【文章內(nèi)容簡介】 區(qū)服務和管理系統(tǒng) ,實 現(xiàn)綠色低碳住宅產(chǎn)業(yè) ， 但是像這樣的龍頭企業(yè)卻比較少。在外觀和產(chǎn)品質(zhì)量上，總體與國外還有 較大的 差距，但有些產(chǎn)品，比如家庭智能終端，中國的幾個廠家的產(chǎn)品已經(jīng)做得很好了，不但美觀漂亮，而且功能很多，與國外的品牌比非常有競爭力。智能家居是未來居家生活的前進方向， 受我國經(jīng)濟現(xiàn)狀的限制，智能家居 現(xiàn)在普及比較少，多是 有一定經(jīng)濟能力 的專屬，不過現(xiàn)在已經(jīng)慢慢有廉價的產(chǎn)品出現(xiàn)，進入普通百姓家，比如家庭的情景燈光系統(tǒng)，這個比較實用，價格也不是太高，目前也比較容易讓老百姓接受 。 特別是 近幾年以來，伴隨著房地產(chǎn)業(yè)的火爆，給國內(nèi)智能領(lǐng)域 帶來了發(fā)展的機遇。眾所周知，中國人口眾多，城市住宅建設也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產(chǎn)商會站在整個小區(qū)的角度來看智能化，也就出現(xiàn)了目前一統(tǒng)天下、無所不包的“ 智能小區(qū) ” 的模式。 “ 智能小區(qū) ” 是一個多功能的系統(tǒng)，每個功能子系統(tǒng)都可以單獨使用。諸多功能子系統(tǒng)還要具有協(xié)同配合的能力。這些系統(tǒng)包括：小區(qū)對講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、小區(qū)周界防范系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、停車場系統(tǒng)、自動抄表系統(tǒng)等等。 在房地產(chǎn)和媒體的助推下，與智能小區(qū)緊密相連的智能家居也會逐漸的進入千家萬戶，但是在發(fā)展的同時，也遇到了很多不容忽視的 問題： (1)沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準。沒有標準就造成了百花齊放的局面，不同廠家的產(chǎn)品之間相互之間彼此不兼容，用戶很難有選擇性，換代或者升級很麻煩，成本也很高，用戶在 實際 使用時 存在 很大的困惑。 (2)市場定位太高。大部分的智能家居品牌都是定位在高端客戶，目標就是高檔住宅和別墅，這就造成了市場非常的狹窄， 初期 投入非常的大， 就是大客戶也不會冒然的投資，市場局面無法打開。 智能家居發(fā)展趨勢 智能家居的提出到現(xiàn)在已經(jīng)有 很 多年了。從第一代單一智能家居產(chǎn)品到現(xiàn)在的百花齊放，智能家居發(fā)展已經(jīng)非常的迅速，特 別是距互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的又一革命性的技術(shù) — 物聯(lián)網(wǎng)的提出和全世界對物聯(lián)網(wǎng)的熱情投入， 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也必將推動智能家居的發(fā)展，智能家居 作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應用最廣泛的一環(huán)也必將得到迅猛發(fā)展。 當今的智能家居產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊，相互之間兼容性也很差，規(guī)范不統(tǒng)一。 未來的智能家居將 依照人體工程學原理，融合個性需求，將與家居南昌航空大學 軟件學院東軟班學士學位論文 第一章 緒論 4 生活有關(guān)的各個子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯(lián)動、淋浴器等有機地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡化綜合智能控制和管理，實現(xiàn) “以人為本 ”的全新家居生活體驗 并更加的人性化、實用、易用，真正的提高人們的生 活品質(zhì)，智能家居的發(fā)展 趨勢會朝著以下幾個方面發(fā)展 : (1) 家居內(nèi) 網(wǎng)無線化。以往的智能家居產(chǎn)品之間的信息交換大都是靠有線傳輸，有線傳輸帶來的問題很明顯，布線麻煩，系統(tǒng)升級困難，更重要的是有線控制限制了產(chǎn)品的智能化， 除 干線區(qū)域采用布線控制 外， 家居 內(nèi)網(wǎng)的無線化使得控制更加的方便，安裝和維護也會更加的方便。 (2) 控制系統(tǒng)的高度集成化。