多个传感器之间的数据同步和共享。
3. 远程监控和控制通过Zigbee无线网络和互联网的结合，智能家居系统可以实现远程监控和控制。
用户可以通过智能手机或电脑随时随地监控家中的环境情况，并对家居设备进行远程控制。
浅论基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究
浅论基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）论文关键词:Zigbee 无线传感器网络论文摘要:针对基于Zigbee技术的智能家居无线系统的相关技术进行研究，分析了Zigbee体系结构和网络拓扑结构。
1.引言智能家居系统可以理解为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种通讯设备、家用电器和家庭保安装置经由家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，从而形成一个有机的整体(数字家庭网络系统)，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
而无线择。
智能家居系统的数据吞吐量要求很低，同时要求低功耗、低成本，于是在这样的背景下一种基于IEEE802.15.4标准的短距离无线网络协议的Zigbee技术出现了，它真正实现了宽带网络家庭的延伸拓展，使家庭组网更加便捷。
2Zigbee技术介绍Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。
这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌人各种设备。
Zigbee技术有如下几点优势:(1)成本低，Zigbee技术是免协议专利费的，而且每块芯片的价格大约为2美元左右;(2)低功耗，在低耗电待机模式下，两节五号干电池可支持1个节点工作半年至两年时间甚至更长;)(3)低速率，Zigbee工作在20一250kbps的较低速率，在不同频带间分别提供250kbps(2.4GHz),40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率满足低速率传输数据的应用需求;(4)近距离，其传输范围一般介于10一100m之间，在增加射频(RF)发射功率后，亦可增加到1一3km;(5)短时延，Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转人工作状态只需15ms，节点连接进人网络只需30ms，进一步节省了电能;(6)大容量，Zigbee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网;(7)安全性能好，Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性.基于上述特点可看出Zigbee主要应用于短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，其典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器数据)、间歇性数据(如照明控制)和重复性低反应时间数据等。
设计基于ZigBee的智能家居控制系统
设计基于ZigBee的智能家居控制系统随着科技的不断发展，智能家居控制系统也越来越成为人们生活中的必备品。
其中，基于ZigBee技术的智能家居控制系统具有可靠性高、安全性好、扩展性强等特点，成为越来越多家庭的首选。
一、什么是ZigBee技术？ZigBee是一种基于无线射频（RF）技术的低功耗、低速率、短距离通信技术。
它采用IEEE 802.15.4标准，并在此基础上定义了一系列应用规范，为物联网提供了一种低成本、低功耗、高安全性的解决方案。
ZigBee技术可以广泛应用于家庭自动化、医疗保健、农业、环境监控等领域。
二、智能家居控制系统架构基于ZigBee技术的智能家居控制系统通常由如下几个部分组成：1. 控制中心：控制中心是系统的核心部分，主要负责与各类智能设备进行通信和控制。
控制中心需要支持多种通信协议，包括ZigBee、Wi-Fi、蓝牙等。
2. 智能设备：智能设备是指能够通过控制中心进行远程控制的各类家居设备，包括灯控、窗帘控制器、家庭影院、智能插座等。
这些设备需要具备ZigBee通信模块，以便与控制中心进行通信。
