【導讀】案以及熟練的技術技。了ZigBee無線通信方式作為本智能家居系統(tǒng)設計的通信方式。

　　

【正文】 另一種是子設備通過與一個先前指定的父設備直接加入網(wǎng)絡。 ZigBee 中，只有 PAN 協(xié)調(diào)點可以建立一個新的 ZigBee 網(wǎng)絡。當 ZigBeePAN 協(xié)調(diào)點希望建立一個新網(wǎng)絡時，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡中的一個空閑信道來建立新的網(wǎng)絡。如果找到了合適的信道， ZigBee 協(xié)調(diào)點會為新網(wǎng)絡選擇一個 PAN 標識符（ PAN 標識符是用來標識整個網(wǎng)絡的，因此所選的 PAN 標識符必須在信道中是唯一的）。一旦選定了 PAN 標識符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡，此后，如果另一個 ZigBee 協(xié)調(diào)點掃描該信道，這個網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)點 就會響應并聲明它的存在。 ZigBee 協(xié)調(diào)點選定了網(wǎng)絡地址后，就開始接受新的節(jié)點加入其網(wǎng)絡。當一個節(jié)點希望加入該網(wǎng)絡時，它首先會通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡，如果找到了一個網(wǎng)絡，它就會進行關聯(lián)過程加入網(wǎng)絡，只有具備路由功能的節(jié)點可以允許別的節(jié)點通過它關聯(lián)網(wǎng)絡。如果網(wǎng)絡中的一個節(jié)點與網(wǎng)絡失去聯(lián)系后想要重新加入網(wǎng)絡，它可以進行孤立通知過程重新加入網(wǎng)絡。 ZigBee 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器程序設計 Zigbee 網(wǎng)絡采用 3 種拓撲結構：星型結構，網(wǎng)狀型結構和樹形結構。從網(wǎng)絡配置上看，網(wǎng)絡中有三種類型的節(jié)點：一是 Zigbee 協(xié)調(diào)器節(jié)點，二是 Zigbee 路由器節(jié)點和最后一個Zigbee 終端設備節(jié)點。銅陵學院畢業(yè)設計 13 N Y N Y 入網(wǎng)請求 圖 51 Zigbee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器軟件流程 Zigbee 協(xié)調(diào)器就是網(wǎng)絡組織的管理者，管理其網(wǎng)絡中的其他節(jié)點。針對一般的應用模式，在一個 Zigbee 網(wǎng)絡形成之后，協(xié)調(diào)器不是必須的。它最主要的作用是，依據(jù)掃描情況，選擇一些合適參數(shù) 建立一個網(wǎng)絡。如圖 51 是 Zigbee 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器軟件設計流程。 節(jié)點上電 初始化 進入 OS 新建網(wǎng)絡 成功？ 確定 PAN ID 、NWK ID 進入無線監(jiān)控狀態(tài) 有無信號？ PC 顯示接收數(shù) 數(shù)據(jù)處理程序 PC 顯示節(jié)點信息 入網(wǎng)成功 節(jié)點入 網(wǎng)程序 修改配置文件 PC 顯示網(wǎng)絡信息 14 Zigbee 網(wǎng)絡路由器程序設計 Zigbee 路由器，其主要是起路由的作用，搜索區(qū)域中可用的網(wǎng)絡，作為潛在的父節(jié)點允許更多的設備加入網(wǎng)絡，傳輸數(shù)據(jù)以及 向 Zigbee 協(xié)調(diào)器請求數(shù)據(jù)等。 通常，是希望路由器一直處于活動狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當使用樹狀網(wǎng)絡拓撲結構的時候，允許路由間隔一定的周期才操作一次，這樣就可以使用電池給其供電 。 路由器也屬于全功能設備。其流程圖如下： ＮＯ YES NO NO NO YES YES YES NO 圖 52路由器程序 ZigBee 終端節(jié)點程序設計 Zigbee 終端設備一般是作為邊緣設備使用，負責與實際的監(jiān)控對象相連，在網(wǎng)絡中扮演從屬的角色，大多數(shù)時間是屬于休眠狀態(tài)。 ZigBee 的終端節(jié)點中的每個節(jié)點按照設計的程 序實現(xiàn)的功能，我們以溫度采集來進行解釋， Zigbee 終端設備采集到空中信息時，接下來對數(shù)據(jù)解讀和判斷，一旦確定命令為溫度采集則立馬調(diào)用相應的溫度采集程序對溫度進行采集和控制，然后將溫度傳感器來收集要處理的信息被發(fā)送到適當?shù)墓芾斫涌诎l(fā)送到的ZigBee 無線管理界面。 開始 系統(tǒng)上電 初始化 JN5121/外設 加入 zigbee網(wǎng)絡 入網(wǎng)成功 監(jiān)聽網(wǎng)絡 /外設 執(zhí)行指令 回應消息 收到信息 協(xié)調(diào)信息 其他節(jié)點信 息 等待回應 轉發(fā)信息 銅陵學院畢業(yè)設計 15 N N N Y 圖 53 ZigBee終端節(jié)點程序流程圖 綁定機制的引入 綁定指的是兩個節(jié)點在應 用層上建立起來的一條邏輯鏈路。在同一個節(jié)點上可以建立多個綁定服務，分別對應不同種類的數(shù)據(jù)包。此外，綁定也允許有多個目標節(jié)點（一對多綁定）。例如將實現(xiàn)調(diào)光功能的各種照明設備和窗簾等進行綁定。系統(tǒng)的輸入量為光強度值，輸出量為燈光亮暗與窗簾打開程度。具體過程為：由用戶通過上位機輸入設定值并發(fā)送給節(jié)點，節(jié)點通過光敏傳感器采樣當前室內(nèi)的光強度，與設定值進行對比，小于設定值則通過可控硅開關調(diào)節(jié)室內(nèi)燈或通過電機驅動打開窗簾來調(diào)節(jié)光線值，直到滿足設定條件為止。 