【正文】 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [摘要 ] ZigBee 是一種新興的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù) ,為實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提出了智能家居遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)基于 ZigBee 技術(shù)和GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)彩信和短信發(fā)出監(jiān)控圖像和報(bào)警信息，接收遠(yuǎn)程指令；同時(shí)引入了多種傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的性能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)監(jiān)控裝置的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全、便捷的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控，并具有較高的 可用性和可靠性 ,驗(yàn)證了 ZigBee 技術(shù)應(yīng)用于低速個(gè)域網(wǎng)具有低功耗、可擴(kuò)展性以及較高的實(shí)用性等特點(diǎn)。 [關(guān)鍵詞 ]： 智能家居； 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)； ZigBee； 【 Abstract】 ZigBee is a new kind of short distance wireless munication technology,To realize the realtime monitoring of family security, and put forward the intelligent household remote security monitoring system design scheme. System based on ZigBee technology and GSM/GPRS work design, can through the MMS and SMS send monitoring image and alarm information, receiving remote instruction。 At the same time introduced a variety of sensors, realize the household appliances remote control, realize the intelligent household remote monitoring. Elaborated the system hardware, software design and system performance test, and realize multiple monitor wireless working. The experimental results show that the designed system can realize the safe, convenient intelligent household remote monitoring, and has high availability and reliability. 【 Keywords】 : smart home。 Wireless work。 ZigBee。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 1. 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 緒論 引言 智能家居又稱(chēng)智能住宅，正 朝著具備無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程控制、多媒體控制、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿姆较虬l(fā)展，其關(guān)鍵技術(shù)為兼容性強(qiáng)的家庭控制器和滿(mǎn)足信息傳輸需要的家庭網(wǎng)絡(luò)。目前，傳輸網(wǎng)絡(luò)多采用綜合布線(xiàn)技術(shù)，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)所，而且費(fèi)用較高。采用無(wú)線(xiàn)方式構(gòu)建靈活便捷的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。 目前，應(yīng)用于智能家居的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)主要包括： Ir2DA 紅外線(xiàn)技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和 ZigBee 技術(shù)等。 IrDA 屬于短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的半雙工通信方式，使用不便且失誤率高，不適用于家庭的組網(wǎng)方式；藍(lán)牙技術(shù)則因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)容量有限，成本較高，不適于節(jié)點(diǎn)較多的家居網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用。 本研究通過(guò)采用傳輸范圍適中、安全可靠、網(wǎng)絡(luò)容量較大的 ZigBee 技術(shù)，設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)。 智能家居系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1． 2． 1智能家居系統(tǒng)的國(guó)外研究現(xiàn)狀 自從世界上第一幢智能建筑在美國(guó)出現(xiàn)后，國(guó)外的智能家居已經(jīng)獲得了長(zhǎng) 足的發(fā)展。一些知名企業(yè)如 IBM、 CISCO、 Siemens、 Samsung、 Microsoit、 Sony、 Panasonic 很早就投身到這一領(lǐng)域，最初他們的產(chǎn)品種類(lèi)繁多，各自采用的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。發(fā)展至今，已經(jīng)形成了比較統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這些協(xié) 議 標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際智能家居和家庭網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。國(guó)外目前比較流行的智能家 居品牌有： AMX、 Crestron、 ELAN、 HAI(美國(guó)海益 )【 l】以及已經(jīng)打入中國(guó)市場(chǎng)的 Honeywell(霍尼韋爾 )、 LG。 國(guó)外這些智能家居品牌主要采用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)有： 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1)LonWorks 協(xié)議 LonWorks 協(xié)議是由美國(guó) Echelon 公司與 Motorola 和東芝公司共同倡導(dǎo)的， 于 1990 年正式公布而形成的。