3. 应用软件：应用软件是用户与智能家居控制系统进行交互的界面，可以通过手机应用、网页端、语音控制等多种方式与控制中心进行交互。
三、ZigBee技术在智能家居控制系统中的应用基于ZigBee技术的智能家居控制系统具有以下优点：1. 可靠性高：ZigBee技术采用的是短距离、低功耗的无线通信方式，能够有效降低信号干扰，提高通信的可靠性。
2. 安全性好：ZigBee技术支持AES-128加密算法，在数据传输过程中进行加密，能够有效保护用户隐私和数据安全。
3. 扩展性强：ZigBee技术可以支持多个网络节点，可以随意扩展，支持动态网络拓扑结构，满足不同家庭的不同需求。
4. 节能环保：ZigBee技术采用低功耗的无线通信方式，能够大大降低能耗，减少电池更换的频次，从而节约资源，降低环境污染。
基于ZigBee的智能家居无线传感器网络系统设计与实现
时 ， 种传 感 设 备也 被 不 断 引入 现 代 家 居 中 （ 各 如 烟雾传 感 器 、 度传 感 器 、 度 传 感 器 等 ） 成 为 亮 温 ， 现代 家居 中的 “ 电子 保 安 ”， 家 居 安 全 、 适 提 为 舒
供便利 。本 文介 绍 了 一 种基 于 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ技 术 的 智 Ｂ 能家 居无线 传感 器 网络 系统 ， 系统 具 有温 度 测 该 量 、 雾浓 度感 知 、 烟 光线 强 度感 知 、 光 报警 等 功 声
１ ． ２
．
・
智能 家 ・
表 １ 几 种 短 距 离 无线 通信 技 术 的 比 较
无 线传 感器 网络 。
２ Ｉ 协 调 中心 的硬件 设计 ．
协 调 中心 主要 实现 对 终 端 控制 节 点 的 控 制 ， 发送 和 接 收 终 端 控 制 节 点 的 数 据 等 。其 硬件 部 分 主要 包括 ５× ５按键 模 块 、 Ｃ Ｌ Ｄ显 示 模 块 、 线 无
收 发器 模 块 、 度 传感 器 模 块 、 源模 块 等 。其 温 电
结 构框 图如 图 ２所 示 。
图 ｌ 智 能 家 居 传 感 器 网络 结 构 图
图 １中 ， 协调 中心 为数 据 传输 的枢 纽 及传 感 器 网络 的控 制 中心 ， 主要 由 ＭＣ 和 Ｚｇ ｅ Ｕ ｉ ｅ无 线 Ｂ
技术。
０ 引 言
随着 家居 智能 化技 术 的 不 断发 展 ， 代家 居 现 中各种设 备正 向智 能 化 、 网络化 的方 向发 展 。 同
随着现 代通 信技 术 的快 速 发 展 ， 各种 短 距 离
无 线通 信技 术不 断 涌现 ， 人 们 的生 产 和生 活 带 给
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计
基于Zigbee无线网络智能家居系统的设计随着科技的不断发展，智能家居系统已经成为了现代家庭生活中不可或缺的一部分。
基于Zigbee无线网络的智能家居系统因其低功耗、稳定可靠的特点，已经成为了智能家居领域中的主流技术之一。
本文将介绍基于Zigbee无线网络的智能家居系统的设计，包括系统架构、功能模块以及实现方法等方面的内容。
一、系统架构基于Zigbee无线网络的智能家居系统主要由智能终端设备、网关设备、云平台和移动客户端等组成。
智能终端设备包括各种智能传感器、执行器和控制器等，用于感知和控制家居环境；网关设备负责实现智能终端设备与云平台的连接，同时也可以实现与移动客户端的通信；云平台上存储了用户的个人信息、家庭环境数据和智能家居系统的控制逻辑等；移动客户端则是用户与智能家居系统进行交互的重要工具，用户可以通过移动客户端对智能家居系统进行远程监控和控制。
二、功能模块1. 感知模块感知模块是基于Zigbee无线网络的智能家居系统中最基本的模块之一，它包括多种传感器设备，如温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器等。
这些传感器设备可以感知家庭环境的各种参数，并将感知到的数据通过Zigbee无线网络传输给网关设备。
2. 控制模块控制模块主要包括各种执行器和控制器设备，如智能灯具、智能窗帘、智能门锁等。
通过Zigbee无线网络，控制模块可以接收来自网关设备的控制指令，并对家居环境进行相应的控制操作。
3. 网关设备网关设备是连接智能终端设备和云平台的桥梁，它负责将传感器设备和执行器设备通过Zigbee无线网络连接到云平台，同时也可以通过Wi-Fi或以太网接入互联网，实现与移动客户端的通信。
