基于ZigBee的智能家居系统研究与实现

基于ZigBee的智能家居系统研究与实现邵羿晗（江苏省南通市如东高级中学，江苏省南通市226400）

基于物联网和人【摘要】随着社会经济的持续发展和居民生活水平的不断提高，家庭室内智能设备被越来越多地应用于人们的日常生活中，

工智能的综合性智能家居系统应运而生。智能家居系统主要由各种家居单元、控制系统和通信网络组成。作为近场通信中的关键技术分类，

可靠性高的优势。本文从智能家居的概况和发展讲起，就Zig原同时有着功耗低、ZigBee通信技术可以有效提高智能家居系统的信息交换效率，

Bee技术及其在智能家居系统中的作用进行了分析。

系统架构【关键词】智能家居；网络协议；ZigBee；

【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2019）TP273.5A1006-422205-0015-02

1智能家居概况及其发展1.1智能家居概况

进入21世纪以来袁信息化社会的发展不断提速袁我们的生活已经被各种信息化科技产品所包围袁人工智能技术和互联网技术极大改变了人类的生活方式遥在新时代的家居生活中袁家居不再只是满足人们休息居住的需求袁更多地则是承担着家庭娱乐尧信息交互尧提高生活质量的功能袁人们试图将家庭中的各种家具连接在一起袁智能地实时控制整个家居系统遥在这样的市场需求下袁智能家居应运而生袁其以智能控制尧网络通信和传感器技术为平台袁在家庭中通过若干传感器收集家庭的环境信息袁例如温度尧湿度尧亮度尧声音等袁并采集用户的指示袁智能调节家庭中各种家居设备袁例如空调尧窗帘尧灯具等遥智能家居完全颠覆了现有的家居生活方式袁家居生活不仅变得更加舒适袁同时被赋予了更多功能袁家庭主人足不出户便可所示访问各种信息袁享受各种服务袁智能家居将家庭变成了一个个对外的接口袁互联网中的所有信息变得触手可及袁如图1所示[1]遥

智能家居的特点主要有以下几点院渊1冤家居自动化管理曰

渊2冤家居物联网化尧信息化曰渊3冤家居信息数字化遥

图1智能家居示意图

智能家居起源于20世纪的美国袁著名的企业家袁微软公司的创始人要要要比尔窑盖茨最早提出了智能家居的概念袁当时很多科技企业都纷纷加入智能家居的研发中遥1980年袁芯片

1.2智能家居的发展

企业霍尼韦尔公司研发了一种全家庭自主智能控制系统袁通过此系统主人可以实时控制家庭中的所有用电器袁并且可以对各种电器的属性和工作模式统一进行配置袁该系统也被认为是史上首款具有真正智能家居意义的智能系统遥几乎同一年代袁美国麻省理工学院研制出一款名为MAVHOME的智能家居系统袁该系统对于家庭中电器的常见设置都有备选袁可供用户选择各种情景模式袁同时功耗很低袁但是连接性和扩展性稍显不足袁只可连接最多8个设备遥经过几十年的发展和变革袁智能家居在全球范围内增长迅速袁据统计袁截止2108年袁美国的智能家居市场规模已接近300亿袁同时有超过十万户家庭享受着智能家居带来的便利[2]遥

智能家居的发展可以概括为以下的四个重要时期院淤20世纪80年代院概念产生期曰于21世纪初院产品定型期曰盂2007-2010年院技术突破期曰榆2011年至今院融合发展期遥智能

来实现显隐性病毒的有效清除袁降低恶性事件发生的可能性遥总而言之袁随着互联网信息技术的快速发展袁各种各样的网络安全因素对人们工作生活所造成的影响越来越大袁网络信息安全也受到了越来越多人的重视遥并且网络信息拥有应用性与综合性相对较强的特征袁其不单单属于一项技术问题袁还属于一项管理问题袁和方方面面的知识都有着十分密切的联系遥所以袁在进行计算机网络信息安全问题预防管理的时候袁应该将各项可能对其造成影响的因素都考虑进去袁并以此为基础对网络完全体系进行健全完善袁这样才可以将其作用更大程度地发挥出来袁给人们的工作生活提供更大的便利袁进而为中华民族伟大复兴中国梦的实现提供更有力的支持和保障遥

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3结束语信息与电脑渊理论版冤袁2019渊03冤院206-207.