ZigBee2020 版本中規(guī)定，在全部節(jié)點中實現(xiàn)綁定機制，并將 其稱為源綁定。綁定機制允許一個應用服務在不知道目標地址的情況下向對方（應用服務）發(fā)送數(shù)據(jù)包。發(fā)送時使用的目標地址將由應用支持子層（ APS）從綁定表中自動獲得，從而能使消息順利被目標節(jié)點的一個或多個應用服務，乃至分組接收。 智能家居管理界面設計 基于網(wǎng)絡的管理平臺采用 B/S（ Browser/ Server）結構，客戶端只需裝有 Web 瀏覽器即可，服務器端連接客戶端和數(shù)據(jù)服務器，負責處理來自瀏覽器用戶的請求。數(shù)據(jù)庫服務器保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義、維護、訪問、更新及管理，并響應服務器的請求 [5]。開始 終端節(jié)點初始化 調(diào)用對應功能子程序 進入休眠 數(shù)據(jù)打包并發(fā)送 信息采集等待 系統(tǒng)激活 查找協(xié)調(diào)器并聯(lián)網(wǎng) 發(fā)送成功？ 有空中信息到？ 加入網(wǎng)絡成功？ 16 采用 SQL SERVER 2020，利用 技術將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。遠程 WEB 服務器使用微軟的 技術開發(fā)了基于 B/S 架構的數(shù)據(jù)管理服務軟件。整個管理軟件分為前臺頁面和后臺管理兩大模塊，前臺頁面主要實現(xiàn)了用戶可視化管理，方便用戶隨時查看、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。管理界面與 ZigBee 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互過程如圖 54 所示： 圖 54智能管理界面與 zigbee網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互流程 我們知道智能家居主要包括配置界面和控制界面這兩種管理界面，兩個界面結合就實現(xiàn)了調(diào)節(jié)控制作用，通過配置界面可以做到把所需要的各種各樣的設備進行合理的綁定，綁定之后則在通過控制界面進行一定的控制。 開始 設備啟動并初始化 數(shù)據(jù)解析與處理 等待接收數(shù)據(jù) 通過 CH372發(fā)送到管理中心 數(shù)據(jù)解析與處理 發(fā)送到 zigbee終端節(jié)點 收到管理中心命令 收到 zigbee網(wǎng)絡數(shù)據(jù) 結束 銅陵學院畢業(yè)設計 17 第 六 章 總結與展望 . 從智能家居系統(tǒng)設計中可以看到，基于該應用的 ZigBee 系統(tǒng)硬軟件結構，可以根據(jù)其他控制領域的需要，進行多樣的開發(fā)，有很強的延伸性和可移植性。智能家居系統(tǒng)由于是低數(shù)據(jù)率，正是 ZigBee 所側重的應用，和其他無線通信方式相比。 ZigBee 作為一種低速率的短距離無線通信 技術，主要的優(yōu)勢體現(xiàn)在低功耗，低成本，低延時，網(wǎng)絡容量大，而并非像藍牙一樣擁有高速的數(shù)據(jù)傳輸量。在包括智能家居、工業(yè)控制、自動抄表、醫(yī)療監(jiān)護、傳感器網(wǎng)絡應用和電信應用方面有很大的潛力。相信 ZigBee 技術會為我們帶來更靈活，更方便的生活環(huán)境。 隨著人們生活水平的提高，大家對智能家居的需求越來越高，而作為中國房地產(chǎn)的配套產(chǎn)業(yè)，中國的智能家居經(jīng)過多年發(fā)展，已成為一個集控制、計算機、家電等多種新技術為一體的新興產(chǎn)業(yè)。但是，由于市場不規(guī)范、行業(yè)標準不完善，市場發(fā)展并不是很成熟，如今還處于群雄逐鹿的 戰(zhàn)國時代 .具有很 大的市場潛力。 18 參考文獻 [1] 周怡 . ZigBee 無線通信技術及其應用探討［ J］．自動化儀表， 2020 年， 26 卷 6 期。 [2] 王權平 . ZigBee 技術及其應用［ J］ .現(xiàn)代電信科技， 2020 年，第一期： 33－ 37 [3] 高小平 . 中國智能家居的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 [J]， 2020 年， 04 期： [4] 封瑜；葛萬成；基于 zigbee 技術的無線傳感器網(wǎng)絡構建與應用 [J]；電子工程師； 2020年 03 期 [5] 蔣挺，趙成林．紫蜂技術及其應用 [M]．北京：北京郵電大學出版社， 2020． [6]高守瑋，吳燦陽 ． ZigBee 技術實踐教程：基于 CC3430/31 的無線傳感器網(wǎng)絡解決方案 [7] 龔仕偉，陳建飚．智能家居功能分析及展望 [J]．建筑電氣， 2020， 29(8)： 5356． [8] 楊誠，聶章龍． ZigBee 網(wǎng)絡層協(xié)議的分析與設計 [J]．計算機應用與軟件， 2020， 26(12)：219221。 [9] IEEE ， Part ： Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for LowRate Wireless Personal Area Networks (LRWPANs)，October， 2020． [10] Gislason Drew， Gillman Tim． ZigBee wireless sensor works— ZigBee is an emerging wireless protocol designed for lowcost， highreliability sensor works[J]． Software Tools for the Professional Programmer， 2020， 29： 4042．