4. 云平台云平台是整个智能家居系统的核心部分，它存储了用户的个人信息、家庭环境数据和智能家居系统的控制逻辑等，用户可以通过云平台实现对智能家居系统的远程监控和控制。
5. 移动客户端移动客户端是用户与智能家居系统进行交互的重要工具，用户可以通过移动客户端实时查看家庭环境的各种参数，并对智能家居系统进行远程控制。
基于ZigBee无线网络通信的智能家居系统
居 网络 ， １ － ｌ Ｏ Ｏ ｍ 的传 输距 离能 够满足 普通 家 庭 的需要 ， ２ ０ － ２ ５ ０ Ｋ ｂ ｐ ｓ的带 宽 满 足 安 防 、温 湿 度 等 家 居 相 关 信 息 容 量 的 需 要 。其 低 功 耗 的优 点 ， 能 够使 用两 节 普 通 ５号 电 池 正 常 工 作 ６ ～
１ 家 庭 组 网技 术 家 庭 网 络 可 以划 分 为 外 部 网 、 网关 和 内部 网三 个 部 分 。 外 部 网可 以是 局 域 网 、 有线电视网、 电话 网 和 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 等 网 络 Ⅲ， 目前 大 多 数 采 用 比较 成 熟 的组 网技 术 。 内部 网 主 要 用 于 连 接 家 庭 内
近年 来 ， 随 着 网络 技 术 和 通 信 技 术 的迅 速 发 展 ， 人 们 不 仅 对 家 居 的 自动化 和信 息 化 程 度 要 求 越来 越 高 ，而 且对 家用 设 备 控 制 的灵 活 性 以及 对 外 部 信 息 获 取 的 方 便 性 提 出 了 更 高 的要 求 。 这 就 需 要 建 立 完善 的智 能 家 居 网 络 系 统 ， 并构建智能化小 区， 从
建 立 一 个 无 线 网 络 的前 提 和 基 础 是 选 择 一 个 合 理 的 网络 拓 扑， 网络 拓 扑 的结 构 可 以决 定 网络 的 成本 、 速度 、 特 点 和 实 现 的功 能 。 目前 广泛 采 用 的 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ内部 网络 主要 包 括 ： 星形（ ｓ ｌ ａ ｒ ） 、 树 形（ Ｃｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ — Ｔ ｒ ｅ ｅ ） 、 网状 形 （ Ｍｅ ｓ ｈ ） 等 结构 。如 图 １ 所示。
２ ４个 月 ， 并且 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ协 议 结 构 简 单 ， 可以使用免 费的 ２ ． ４ ＧＨ ｚ 频段 ， 低成 本 有 助 于 智 能 家居 的普 及 。
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基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统2006年6月5日 15:28 电子技术应用评论( 0) 阅读：次本文关键字:IEEE布线开关电源电池传感器以太网摘要：介绍了一种基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统。
重点阐述了该系统的组成、通讯协议以及无线节点的软硬件设计。
该系统在传统的有线家居网络系统的基础上使用ZigBee技术，使其具有成本低、功耗低、覆盖范围大的特点。
特别是其符合IEEE802.15.4协议，利用系统与其它符合标准的产品的互联，具有良好的通用性和可扩展性。
关键词：智能家居无线网络ZigBee低功耗在智能家居系统中，将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。
这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。
随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能化的进程。
本文介绍的智能家居无线网络系统采用ZigBee技术，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，符合IEEE802.15.4协议，是IEEE工作组专门为家庭短距离通讯制定的新标准。