它采用了 ISO／ OSI 模型的全部七層通行協(xié)議，采 用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置 ，其 通信速率從 300b／ s至 1． 5Mb／ s 不等，直接通信距離可達(dá) 2700m，支持多種通信介質(zhì)。其最大特點(diǎn)是在總線(xiàn)上掛接具有神經(jīng)元 (Neuron)芯片的控制節(jié)點(diǎn)，而 這些芯片內(nèi)已經(jīng)固化有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、內(nèi)嵌式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和運(yùn)作的時(shí) 間數(shù)據(jù)庫(kù)?？梢哉f(shuō) LonWorks 協(xié)議最大的應(yīng)用領(lǐng)域就是在樓宇自動(dòng)化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)的幾乎所有領(lǐng)域，即能源管理、消防、救生、供暖通風(fēng)、測(cè)量、安保等。 LonWorks 協(xié)議中的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層，即 ISO／ OSI 模型中的第 2層， 已經(jīng)被接納為建筑自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò) (BAC)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)會(huì) (ANSI)制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所采納。 2)CEBus 協(xié)議 CEBus(ConsumerElectroniCS Bus，消費(fèi)電子總線(xiàn) )是美國(guó)于 1984 年 4月開(kāi)始組織開(kāi)發(fā)的一種智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)多年研究，于 1992 年正式推出，并正式命名為 CEBus。 CEBus 采用的傳輸介質(zhì)可以是多種多樣的：電力線(xiàn)、雙絞線(xiàn)等。它在電力線(xiàn)載波模式工作時(shí)最具有優(yōu)勢(shì)。 CEBus 協(xié)議是一種開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)，在通信協(xié)議上遵循 ISO／ OSI 七層協(xié)議框架。 CEBUS 省略了 ISO／ OSI 七層協(xié)議中的傳輸 層 (TransportLayer)、會(huì)話(huà)層 (Session Layer)和表達(dá)層 (PresentationLayer)，僅保留物理層 (PhysicalLayer)、鏈路層 (LinkLayer)、 網(wǎng)絡(luò)層 (NetworkLayer)和應(yīng)用層 (ApplicationLayer)。 CEBUS 協(xié)議具有兩個(gè) 典型特點(diǎn)：一是，在介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層 (MAC)采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的 CSMA／ CDCR (CarriersensingMultipleAccesswithCollisionDetectionandcollisionresolution，即載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)／沖突檢測(cè)協(xié)調(diào)協(xié)議 )，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在需要通過(guò)總線(xiàn)來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先要檢測(cè)總線(xiàn)上是否有數(shù)據(jù)在傳輸，只有確認(rèn)總線(xiàn)上沒(méi)有數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，它才向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，以確保任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)同時(shí)占用總線(xiàn)而產(chǎn)生沖突；二是 CEBus 總線(xiàn)專(zhuān)門(mén)配置了專(zhuān)用的應(yīng)用語(yǔ)言系統(tǒng) CAL(Common Application Language)，利用 CAL 系統(tǒng)可方便地對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的各種家電設(shè)備進(jìn)行 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 邏輯控制關(guān)系的設(shè)定，同時(shí)也可以以文件的模式來(lái)描述一個(gè)家電設(shè)備的功能。 3)XlO 協(xié)議 X． 10 協(xié)議是由美國(guó) RadioshareChain 公司于 1978 年研制成功的，是國(guó)際通用的智能家居電力載波協(xié)議。目前己廣泛應(yīng)用于家庭安全監(jiān)控、家用電器控制 和住宅儀表數(shù)字讀取等方面。它是以 50Hz 或 (60Hz)為載波，再以 120KHz 的脈沖為調(diào)變波，發(fā)展出來(lái)的數(shù)位控制技術(shù)，并采用電力線(xiàn)為連接介質(zhì)對(duì)電子 設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的通信協(xié)議。 X． 10 的兼容產(chǎn)品可以通過(guò)電力線(xiàn)互相通訊，不 需要重新鋪設(shè)控制線(xiàn)路，電力線(xiàn)在提供電流的同時(shí)又可以像網(wǎng)線(xiàn)一樣傳送控制 指令，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的控制。 國(guó)外廠(chǎng)家大多數(shù)都是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)家庭智能化設(shè)備的， 歷史悠久，產(chǎn)品的可靠 性以及性能都經(jīng)歷了驗(yàn)證。國(guó)外的智能家居產(chǎn)品比較注重家庭內(nèi)部功能的實(shí)現(xiàn)， 不足之處在于其價(jià)格比較高和聯(lián)網(wǎng)的能力方面比較差。 1． 2． 2智能家居系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)在智能家居研究領(lǐng)域起步較晚。最初，國(guó)內(nèi)較有實(shí)力的家電廠(chǎng)商涉足 了這一領(lǐng)域，比如，康佳、創(chuàng)維、廈華、美的、春蘭等推出了系統(tǒng)改進(jìn)的信息 家電，為智能家居的實(shí)施提供了功能終端設(shè)備；然后到了 1999 年 3 月 10 日， 微軟的比爾蓋茨的深圳之行又推出了“維納斯 計(jì)劃，使國(guó)內(nèi)的 IT 廠(chǎng)家對(duì)智 能家居有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，他們將研究注 意力主要集中在系統(tǒng)構(gòu)成上，從而 從根本上解決了目前智能家居存在的弊端和問(wèn)題；目前，智能家居在國(guó)內(nèi)的發(fā) 展已全面展開(kāi)，不論是技術(shù)還是市場(chǎng)方面都出現(xiàn)了可喜的局面。 