【正文】 住戶聯(lián)網(wǎng)使用。但隨著無線技術的發(fā)展成熟，無線技術必將取代基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計 5 優(yōu)先技術，成為最終的發(fā)展趨勢。 模塊化 :采用模塊化的設計可以適應各種場合的需要，保障用戶的利益并允許系統(tǒng)的逐步到位。同時，家庭自動化系統(tǒng)應該能最大程度兼容用戶原有電器設備，保護用戶投資。具體功能目標是 : 1 遠程控制實現(xiàn)人在異地能通過電話網(wǎng)絡對家中的電器設備進行控制的功能。 5 實時時鐘顯示的功能。在以 Zigbee 構成的 WPAN 網(wǎng)絡中能支持高達 254 個用戶節(jié)點，外加一個全功能器件或主器件，可實現(xiàn)雙 向通信。 Zigbee MAC 層的設計則主要考慮到盡可能地降低成本，容易實現(xiàn)，可靠的數(shù)據(jù)傳輸，短距離操作及非常低的功耗。為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性， Zigbee 采用了載波偵聽多址 /沖突避免（ CSMA/CA）的信道接入方式和完全握手協(xié)議。兩個物理層都基于直接序列擴頻 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)技術 ,使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式 ,區(qū)別在于工作頻率、調制技術、擴頻碼片長度和傳輸速Zigbee 無線信道的組成 , 圖 21 所示 。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計 7 中 心 頻 率/ M H z8 6 9 . 39 0 6 + 3 2 ( k 1 )2 4 0 5 + ( k 1 1 )信 道 編 號K = 0K = 1 . 2 . . . 2 6K = 1 1 . 1 2 … 2 6頻 率 數(shù) 量11 01 6信 道 間隔 / M H z_25速 率/ K b ps2 04 02 5 0調 制方 式B O S KH P S KO Q P S K頻 率 上限 / M H z8 6 8 . 29 2 8 . 02 4 8 3 . 5頻 率 下限 / M H z8 6 8 . 09 0 2 . 02 4 0 0 . 0 圖 21 名 稱 內 容傳 輸 距 離 可 達 1 0 7 5 m 依 賴 功 率 輸 出 和 環(huán) 境 特 性 。網(wǎng) 絡 拓 撲 星 型 。非 常 低 的 占 空 比 ， 可 小 于 0 . 1 % ； 具 有 工 作 周 期 短 ， 收 發(fā) 功 耗 低 的 特 點 。應用層包括應用對象終端設備和應用接口層 ,且最多只能包含 31 個應用對象。有自組織、自維護功能 ,以最大程度減少消費者的開支和維護成本。幀校驗 。 最 大 1 2 7 字 節(jié)2 字 節(jié) 1 字 節(jié) 0 2 0 字 節(jié) 可 變 值 2 字 節(jié)幀 控 制 域幀 控 制 域幀 控 制 域幀 控 制 域幀 序 號 域幀 序 號 域幀 序 號 域幀 序 號 域地 址 域地 址 域地 址 域幀 校 驗幀 校 驗數(shù) 據(jù)幀 校 驗幀 校 驗信 標信 標M A C 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 單 元 （ M A C 幀 ）最 大 1 2 7 字 節(jié)物 理 層 服 務 數(shù) 據(jù) 單 元物 理 層 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 單 元同 步 頭 P H Y 頭物 理 層媒 體 接 入控 制 層數(shù) 據(jù) 幀確 認 幀命 令 幀標 志 幀 圖 24 Zigbee 的幀結構圖 Zigbee 的技術特點及其優(yōu)勢及工程應用： （ 1） Zigbee 的技術特點及其優(yōu)勢 1 安全性： Zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用 AES128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。 （ 2）工程應用 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計 9 Zigbee 技術已成功應用于智能家居系統(tǒng)中，比如在某教育社區(qū) DCA3000 系統(tǒng)中，就是采用 Zigbee 技術來實現(xiàn)家庭內部的無線網(wǎng)絡通迅的。 Zigbee 與藍牙技術比較 IEEE 委員會制定了三種不同的 WPAN 標準，區(qū)別在于通信速率、 QoS 能力等。圖 25 Zigbee 不同速率下的傳輸功耗 ?？梢哉f，采用 Zigbee 技術所架構的無線智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡，由于其低成本、低功耗，較遠的覆蓋范圍及它在全球范圍內的通用，將使其成為智能家居系統(tǒng)中的又一亮點，必將給現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)帶來一場新的變革。 (2)設備體積較小 ,不便放置較大的充電電池或者電源模塊。 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計 11 3 基于 Zigbee 技術的智能家居系統(tǒng)構架 基于 ZigBee 技術的拓撲結構 基 于 Zigbee 技術的智能家居系統(tǒng)的拓撲選擇涉及許多設計方案的權衡。通常拓撲結構的選擇要考慮以下幾個問題：首先，我們要考慮最糟情況下和一般情況下的連通性拓撲：應用需要的節(jié)點密度和周圍環(huán)境狀況；其次，評估可選擇的情況。因此，星形拓撲結構完全能滿足要求，并且實現(xiàn)簡單，不涉及路由尋址等功能。