基于Zigbee的智能家居系统的研究与实现

摘要

智能家居融合自动控制、计算机网络、通信技术于一体，将家庭中各种设备通过家庭网络连接到一起，向人们提供智能、舒适的居住环境。传统的智能家居系统解决方案大都采用有线技术，存在需要布线、安装费用高等缺点。近年来短距离无线通信技术得到了迅猛发展，与有线技术相比拥有诸多优势如灵活性、低成本等。因此，将短距离无线通信技术应用于智能家居系统成为未来的发展趋势。
　　 ZigBee是一新兴短距离无线通信技术，主要用在监测和控制领域，其自身的技术优势，例如低复杂度、低功耗等，正好满足智能家居系统对家庭网络通信技术的要求。目前，市场上支持Zigbee技术的芯片，例如TI公司的CC2430、飞思卡尔公司的MC13XX系列等，价格非常便宜，有望使智能家居系统的成本大大降低。
　　 本文首先在深入分析Zigbee协议原理的基础上，结合一般智能家居系统的需求分析，给出了一种基于Zigbee的智能家居系统的整体设计方案；然后，以成都无线龙通讯公司的C51RF-3-PK开发系统为硬件平台搭建了控制中心(Zigbee网络协调器)、路由节点、终端节点三类节点的硬件模型，以TI公司的ZStack协议栈为软件基础，设计了控制中心、路由节点、终端节点三类节点的软件系统；接着，利用这三类节点对基于Zigbee的家庭网络子系统进行了模拟，并利用Zigbee协议分析仪对家庭网络子系统进行数据抓包分析，验证了设计的正确性；最后，采用Visual Basic6.0设计了智能家居系统的监控子系统。监控子系统可以对家庭网络子系统进行实时监控，当发现家庭网络子系统的报告数据不在安全区间内时，监控子系统通过发送报警邮件等方式向用户报警；用户通过监控子系统的远程监控程序同本地监控程序建立TCP连接进而远程控制家庭网络子系统。此外，监控子系统还将家庭网络子系统的报告数据存放到后台数据库中，便于查询和分析。
　　 本文设计的基于Zigbee的智能家居系统不仅具备传统智能家居系统具有的功能，而且克服了传统智能家居系统需要布线等缺点，其监控子系统还具有自动发送报警邮件等实用功能，具有一定的先进性和实用价值。