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行业技术|zigbee无线传感器-智能家居的触手

   更新日期:2017-03-23     来源:建材之家    作者:博一建材  浏览:84    评论:0    
核心提示:你看,zigbee无线技术就是好,只要拿着一部手机,就搞定了一天的吃喝拉撒睡,智能家居给我带来了很多便利和快捷,真是想不到啊。随着时代的发展,人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上,从而出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制,利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起,进行集中管理,让家居生活更加舒适、安全、
博一建材讯:“你看,zigbee无线技术就是好,只要拿着一部手机,就搞定了一天的吃喝拉撒睡,智能家居给我带来了很多便利和快捷,真是想不到啊”。随着时代的发展,人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上,从而出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制,利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起,进行集中管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网,通过ZigBee无线传感器网络节点的设计,实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。

一、Zigbee无线技术

ZigBee无线技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术,遵循IEEE802.15.4标准。它专注于低速率传输控制,网络容量大,时延短,提供数据完整性检查,加密算法采用AES-128,网络扩充性强,有效覆盖范围为10~75m,具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定,基本上能够覆盖普通的家庭环境,通信频率采用2.4GHz免执照频段。ZigBee是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的,有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议,而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层,以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识,而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。二、zigbee无线传感器网络系统结构设计无线传感器网络系统主要由传感器、无线网关构成。无线传感器网络采用树状结构,网络中有一个网关,负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后,会搜索协调器节点,当能够搜索到协调器时,直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时,这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。加入网络后保持待机状态,当有数据需要发送时,按照组网时的路径来收发数据信息。无线网关通过串口与PC机相连,利用超级终端实现发送命令或者显示数据。三、传感器模块与无线网关模块传感器模块亦即是终端节点模块,由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1.0、P1.1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD,而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器,与P0.0口相连,来负责数据采集。无线网关模块与传感器模块的硬件电路相同,只是在编程实现功能上有所不同。四、无线网络系统软件设计在ZigBee网络中,只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描,如果发现了一个合适的信道,协调器就要为新网络选择一个PANID,然后协调器进入*状态,随时响应其他节点的入网请求。ZigBee网络有两种设备类型:全功能节点(FFD)和半功能节点(RFD)。RFD为终端节点,FFD可以作为协调器或路由。软件设计包括网络协调器程序以及路由器、终端节点程序。它们均包括初始化程序、协议栈配置、组网方式配置程序、各处理层设置程序以及发射程序和接收程序。初始化程序主要是对CC2430、协议栈、UART串口等进行初始化;发射程序将所采集的数据通过CC2430调制并通过DMA直接送至射频输出;接收程序完成数据的接收、远传及返回信息处理。程序主要分为2部分,网络协调器程序以及路由器、终端节点程序。对于网络协调器主程序,首先初始化CC2430,然后初始化协议栈。之后程序建立一个新的网络,确定网络的ID号和频道号。之后程序开始进入监测状态。如果有新的设备请求加入网络,则为其分配网络地址,批准其加入网络。同样,协调器接收终端设备无线发送来的信息,并通过串口发送给上位机,或者从上位机得到命令,发送过终端设备。对于路由器、终端节点程序,首先初始化CC2430,然后初始化协议栈。之后程序开始搜索网络,当附近存在网络时,则申请加入网络。之后程序进入待机休眠状态。如果终端传感器有信息要发送,或者接收到协调器的命令,则唤醒设备,进行无线发送或接受。当事件处理完时,重新进入待机休眠状态。五、系统实现系统的功能主要包括以下几个方面:建立树状网络拓扑结构;查询网络中各节点信息和传感器数据,如电池电量、节点温度信息等;控制节点的开关功能。本系统使用了4个无线网络节点,这样能够组成一个基本的无线网络。并且根据情况做了多种组网测试:1)1个协调器节点,3个终端节点;2)1个协调器节点,1个路由器节点,2个终端节点;3)1个协调器节点,2个路由器节点,1个终端节点。在2)和3)情况下,根据节点与协调器节点之间距离、各节点彼此之间距离的不同,又会产生多种组网方式。例如2)情况下,终端节点离协调器近的话,会直接与协调器连接;而当搜索不到协调器时,就会通过路由器来连接。智能家居系统的终端节点可以包括许多内容,从而实现一些子系统。例如:照明系统,调温系统,报警系统,家电控制系统等。在我们设计的无线网络系统中,实现了远程控制灯开关照明;利用DHT11温湿度传感器实现终端节点的温湿度监测,其信息能够在PC机上很好的显示出来。六、结束语针对我国智能家居快速发展的背景,南京物联传感对基于ZigBee技术的智能家居组网进行了软硬件设计。ZigBee无线传感器网络系统以CC2430无线射频芯片为核心,节省了成本,并且终端节点小巧,放置灵活,功耗极低,提高了监控能力,再加上采用树状网络结构使得通信更加可靠,易于控制,非常方便实用,并且成本低廉。因此,ZigBee无线技术在智能家居方面将会有广阔的应用前景。

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