它。家庭網(wǎng)關和若干個無線通信 Zigbee傳感器節(jié)點模塊組成星形結構的家庭傳感器網(wǎng)絡。本文智能家居系統(tǒng)的實際情況如下： 傳感器節(jié)點由電池供電，而家庭網(wǎng)關通過電源 供電，所以應該盡量減少傳感器節(jié)點的工作量，以節(jié)約傳感器節(jié)點用電。人們的移動、不間斷地使用電器和外界的干擾源等都可以影響網(wǎng)絡性能。 (4)頻繁地更換電池或者反復地充電無法做到或者很困難。 Zigbee 聯(lián)盟預測的主要應用領域包括 :工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化 和醫(yī)用設備控制等。藍牙的傳輸距離小于 10 米，這在大一點的 家庭住宅中是一個極大的障礙，因而很難構成無線通信網(wǎng)絡，陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 10 而 Zigbee 的最大傳輸范圍在 1075 米，非常適合家庭網(wǎng)絡的建立；其次，在一個藍牙網(wǎng)絡中最多可容納 8 個節(jié)點，而 Zigbee 可容納 255 個節(jié)點，而一般每個家庭網(wǎng)絡中需要 100150 個設備節(jié)點；最后，藍牙模塊的成本較高，這也成為其沒有廣泛應用的原因之一，此外藍牙的功耗與 Zigbee 相比要大很多，而 Zigbee 則成本低廉，而且其功耗極低，如圖 26 所示。 標準即藍牙技術，具有中等速率，適合于從蜂窩電話到 PDA 的通信， 其QoS 機制適合于語音業(yè)務。在家庭網(wǎng)關和每個字節(jié)點上都接有一個采用 Zigbee 技術設計無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊 ,通過這些無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊在網(wǎng)關和子節(jié)點之間進行數(shù)據(jù)的傳送。 MAC 層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息； 3 成本低：模塊的初始成本估計在 6 美元左右，很快就將降到 美元到 美元之間，且 Zigbee 協(xié)議是免專利費的； 4 省電：由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低 、并且采用了休眠模式， Zigbee技術可以確保兩節(jié)五號電池支持長達 6 個月到 2 年左右的使用時間，當然不同的應用功耗是不同的； 5 網(wǎng)絡容量大：一個 Zigbee 網(wǎng)絡可以容納最多 254 個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在最多 100 個 Zigbee 網(wǎng)絡； 6 時延短：針對時延敏感的應用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。廣播信息管理。確認模式的幀傳送與接收 。網(wǎng)絡層主要考慮采用基于 adhoc 技術的網(wǎng)絡協(xié)議 ,陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 8 應包含以下功能 :通用的網(wǎng)絡層功能 ,拓撲結構的搭建和維護 ,命名和關聯(lián)業(yè)務 ,包含了尋址、路 由和安全 。 圖 22 Zigbee 協(xié)議棧 Zigbee 協(xié)議棧 [5]采用分層結構，包括 :物理層 (PHY Layer)、媒體接入控制層 (MAC Layer)、網(wǎng)絡層 (NWK Layer)和應用層，如圖 23 所示。 網(wǎng) 狀 。尋 址 時 延 6 4 b i t 的 I E E E 地 址 ， 1 6 b i t 的 本 地 地 址 。 GHz 波段為全球統(tǒng)一的無需申請的 ISM 頻段 ,有助于 Zigbee 設備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。 Zigbee 聯(lián)盟負責制定網(wǎng)絡層及以上層協(xié)議。 間斷 性數(shù)據(jù)如電燈、家用電器的控制即安防報警數(shù)據(jù)的傳輸 。 定義了兩個物理層標準，分別是 物理層和 868/915MHz 物理層。它主要工作在無須注冊的 ISM 頻段，數(shù)據(jù)速率為20—250kbit/s，最大傳輸范圍在 10～ 75m，典型距離為 30m。 3 安全防盜報警。好的家庭自動化產(chǎn)品應該簡便易用、用戶界面友好，并且不需要使用者花上太多的精力就能掌握。 實用性 :人們購買家庭自動化產(chǎn)品是為了享有更加便利舒適的生活，絕非追逐潮流的概念。 開放性 :目前，在智能住宅、家庭自動化、家電網(wǎng)絡領域尚處于一家一戶自行開發(fā)的局面，而實際上用戶不可能全部使用同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，這將極大阻 礙互聯(lián)互通和長遠發(fā)展。其中信息傳輸通道應采用寬帶光纖用戶接入題。 國家智能家居建設綱要對于智能家居系統(tǒng)的要求 國家智能家居建設綱要對于智能家居系統(tǒng)的要求如下 : 系統(tǒng)的功能要求 住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程功能要求，按不同標準，應分別做到以下功能 : 一星級 1 安全防范子系統(tǒng) (l)出入口管理及周界防越報替 (2)閉路電視監(jiān)控 (3)對講與防盜門控 (4)住戶報警 (5)巡更管理 2 信息管理子系統(tǒng) (1)對安全防范系統(tǒng)實行監(jiān)控 (2)遠程抄收與管理或 Ic 卡 (3)車輛出入與停車管理 (4)供電設備、公共照明、電梯、供水等主要設備監(jiān)控管理 (5)緊急廣播與背景音樂系統(tǒng)