基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的嵌入式智能家居監控系統

ZigBee是一組基于IEEE批準通過(guò)的802.15.4無(wú)線(xiàn)標準研發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術(shù)標準。IEEE無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)工作組的IEEE 802.15.4技術(shù)標準是ZigBee技術(shù)的基礎。它采用跳頻技術(shù)，.使用的頻段分別為2.4GHz( ISM ), 868 MHz(歐洲)及915 MHz(美國)，而且均為免執照頻段，有效覆蓋范圍為1075 m。所支持的數據傳輸速率為10Kb/s--250Kb/s。功耗低，在低耗電待機模式下，兩節普通5號干電池可以6個(gè)月到2年。網(wǎng)絡(luò )容量大，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )最多可支持255個(gè)設備。成本低。由于ZigBee數據傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。

要從以上這些無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)中選擇一種作為本設計的無(wú)線(xiàn)通信方案，需要考慮的是:該方案是否能夠滿(mǎn)足家庭網(wǎng)絡(luò )的成本要求，還有就是功耗和網(wǎng)絡(luò )容量能否滿(mǎn)足家庭要求。而這些問(wèn)題在ZigBee技術(shù)面前都將不復存在。在智能家居系統中，將ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用于家庭網(wǎng)絡(luò )己成為趨勢。這不僅僅是因為ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性，省去花在綜合布線(xiàn)上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡(luò )的通訊特點(diǎn)。所以本智能家居監控系統采用ZigBee技術(shù)作為智能家居中無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的設計方案。

本智能家居監控系統中的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )采用星型連接，主要包括了一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)以及若干個(gè)無(wú)線(xiàn)通信子節點(diǎn)。家庭網(wǎng)關(guān)上有一個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊(主節點(diǎn)FFD )，而其他的無(wú)線(xiàn)通信子節點(diǎn)則作為End Device安放在家用電器、三表和安防傳感器上，通過(guò)這些無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，數據就在主節點(diǎn)和子節點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸。智能家居中的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )結構如下圖2 所示。

圖2 智能家居中的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )結構

在單個(gè)家庭中的網(wǎng)絡(luò )連接可以選用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，而如果要對整個(gè)一棟大樓、一個(gè)小區進(jìn)行統一化的管理，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢就不那么明顯了，而且對于整個(gè)小區的網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，它所承載的數據流量就很大了，對于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )這種低通信速率網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)是不合適的。

以太網(wǎng)是當今現有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。它連接方便，可屏蔽干擾，通信速率可達10/100/1000Mbps以上，而且成本低廉。目前大部分的小區都要寬帶網(wǎng)，因此集中網(wǎng)絡(luò )管理采用比較流行的而且易于實(shí)現的以太網(wǎng)連接具有良好的性?xún)r(jià)比。

在本課題中，家庭網(wǎng)絡(luò )部分采用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )來(lái)監控，無(wú)線(xiàn)采集協(xié)調器再將采集的數據發(fā)送到數據處理模塊，最后經(jīng)過(guò)處理后的數據將通過(guò)以太網(wǎng)傳輸到上位機上。從而組成小區的監控系統，如下圖3所示。

圖3 小區監控系統