“你看，zigbee無線技術(shù)就是好，只要拿著一部手機(jī)，就搞定了一天的吃喝拉撒睡，智能家居給我?guī)砹撕芏啾憷涂旖荩媸窍氩坏桨?rdquo;。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們將更多的注意力放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上，從而出現(xiàn)了智能家居的概念。智能家居控制系統(tǒng)使人們可以對(duì)家居內(nèi)的任意電器進(jìn)行數(shù)字化控制，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，進(jìn)行集中管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。本文以ZigBee技術(shù)對(duì)智能家居內(nèi)部進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)各種傳感器信息的采集、傳輸和控制功能。

　一、Zigbee無線技術(shù)
　　
ZigBee無線技術(shù)是一種強(qiáng)調(diào)極低耗電、極低成本的短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遵循IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。它專注于低速率傳輸控制，網(wǎng)絡(luò)容量大，時(shí)延短，提供數(shù)據(jù)完整性檢查，加密算法采用AES-128，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充性強(qiáng)，有效覆蓋范圍為10～75m，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭環(huán)境，通信頻率采用2.4GHz免執(zhí)照頻段。

ZigBee是一組基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4僅定義了MAC層和物理層協(xié)議，而ZigBee聯(lián)盟則對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其他節(jié)點(diǎn)獲得。

　二、zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由傳感器、無線網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用樹狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的處理、轉(zhuǎn)發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)的管理。終端節(jié)點(diǎn)（傳感器節(jié)點(diǎn)）上電復(fù)位后，會(huì)搜索協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，當(dāng)能夠搜索到協(xié)調(diào)器時(shí)，直接申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)搜索不到協(xié)調(diào)器時(shí)，這時(shí)就會(huì)通過路由器節(jié)點(diǎn)找到協(xié)調(diào)器來加入網(wǎng)絡(luò)。

加入網(wǎng)絡(luò)后保持待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，按照組網(wǎng)時(shí)的路徑來收發(fā)數(shù)據(jù)信息。無線網(wǎng)關(guān)通過串口與PC機(jī)相連，利用超級(jí)終端實(shí)現(xiàn)發(fā)送命令或者顯示數(shù)據(jù)。

　三、傳感器模塊與無線網(wǎng)關(guān)模塊
　　
傳感器模塊亦即是終端節(jié)點(diǎn)模塊，由傳感器、處理器CC2430、天線、LED指示燈、時(shí)鐘等部分組成。LED指示燈由P1.0、P1.1口控制。傳感器模塊就是在協(xié)調(diào)器模塊的基礎(chǔ)上去掉了LCD，而加入了傳感器。傳感器選用了DHT11溫濕度傳感器，與P0.0口相連，來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集。無線網(wǎng)關(guān)模塊與傳感器模塊的硬件電路相同，只是在編程實(shí)現(xiàn)功能上有所不同。

四、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　
在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，只有那些可以成為ZigBee協(xié)調(diào)器的設(shè)備才能建立新網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器首先執(zhí)行信道掃描，如果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)合適的信道，協(xié)調(diào)器就要為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PANID，然后協(xié)調(diào)器進(jìn)入*狀態(tài)，隨時(shí)響應(yīng)其他節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)有兩種設(shè)備類型：全功能節(jié)點(diǎn)（FFD）和半功能節(jié)點(diǎn)（RFD）。RFD為終端節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)FD可以作為協(xié)調(diào)器或路由。軟件設(shè)計(jì)包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器程序以及路由器、終端節(jié)點(diǎn)程序。它們均包括初始化程序、協(xié)議棧配置、組網(wǎng)方式配置程序、各處理層設(shè)置程序以及發(fā)射程序和接收程序。初始化程序主要是對(duì)CC2430、協(xié)議棧、UART串口等進(jìn)行初始化；發(fā)射程序?qū)⑺杉臄?shù)據(jù)通過CC2430調(diào)制并通過DMA直接送至射頻輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收、遠(yuǎn)傳及返回信息處理。

程序主要分為2部分，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器程序以及路由器、終端節(jié)點(diǎn)程序。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器主程序，首先初始化CC2430，然后初始化協(xié)議棧。之后程序建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，確定網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)和頻道號(hào)。之后程序開始進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。如果有新的設(shè)備請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)，則為其分配網(wǎng)絡(luò)地址，批準(zhǔn)其加入網(wǎng)絡(luò)。同樣，協(xié)調(diào)器接收終端設(shè)備無線發(fā)送來的信息，并通過串口發(fā)送給上位機(jī)，或者從上位機(jī)得到命令，發(fā)送過終端設(shè)備。

對(duì)于路由器、終端節(jié)點(diǎn)程序，首先初始化CC2430，然后初始化協(xié)議棧。之后程序開始搜索網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)附近存在網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)。之后程序進(jìn)入待機(jī)休眠狀態(tài)。如果終端傳感器有信息要發(fā)送，或者接收到協(xié)調(diào)器的命令，則喚醒設(shè)備，進(jìn)行無線發(fā)送或接受。當(dāng)事件處理完時(shí)，重新進(jìn)入待機(jī)休眠狀態(tài)。

五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
　　
系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個(gè)方面：建立樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；查詢網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)信息和傳感器數(shù)據(jù)，如電池電量、節(jié)點(diǎn)溫度信息等；控制節(jié)點(diǎn)的開關(guān)功能。本系統(tǒng)使用了4個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這樣能夠組成一個(gè)基本的無線網(wǎng)絡(luò)。并且根據(jù)情況做了多種組網(wǎng)測(cè)試：

1）1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，3個(gè)終端節(jié)點(diǎn)；

2）1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，1個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)，2個(gè)終端節(jié)點(diǎn)；

3）1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，2個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)，1個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。

在2）和3）情況下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間距離、各節(jié)點(diǎn)彼此之間距離的不同，又會(huì)產(chǎn)生多種組網(wǎng)方式。例如2）情況下，終端節(jié)點(diǎn)離協(xié)調(diào)器近的話，會(huì)直接與協(xié)調(diào)器連接；而當(dāng)搜索不到協(xié)調(diào)器時(shí)，就會(huì)通過路由器來連接。

智能家居系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)可以包括許多內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)一些子系統(tǒng)。例如：照明系統(tǒng)，調(diào)溫系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)，家電控制系統(tǒng)等。在我們?cè)O(shè)計(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制燈開關(guān)照明；利用DHT11溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的溫濕度監(jiān)測(cè)，其信息能夠在PC機(jī)上很好的顯示出來。

　六、結(jié)束語
　　
針對(duì)我國(guó)智能家居快速發(fā)展的背景，南京物聯(lián)傳感對(duì)基于ZigBee技術(shù)的智能家居組網(wǎng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以CC2430無線射頻芯片為核心，節(jié)省了成本，并且終端節(jié)點(diǎn)小巧，放置靈活，功耗極低，提高了監(jiān)控能力，再加上采用樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得通信更加可靠，易于控制，非常方便實(shí)用，并且成本低廉。因此，ZigBee無線技術(shù)在智能家居方面將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。