1 ZigBee技术简介ZigBee技术的主要优点有：（1）省电：两节五号电池可使用长达六个月到两年左右的时间；（2）可靠；采用了碰撞避免机制；（3）成本低；（4）时延短；（5）网络容量大；（6）安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，各种应用可以灵活确定其安全属性。
ZigBee技术的特点完全符合家庭网络通讯的需要，因此选择ZigBee技术构建智能家居无线网络系统。
2智能家居无线网络系统本系统以家庭为单位进行设计安装，每个家庭都安装一个家庭网关、若干个无线通讯ZigBee子节能模块。
在家庭网关和每个子节点上都接有一个HeliLink无线网络收发模块（符号ZigBee技术标准的产品），通过这些无线网络收发模块，数据在网关和子节点之间进行传送。
其系统组成如图1所示。
下面介绍各部分的结构及功能。
家庭网关的结构及功能为：（1）采用ARM构架的32位嵌入式RISC处理器和.uClinux操作系统；（2）通过门锁进行自动设防/解防；（3）遇抢劫或疾病，按紧急按钮，自动向管理中心报警；（4）每家每户配有自己的网页，通过网页显示小区通知、系统各部分工作状况及数据；（5）水、电、气各表数据发给牧业管理中心；（6）通过以太网与小区管理中心通讯；（7）通过网关上的无线ZigBee（IEEE802.15.4）模块与网络中各子节点进行通讯。
ZigBee无线通讯子节点的功能为：（1）两路脉冲量数据采集，可采集水、电、气三表数据；（2）两路安防传感器开关量数据采集，可进行设防/撤防报警、安防报警（红外幕帘、门磁、窗磁、玻璃破碎等）；（3）一路模拟量数据采集；（4）一路模拟量数据输出；（5）一路继电器触点输出；（6）通过无线通讯IEEE802.15.4协议及家庭网关通讯。
3通讯协议3.1ZigBee协议的帧结构采用符号ZigBee标准的HeliLink模块的数据帧由数据模式、目标地址、数据长度、数据信息与校验和五部分构成，格式如下（数据帧结构中的数据都是16进制数）:“数据模式”占用一个字节。
“目标地址”表示数据帧结构要发送的目标位置（网络中的节点号），它占用一个字节。
“数据长度”表示数据帧结构中从“数据1”到“数据n”所占据的字节数，它也占据了一个字节。
“数据信息”表示用户要通过UART0传送的命令或者有效数据，占据的字节数由“数据长度”决定。
“校验和”是对帧结构中的全部数据（校验和字节除外）进行的校验，采用字节逐位异或的方式实现。
“校验和”也占据一个字节。
3．2无线网络通讯协议帧结构家庭网关通讯协议帧结构是建立在ZigBee协议帧结构的基础上的，相当于底层协议中的数据场部分。
所以帧结构由节点号、功能编码、数据信息三部分组成，如下所示：节点号字段数据长度为1字节，其中低四位为数据采集功能编号，高四位为子节点号，如下所示：功能编码分为三个部分：方向位、数据类型和功能类型。
其格式为：方向位：根据主节点作为通讯发送者还是接收者，本系统功能可分为两大类：上行和下行。
方向位即决定了这一点。
数据类型：数据信息与功能编码关系十分密切，根据功能不同，数据场中数据的内容含义不同；根据数据长度不同，数据类型也不同。
功能类型：每一个功能类型对应一种系统功能。
通过解析功能类型编码可得到系统功能，对于下行帧，子节点得到主节点通知其执行的命令和需要的数据；对于上行帧，主节点得到子节点返回的信息、数据和命令执行的情况。
数据信息存放数据，数据信息长度可根据功能编码中的数据类型而定。
4 无线节点硬件设计由于无线节点使用电池供电，且需要安装在三表或电器内部，要求电池体积很小，因此电池的容量不可能太大。
希望一颗钮扣电池可以有效工作一年以上。
无线通讯需要电池提供足够大的电流，耗电量较大，所以低功耗设计成为子节点设计的重点和难点。
无线网络节点硬件组成如图2所示，采用TI公司的16位单片机MSP430F1232作为处理器，采用符合ZigBee标准的Heililink无线网络收发模块建立无线通讯，采用RAMTRON 公司的铁电存储器FM24LC16存储数据，开关量输出使用松下公司的磁保持继电器TQ2L2—3V，PWM输出放大器采用MAXIM公司的MAX4464。
使用锂离子钮扣电池供电，通过采用TI公司的电荷泵IPS60210将电压稳定至3.3V。
无线子节点通过查询八位拨码开关确定其功能，可以实现两路脉冲量的计数、两路开关量的输入、两路开关量的输出、一路模拟量的输入、一路模拟量的输出、电池电量采集无线通讯等功能。
4．1处理器处理器采用TI公司的16位单片机MSP430F1232。