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参考文献

收稿日期：2019-4-15作者简介：李长隆袁男袁湖北潜江人袁工程师袁硕士研究生袁研究方向为信息安全遥

16通信设计与应用

家居的前景被很多专家和企业所认同袁目前大多数国内外科技企业都在积极布局这一潜力领域袁例如美的尧海尔尧小米尧安居2宝智等智能遥

能家家居中居系统主要的ZigBee分为感知技术层尧网络层和应用层袁其中感知层是若干的传感器袁包括温度尧湿度尧光照尧位移等传感器袁这些传感器会将大量的信息传输到控制中心袁网络层主要实现信息传递的功能袁其中ZigBee就是一种典型的网络层通信技术遥ZigBee技术是一种使用广泛的近场通信技术袁其主要特点是四低袁即院低能耗尧低成本尧低速率尧低门槛袁同时其也是一种2.1全双ZigBee工通信技术技术袁的特足以满足点

大多数的应用场景[3]遥

多种ZigBee特性遥首技术先袁之ZigBee所以广是泛一应种用于开源智通能信家协居议之中袁没有袁注是册由专于利其袁所以ZigBee在使用ZigBee技术时不用为其支付高额的专利费袁同时式袁所以的大多通信数设备协议较都为可以使用简单袁而且该兼种容协了议早袁使期得的各ZigBee种通信技术模的应用成本低廉遥另外袁ZigBee的能耗极低袁这主要是得益于其自动休眠模式袁当对接两设备间通信信号停止时袁两端的设备自动进入休眠状态袁据测试袁大多数ZigBee设备仅仅通过一ZigBee节5号电池便可工作1年左右的时间遥其次备的延的迟一个不大重要于30ms特征袁袁而当在设备ZigBee未启设备动时已袁其连搜袁接索智短延后袁能迟其家也通居是信设延迟不大于10ms袁此种特性足以满足智能家居实时控制和快速响应的需求遥最后袁ZigBee协议专门为通信添加了三层通信协议保障袁还有防火墙等虚拟设施袁使其安全性相比于其他通信方式更好遥

正是基于以上的特性袁ZigBee技术越来越多地应用在智能2.2家居ZigBee网络的构网络协议建之中遥

结构

会制ZigBee定的802协议属协议于高袁主要级约通束信了网协议路袁是的无线基于上协世议界尧的通讯IEEE协议协尧安全协议和应用需求等方面的标准袁其有效模转式播类速似率袁可以ZigBee达到300Kbps渊千比特率冤[4]遥和计算机通信的的网络协议是分层结构袁自下而上主要由五层结构构成袁其中包括用户层袁ZigBee联盟和IEEE802.15.4协议袁如图2所示遥

3图2ZigBee网络协议层次图

3.1基智ZigBee于ZigBee能家居智的能的智能家居实现形式功能家居网关需求主要架构

有灯光控制尧门窗控制尧远程报警尧温湿度监控和视频监控等组成袁无论是哪一种系统需求袁都需要传感器将信息传递至网关袁然后由网关同意传输到智能控制系统袁最后指挥执行器完成各种任务遥根据智能家居的功能需求袁ZigBee网关与物联网结合袁其主要控制设备有以下几种院手机APP尧平板电脑尧桌面级电脑尧智能控制器尧单一功能开关等袁当智能家居的成员需要工作时袁由控制设备发出信号袁信号由TCP/IP网络传输至互联网渊当用户不在智能家居网络中时袁传输至互联网袁当用户链接至本地智能家居网络

2019年5月时袁数据传输至局域网冤袁然后袁信号需要接入家庭的物联网平台进行Bee处理袁最后物联网和各应用设备之间的通信通过智能网家关实现居网络遥架根据以构袁如上图的3理所示论分析遥

袁可以得出基于ZigBeeZig的鄄3.2此架ZigBee图构中智3袁关能基于键家居网络ZigBee的智能家居网络架构

点是物联网设计

和下层的执行设备尧传感器之间的通信袁也就是ZigBee网关袁主要涉及到局域网络网关服务器搭建和网络远程访问技术等遥如图3所示的通信架构在转换过程中袁ZigBee需要先对所发送数据打包袁形成协议数据包渊此数据包的底层封装依赖于TCP/IP协议冤袁所以物联网在对上层通信时袁只需要将ZigBee协议去除袁就可以直接传递给上层网络[5]遥

此系统的运转依赖于大量的硬件袁其中主要硬件设计需要注意渊1以冤ZigBee下几点协院

议的硬件适配性遥前面提到袁ZigBee设备具有很好的网络兼容性袁此时则需要考虑物联网和上层网络的通信适渊2配冤ZigBee袁使得系统网络软硬协议件和设备相互兼API容袁对接通信可以袁此要有求序主要是进行曰

为了满足传感器的多样性袁通过统一接口和复用接口袁使得用户可以轻松渊3扩冤系统的展传感及器和时更更多新遥设备物联曰

网和互联网的发展迅速袁很多标准和通信协议几乎每年都在发生变化袁不论是网关还是各4种通结信网卡袁其中的通信系统软件都必须及时更新遥

智能束语家居的时代已经到来袁如果将智能家居比作人体袁那么网络通信则是智能家居的神经和血管袁担负着不可或缺的作用遥基于ZigBee技术的智能家居网络袁层次结构分明袁开发难度低袁稳定性强袁同时能够在低成本的情况下满足绝大多数设备的接入需求遥在未来袁ZigBee将继续迭代袁同时不断兼容其他网络协议袁通过网络间的互联互通互融袁构建更加便捷和高效的智能家居网络遥

[1]参考文献

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