隨著社會和經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們的生活水平也相應的得到提高，電子產(chǎn)品越來越多，但是各個產(chǎn)品之間沒有任何的聯(lián)系，幾乎每個產(chǎn)品都有單獨的遙控器， 如果能用一個終端控制、監(jiān)控所有的家電，給生活帶來的 便利不言而喻。 (3) 控制方式多樣化。傳統(tǒng)的智能家居控制方式單一， 隨著網(wǎng)絡和電子終端產(chǎn)品的發(fā)展，控制軟件可以運行在各種智能手機和有網(wǎng)絡接入功能的其他電子產(chǎn)品中。 特別是 智能手機，將成為未來智能家居最重要的移動式智能控制終端，通過手機的智能家居客戶端軟件或 WEB 方式，實現(xiàn)對家庭內(nèi)部的遠程監(jiān)控與控制，對家里遠程開鎖，客人圖像確認，遠程開啟空調(diào)以及暖器設備。 (4) 功能更加智能化。 隨著生活節(jié)奏的加快和生活壓力的增大，人們都希望能有一個溫馨的港灣能夠放松疲憊的身心 .回到家后人們希望能根據(jù)外部環(huán)境來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度等，同時 也希望能夠在開電視的時候自動調(diào) 暗燈光等 。 而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，甚至家中的每一件物品的狀態(tài)都能查詢到，比如冰箱的存儲狀態(tài)，熱水器的水溫。而一旦家中有安全威脅或者家中老人的有突發(fā)情況，系統(tǒng)也會相應的進行報警。 研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 本文根據(jù)國內(nèi)外智能家居的歷程，結(jié)合當前的發(fā)展現(xiàn)狀 的不足之處 ，選擇 ZigBee無線網(wǎng)作為家庭內(nèi)網(wǎng)。并以嵌入式為基礎，結(jié)合網(wǎng)絡，傳感器等 技術(shù) 設計出一套 簡單，易操作，低成本和多方式控制 的 基于 ZigBee的智能家居智能控制系統(tǒng)。 實現(xiàn)對家用電器的現(xiàn)場無線遙控操作和安防信息的監(jiān)控與預警 ，同時使得有網(wǎng)絡接入功能的特定設備可以遠程使用本智能控制系統(tǒng)。 本論文的研究內(nèi)容如下： 南昌航空大學 軟件學院東軟班學士學位論文 第一章 緒論 5 (1) 開發(fā) 不同環(huán)境的遠程控制端的設計與實現(xiàn)，以方便用戶多途徑方便的控制家中電器設備和對家中安防信息進行監(jiān)控。 (2) 開發(fā)集中控制端，驗證遠程控制端用戶的控制權(quán)限，在權(quán)限合法后對遠程指令進行解析后通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給相應的目標設備。 (3) 遠程控制信息的加密處理，防止控制信息被截取后帶來的安全隱患。 (4) 利用 ZigBee技術(shù)來進行家居內(nèi)部組網(wǎng)，以方便節(jié)點的靈活加入和離開，省去布線的麻煩。 (5) 開發(fā)簡潔，美觀，易操作 的用戶界面，方便用戶使用。 本論文的 組織結(jié)構(gòu)安排 如下： 第一章： 介紹智能家居的研究背景和意義，以及智能家居在國內(nèi)外的研究概況、展望智能家居在未來 發(fā)展趨勢，同時對 本文 研究內(nèi)容 、設計、實現(xiàn) 和 文章 組織結(jié)構(gòu)作安排。 第二章： 介紹了無線通信技術(shù)的發(fā)展，并對 ZigBee和其他 幾種無線技術(shù)進行 對比介紹后， 分析 ZigBee在智能家居內(nèi)部組網(wǎng)的適用性，然后對 ZigBee協(xié)議的各層次進行比較詳細的介紹。 第三章： 根據(jù)對智能家居系統(tǒng)進行的需求分析，設計出智能家居系統(tǒng)的方案后，定位系統(tǒng)方案要能達到的目標，對系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的具體功能作詳 細介紹。 第四章： 詳細介紹基于 ZigBee的無線信息采集與傳輸和 Linux下的遠程控制端的設計與 實現(xiàn) ，同時簡單介紹集中控制端 。 第五章：介紹智能家居系統(tǒng)開發(fā)用到的硬件和系統(tǒng)開發(fā)平臺，然后對系統(tǒng)進行的測試結(jié)果進行分析。 第六章：對工作進行總結(jié)， 提出系統(tǒng)設計中還需要完善和改進的地方 ，并對本文的意義和價值作介紹 。 本章小結(jié) 本章首先介紹了 智能家居 的研究背景和意義 ，隨著人們生活節(jié)奏的加快，智能家居會 扮演越來重要的角色。 