基于ZigBee技术的智能家居无线传感网络的设计

软件设计开发 Computer CD Software and Applications 2012年第20期

基于ZigBee技术的智能家居无线传感网络的设计

孙越，尚维来，曹越

（南京化工职业技术学院，南京 210048）

摘要：本文设计了一种基于ZigBee技术的智能家居无线传感网络。重点阐述了该系统的拓扑结构及其中各个节点的工作流程。该系统使用ZigBee无线网络取代传统有线家居网，使智能家居系统具有成本低、功耗低、覆盖范围大、组网灵活的特点。特别是ZigBee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；ZIGBEE；无线传感网

文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 20-0210-02 中图分类号：TP212.9

智能家居是利用先进的计算机网络技术，将与家居生FFD功能简单，络中可以作为发起网络的协调器和路由器。活相关的各个子系统如家庭安防、环境监测、家电控制、只可以作为终端节点存在 [4]。

ZigBee提供了三种组网拓扑结构：场景联动和远程抄表等有机地结合在一起，通过集中控制星型、树型和网状。

[1]

本网络采用的是树状拓扑结构，相比星型结构，其覆盖范和管理，实现个性化的家居生活体验。智能家居系统主

围较大，而比较网状网络，树状网络的响应速度与能耗都要包含的子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能

低。 家居控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、

背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系2 各节点程序设计

[2]

统等八大系统。 （1）协调器程序设计

本文使用的ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低本系统中，协调器需要完成如下任务：与路由和终端功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，其可以节点通信、与网关交互信息。其工作流程为： 实现无线连接智能家居各个子系统功能，且实现成本低廉协调器完成初始化后，开始根据要求的参数建网，并[3]。 可确定信道、网络地址、PAN ID等信息。 1 基于ZigBee技术的无线传感网络系统总体组网完成后，协调器进入等待状态，当有路由器或终

端节点请求加入时，对其请求进行响应。同时协调器还需设计

实现网关传递的控制命令，并回传处理结果至网关，过程本文设计的基于ZigBee技术的智能家居无线传感网

如图2所示。 络系统如图1所示：

图1 智能家居无线传感网络系统结构图

终端节点：这里指所有通过接入家庭内部网络的设备，他们是系统控制与采集数据的对象。

路由器：路由器主要用于扩大网络覆盖范围，实现路由协议，并承担一定的控制功能。

协调器：协调器负责组建网络，本系统中协调器除以上功能外还要负责网关的通信。

以上各节点中，路由器和协调器是全功能设备（RFD），终端节点是精简功能设备（FFD）。FFD功能全面，在网

图2 协调器工作流程 图3 路由器工作流程 （2）路由器程序设计

路由器的任务是：转发子节点数据和处理本节点的任务。路由器初始化完成后，选择要加入的网络。加入后，父节点将为其分配网络地址，并回复路由器入网成功信息。其工作过程如图3所示。

（3）终端节点程序设计

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计算机光盘软件与应用

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终端节点任务包括：加入网络，并根据路由器或协调器发来的命令对设备进行操作；还可以设置定时器，定期采集室内温度，并将结果反馈到家庭网关。其工作流程如图4：

（3）低速率：由于无线传感网络主要用于智能家居系统中控制网络部分，其对于网络传输速率的要求并不高，而Zigbee主要针对的就是低传输率的对象，其250K/40K/20Kbps的数据吞吐量也能够满足低传输率对象的要求。

（4）大容量：Zigbee网络结构多样，且每个设备的标识符由一个16位的地址提供，故一个Zigbee网络中可容纳的设备数高达65535个，这足以满足当今大部分情况的需要。

（5）高安全可靠：Zigbee使用的抗干扰措施是直接序列扩频(DSSS)技术，物理层则使用CSMA/CA算法，可以灵活确定安全方面相关属性。

4 结语

使用ZigBee技术组建智能家居无线传感网络，克服了当前无线网络组网价格贵、稳定性差、待机时间短等缺点，为家庭用户提供了一个随时接入、随地接入、自动接入的无线环境。这对推动智能家居产业化将起到积极作用。

参考文献：

[1]孙静新.基于NiosⅡ的智能家居远程监控系统的研究与设计[D].河北工业大学,2010.

[2]孙德远等.浅析智能控制技术在家居中的应用[J].黑龙江科技信息,2011,23.

[3]阚凤龙等.ZigBee无线通信技术在智能家庭中的应 用研究[J].科技广场,2008,8.

图4 终端节点工作流程 [4]高守玮,吴灿阳.ZigBee技术实践教程：基于

3 系统特点 CC3430/31的无线传感器网络解决方案[M].北京:北京航空本系统除具有市场上常见的智能家居无线网络系统的航天大学出版社,2009. 各项功能外，还具有以下特点： [5]郭娜娜.AGV在自动化物流系统中应用的规划研究

（1）低功耗：由于Zigbee最小发射功率仅0.5mW，[D].西安科技大学,2010. 其待机模式下耗能极少。Zigbee的待机时间可以达到0.5~2[6]周朱.多码直接序列扩频技术（MC-DSSS）在无线接年。 入的应用[J].无线电工程,2012,9.

（2）低成本：CC2430控制方便，自身携带的8051即可进行完全控制，成本降低很多。

（上接第109页）

障，由于AD549LHZ 容易损坏，互换二个AD549LHZ 的位置装机运行时，报electrometer negative signal mode erro r ，基本确定

为AD549LHZ 故障。

AD549LHZ 为微电流检测运算放大器，是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器，对温度和静电非常敏感。检测的电流低至 PA级，而电子系统自身和外界环境都是噪声源，在使用放大电路时，这些噪声都会随之被放大，并且会将我们想要得到的电流信号淹没掉，出现偏置电流和输入阻抗问题。

在第一次更换AD549LHZ时，使用的是40W的电烙铁，同时没有采取防静电措施，所以更换后出现例如TY0-20G、PW8-016输入阻抗和PW8-015偏置电流的问题。因此，跟换AD549LHZ前，对工作人员除静电，戴防静电环，用洗

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板水清洁电路板除静电，使用低功率电烙铁，减少电烙铁

和焊点的接触时间。更换二个全新的AD549LHZ后，Electrometer工作正常，run sample的结果正常。

4 结论

（1）问题应为继电器MBK9 控制部导电不良造成SOLENOID VLV 不断开关引起的震劢

（2）继电器MBKA 对应SOLENOID VLV 1 螺线圈 继电器MBKB 对应继电器启劢控制、压缩机及况凝器、化霜风扇

继电器MBKC 对应TRIM HTR 加热丝

继电器MBK9 对应SOLENOID VLV 2 螺线圈 （3）DUCT THERM PCB 温度调节板

参考文献：

[1]徐钟石,刘延祥,孙来成.医疗设备维修的程序和方法[J].吉林医学,2006,03.