该单片机突出的特点是可以实现极低的功耗，具有五种省电工作模式，而每种工作模式可以通过对时钟的控制实现不同的功耗，其工作在LPM4模式下的功耗电流只有0.1μA,非常适合采用电池供电的系统。
片内FLASHROM用于存储应用程序、通讯协议；UART接口连接无线通信模块；10位A/D转换器实现电池电压检测、模拟量输入；内部16位定时计数器实现PWM输出，经低通滤波后，再由放大器放大，实现模拟量输出；I2C接口连接铁电存储器FRAM。
其余的通用输入输出端口分别实现数字量和脉冲量的输入、输出以及拨码开关状态的输入。
4．2铁电存储器存储器采用RAMTRON公司的FM24CL16，它是一种串行非易失性存储器，其特点是可无限次地读写，掉电数据可保护10年；写数据无延时；使用二线制串行总线及其传输规范进行双向传输，这种方式占用脚位少，占用线路板空间小，总线速度可以达到1MHz，静态工作电流仅为1μA。
这些特点使其十分适合本设计对功耗低、体积小、数据读写频繁的要求。
4．3磁保持继电路磁保持继电器采用松下公司的TQ2-L2—3V，通过MSP430F1232的输出管脚DO_S、DO_R 控制开关管Q1、Q2的开关状态，实现继电器线圈电流的通断控制，从而控制继电器触点的动作。
如果采用传统继电器，需要一直提供电流来维持继电器状态，这样功耗很难降低。
磁保持继电器具有锁存功能，触点动作后无需继续提供电流，从而降低了功耗。
其开关两端可耐压直流220V，交流250V，满足了通断市电的要求。
4．4无线网络收发模块该模块特点是体积小、内嵌网络通讯协议，符合ZigBee网络层的标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，可实现高效率发射、高灵敏度接收，无线数据速率高达76.8kbit/s。
通过串口与MSP430F1232进行通讯，将获得的数据无线发送出去。
4．5拨码开关八位拨码开关的状态决定该子节点的节点号和其实现的功能。
5无线节点软件设计鉴于节点使用的通用性要求，需要上电后根据拨码开关确定子节点号及其所要完成的功能。
其主要功能包括水电气三表的数据采集和存储、报警信息的获取、设防撤防状态的获取和以上信息数据的无线发送。
根据拨码开关的状态确定节点需要完成的其中一项或几项工作，并调用相应的初始化程序。
由于无线通讯模块的功耗较大，CPU大部分时间都处于休眠状态，通过各级中断唤醒CPU和恢复无线通讯模块的正常工作。
数据的无线发送和接收要遵守家庭网关通讯协议。
系统主程序流程图如图3所示。
系统上电后，先关闭看门狗定时器，开关电源进入SNOOZE节功状态，同时关闭无线通讯模块电源，进行I2C接口的初始化，读取拨码开关状态，并根据拨码开关的状态进行单片机通用I/O口的初始化，以确定其作为脉冲量输入端口还是开关量输入端口，或是撤防设防输入端口。
其中，若作为脉冲量输入端口，则调用相应脉冲量初始化程序，设置其端口为上升沿触发；若作为开关量输入端口，则调用相应开关量初始化程序，设置其端口为下降触发；若作为撤防设防输入端口，则调用设防撤防初始化程序，当前端口状态为设防状态时，进行撤防初始化，设置其端口为上升沿触发。
当前端口状态为撤防状态时，进行设防初始化，设置其端口为下降沿触发。
端口初始化结束之后，进行串行通讯UART接口初始化，打开UART接收中断使能，使其能响应网关发送给子节点的命令。
定时器连续工作在计数模式，打开计数器溢出中断使能。
单片机各部分初始化结束后，进入LPM3休眠模式，只有ACLK始终保持工作，因此在串行通讯UART和定时器初始化中，将其工作时钟定义为ACLK是十分重要的，否则进入LPM3休眠模式后，串口和定时器将停止工作和相应中断。
进入LPM3休眠模式后，系统的功耗最低。
系统可响应I/O中断，当其作为脉冲量输入端口时，脉冲量上升沿触发中断，经过去抖处理后，脉冲量计数增1，遇到进位时，调用函数处理进位，最后将计数值写入FRAM，进入LPM3休眠模式。
当其作为开关量输入端口时，开关量下降沿触发中断，停止计数器计数，打开电源，打开串行通讯，重复发送报警信息，直到收到网关应答信息时才停止报警，恢复定时器计数，进入LPM3休眠模式。
数据发送要遵循通讯协议，图4所示为数据发送程序流程图。
由于文章篇幅所限，这里就不多述了。
本文介绍的基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统，由于其具有低成本、低功耗、较远的覆盖范围及通用性的特点，将成为智能家居系统中的又一亮点，必将给现代智能家居系统带来一场新的变革。