2020 年 12月 4 日，由千家網(wǎng)、千家品牌實(shí)驗(yàn)室共同主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際建筑智能化峰會(huì)上， 揭曉了“ 2020 年中國(guó)智能家居十大品牌 ，其中，中國(guó)國(guó)內(nèi)的品牌有：上海索博、 廣州安居寶、青島海爾、天津瑞朗、深圳波創(chuàng)、深圳普力特、上?；劬印⑸钲? 松本先天下、廈門(mén)振威安全。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 就智能家居解決方案而言，主要的困難就是系統(tǒng)通信，而最核心的問(wèn)題還是通信協(xié)議的選擇。上述 中國(guó)智能家居十大品牌以及其它一些廠(chǎng)商的解決方案 中，除了引進(jìn)國(guó)外主流的一些通信協(xié)議外，還采取以下幾種系統(tǒng)通信方案： 1)荷蘭 PLC． BUS 技術(shù) 上海索博就采用的是 PLC— BUS 技術(shù)。 PLC． BUS技術(shù)是一種高穩(wěn)定性及較 高性?xún)r(jià)比的雙向電力線(xiàn)通信總線(xiàn)技術(shù)，它主要利用已有的電力線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、 家用電器及辦公設(shè)備的智能控制。 PLC． BUS 系統(tǒng)主要由三部分組成，即發(fā)射器、 接收器和系統(tǒng)配套設(shè)備。發(fā)射器主要作用是通過(guò)電力線(xiàn)發(fā)射 PLCBUS 控制信號(hào) 給接收器，通過(guò)對(duì)接收器的控制，從而達(dá)到間接控制燈及電器設(shè)備的目的； 接 收器主要作用是接收來(lái)自電力線(xiàn)的 PLC． BUS 控制信號(hào)，并執(zhí)行相關(guān)控制命令， 從而達(dá)到燈及電器控制的目的；系統(tǒng)配套設(shè)備主要是為了配合發(fā)射器及接收器 設(shè)備，輔助實(shí)現(xiàn)控制目的，例如：三相耦合器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)強(qiáng)度分析儀、 吸波器等。 PLC． BUS 技術(shù)的解決方案包括如下領(lǐng)域的應(yīng)用：燈光控制，電器控制， HVAC 控制以及網(wǎng)絡(luò)與電器設(shè)備間的通信。 2)H． Bus 總線(xiàn)協(xié)議 深圳普利特智能家居系統(tǒng)采用的就是 H． Bus 總線(xiàn)。 H． Bus 分布式總線(xiàn)是一 種適合于中國(guó)家庭自動(dòng)化及小型工業(yè)控制環(huán)境的簡(jiǎn)單、可靠、易用而又低成本 的 新型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)家庭電氣設(shè)備及小型工業(yè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)互連與 控制；方便構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的底層網(wǎng)絡(luò)。它采用雙向數(shù)字通信，無(wú)沖撞通信協(xié)議 設(shè)計(jì)，系統(tǒng)容量大。同時(shí)采用了 UTP5 作為系統(tǒng)總線(xiàn)，布線(xiàn)簡(jiǎn)便。通訊速率為 9． 6KB／ S，總線(xiàn)電壓為 +12V，系統(tǒng)總線(xiàn)傳輸距離大于 1000m。 3)ApBus 總線(xiàn) (網(wǎng)絡(luò) )技術(shù) 深圳匯創(chuàng)智能家居系統(tǒng)采用的就是 ApBus 總線(xiàn)技術(shù)。 ApBus 總線(xiàn) (網(wǎng)絡(luò) ) 技術(shù)是具有專(zhuān)利產(chǎn)權(quán)的總線(xiàn)技術(shù)。 ApBus 采用的是一種電源／信號(hào)混合傳輸?shù)募? 術(shù)，是一種家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)技術(shù)。該總線(xiàn)技術(shù)主要用 于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)， 特別是智能家居網(wǎng)絡(luò)、住宅小區(qū)網(wǎng)絡(luò)方面。該總線(xiàn)系統(tǒng)主要由電源供應(yīng)器、雙 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 絞線(xiàn)和功能模塊三個(gè)基本部分組成。每個(gè)功能模塊都是串聯(lián)在雙絞線(xiàn)上，互相 的連接不分極性。： [41該總線(xiàn)技術(shù)采用 +24V 直流電源，信號(hào)傳輸速率為 10KB／S，以雙絞線(xiàn)作為傳輸媒體。 總的來(lái)說(shuō)， ApBus 是一種新型的智能控制總線(xiàn)，在歐洲標(biāo)準(zhǔn) EIB 總線(xiàn)及 LonWorks 總線(xiàn)技術(shù)上作了創(chuàng)造性的改進(jìn)，其防通信沖撞協(xié)議設(shè)計(jì)很好的解決 了總線(xiàn)上各節(jié)點(diǎn)收發(fā)指令的沖撞問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)的通信效率與穩(wěn)定性。 國(guó)內(nèi)的智能家居廠(chǎng)商的構(gòu)成較為 復(fù)雜，有科研院校，也有以前的家電廠(chǎng)商， 技術(shù)實(shí)力也相差懸殊。他們目前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中主要采用的是有線(xiàn)方案 (總線(xiàn) )， 也有部分系統(tǒng)中包含了無(wú)線(xiàn)接口的應(yīng)用。 從目前的發(fā)展來(lái)看，在智能家居系統(tǒng)中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已 成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)，這不僅僅因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性， 省去了花在綜合布線(xiàn)上的費(fèi)用和精力，而且它更符合于家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)， 同時(shí)隨著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也必將大大促進(jìn)家庭智能化、網(wǎng)絡(luò)化的 進(jìn)程。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要可分為射頻 (RF)技術(shù)、 IrDA 紅外線(xiàn)技術(shù)、 IEEE802． 1la 和 IEEE802． 1lb 協(xié)議技術(shù)、 HomeRF 協(xié)議、 Zigbee 技術(shù)，其各自的技術(shù)特點(diǎn)決 定了其應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)仍有很大的不同。本設(shè)計(jì)采用了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)成智能 居