隨后介紹了 智能家居在國內(nèi)外的研究概況和發(fā)展現(xiàn)狀，智能家居在歐美日韓等發(fā)達國家 起步早，現(xiàn)在也走在技術(shù)的前端，國內(nèi)雖起步晚，但發(fā)展迅猛。最后綜合現(xiàn)狀和環(huán)境，展望了智能家居在未來的發(fā)展趨勢。 南昌航空大學 軟件學院東軟班學士學位論文 第二章 無線通信與 ZigBee技術(shù) 6 第二章 無線通信與 ZigBee 技術(shù) 無線通信概述 隨著 科學技術(shù)的不斷發(fā)展，通信技術(shù)已深入到人類的各個方面 ,為了擺脫各種線纜對個人終端的束縛，人們對能夠隨時隨地提供信息服務的移動計算和無線通信的需求越來越迫切。 無線通信是指利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。近些年在通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應用最廣泛的就是無線通信技術(shù)。 自從馬可尼發(fā)明無線電以來，無線通信技術(shù)一 直向著不斷提高數(shù)據(jù)速率、傳輸距離、安全和穩(wěn)定的方向發(fā)展。 從七十年代開始，人們就開始了無線網(wǎng)的研究，而伴隨著以太局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以具有不用 架 線、靈活性強等優(yōu)點 的無線網(wǎng)以己之長補有線之短，也贏得了特定的市場認可，為了規(guī)范和更好的發(fā)展， IEEE 制訂了 無線局域網(wǎng)標準，主要對網(wǎng)絡的物理層和媒質(zhì)訪問控制層進行規(guī)定，這樣就使得無線網(wǎng)的多點接入和多網(wǎng)段互聯(lián)能更加方便、廉價的實現(xiàn)。 無線通信已深入到人們生活和工作的各個方面，包括日常使用的手機、 無線電話等，當然也有當今很熱門的 3G、 WLAN、 寬 帶衛(wèi)星系統(tǒng)等應用。 2021 年成立的IEEE 工作組將致力于提供一種廉價的固定、便攜或移動設備使用的極低復雜度、低成本、低功耗、低速率的無線連接技術(shù)，而 ZigBee 正是這種無線技術(shù) 的商業(yè)命名。 ZigBee 技術(shù)簡介 ZigBee 技術(shù)概述及特點 ZigBee 是基于 標準的低 功耗 個人區(qū) 域網(wǎng)協(xié)議， 是一種應用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設備之間的無線通信技術(shù)。 ZigBee 名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式， 蜜蜂通過跳 ZigZag 形狀的舞蹈來通知發(fā)現(xiàn)的新食物源 的位置、距離和方向等信息，以此作為新一代無線通訊技術(shù)的名稱。 在標準化方面， 工作組主要負責制定物理層和 MAC 層，高層應用和市場推廣等工作將由 ZigBee 聯(lián)盟負責。 ZigBee 技術(shù) 具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡容量大、兼容性好、安全性高、實現(xiàn)成本低等特點 ，可以工作在 、 868MHz 和 915MHz 這 3 個頻段上，分別南昌航空大學 軟件學院東軟班學士學位論文 第二章 無線通信與 ZigBee技術(shù) 7 具有 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳輸速率，他的技術(shù)特點具體如下： (1) 低功耗 : 由于 ZigBee 的傳輸速率低 ,發(fā)射功率僅為 1mW,而且采用了休眠模式，功耗低 ,因此 ZigBee 設備非常省電。據(jù)估算， ZigBee 設備僅靠兩節(jié) 5 號電池就可以維持長達 6 個月到 2 年左右的使用時間 ,這是其它無線設備望塵莫及的。 (2) 成本低： ZigBee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計很快就能降到 — 美元 , 并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費的。低成本對于 ZigBee 也是一個關(guān)鍵的因素。 (3) 時延短 : 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延 30ms,休眠激活的時延是 15ms, 活動設備信道接入的時延為 15ms。因此 ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制 (如工業(yè)控制場合等 )應用。 (4) 網(wǎng)絡容量大：一個星型結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡最多可以容納 254 個從設備和一個主設備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多 100 個 ZigBee 網(wǎng)絡 , 而且網(wǎng)絡組成靈活。 (5) 可靠 : 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙 ,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。 MAC 層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題 可以進行重發(fā)。 (6) 安全： ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗 (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權(quán)和認證，采用了 AES128 的加密算法 ,各個應用可以靈活確定其安全屬性。 在 ZigBee 無線網(wǎng)絡協(xié)議中 定義了兩種功能設備 ：全功能設備和 精簡功能設備 。全功能設備 FFD (FullFunction Device) 可以支持任何一種拓撲結(jié)構(gòu)，主要作為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器和路由器， 能夠和任何一種設備 通信。 精簡功能設備 RFD(ReducedFunction Device) 只支持星型結(jié)構(gòu) ， 不能成為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器 ，但可以和網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器進行通信，精簡功能設備通常嵌入現(xiàn)場設備中使用。 全功能設備 之間以及 全功能設備 與精簡功能設備之間都可以通信 ， 但精簡功能設備之間不能直接通信 ， 只能與 全功能設備 通信。精簡功能設備可以通過一個 全 功 能設備向外轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) ， 這個與精簡功能設備相關(guān)聯(lián)的 全功能設備 稱為該精簡功能設備的協(xié)調(diào)器。 精簡功能設備主要用于簡單的控制應用 ，如燈的開關(guān)、 被動 式紅外線傳感器等， 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，對傳輸資源 和通信資源占用不多， 這樣精簡功能設備 可以采用非常廉價的實現(xiàn)方案。 由此可知 ZigBee 是一種近距離、低復雜度、低功 耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩? 南昌航空大學 軟件學院東軟班學士學位論文 第二章 無線通信與 ZigBee技術(shù) 8 ZigBee 的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) ZigBee 技術(shù) 可以組合出適合不同需求的網(wǎng)絡，它 有兩種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)：星型的拓撲結(jié)構(gòu)和 對等的拓撲結(jié)構(gòu) ， 如圖 ： [2] 圖 ZigBee 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖 星型拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有一個叫做 PAN 主協(xié)調(diào)器的中央控制器和多個從設備組成，主協(xié)調(diào)器必須為一個 全 功能的設備，從設備既可為 全 功能設備也可為簡化 功能設備，在實際應用中，應根據(jù)具體應用情況，采用不同功能的設備，合理的構(gòu)造 出需要的 通信網(wǎng)絡。 對于 星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成當一個具有 全 功能的設備 第一次被激活后，它就會建立一個自己 的 網(wǎng)絡，將自身成為一個 PAN主協(xié)調(diào)器。所有星型網(wǎng)絡的操作獨立于當前其它星型網(wǎng)絡的操作，這就說明了在星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中只有一個唯一的 PAN 主協(xié)調(diào)器，通過選擇一個 PAN標識符確保網(wǎng)絡的唯一性，目前其它