[秀作品] 四信Zigbee在智能家居中的应用

          四信Zigbee模块F8914在智能家居中的应用

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一、前言

人一生中三分之一以上的时间都在家里度过，信息时代带来了家居办公的形式，在室内环境停留度过的时间占全天的80%，当你置身某个居所时，你就免不了需要和居所里的各种设施互动，比如家电、门、窗、电灯、抽屉、温度、空气等等，好的家居环境对人的健康保障、舒适感受和工作学习效率尤为重要。随着物联网技术不断发展，人们对智能家居也越发看好和重视。

智能家居环境监测系统可实现对家居环境 (包含有害气体含量、空气湿度、室内温度、火灾引起的烟雾等)的实时监测与治理，为人们提供一个平安、健康、舒适的生活环境。系统由前端信息采集端、信息处理中心、远端监控端三部份组成。主要功能有：自动进行数据采集、处理、指标分析，实时的将指标信息显示在液晶屏和远程监控网页上，当温度过高，烟雾浓度、有害气体浓度超标时，进行本地声光报警提示并发送远程报警信息到远程监控主机。二、方案实施

  2.1、系统组成

整个智能家居系统主要由前端信息采集端、信息处理中心、远端监控端三部份组成。

2.1.1、前端监控数据采集设备

整个系统的正常运行需要实时监控多个参数的运行状况，数据采集设备就是用于实现各个监控节点的参数采集，并将采集得到的数据通过串口发送给ZIGBEE传输设备。这些设备主要包括：光线传感器、温湿度传感器，二氧化碳传感器、甲醛传感器、灰尘传感器等。

2.1.2  ZIGBEE传输设备

四信ZIGBEE模块采用高性能的工业级ZigBee芯片，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485（或RS422）接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能；低功耗设计，最低功耗小于1mA；提供3路I/O，可实现数字量输入输出、脉冲输出、模拟量输入、脉冲计数等功能。

ZIGBEE传输设备在整个系统中用于实现传输通道的建立，设备能够实现自组网功能，而组网能力强，最大可支持65000个点。当ZIGBEE设备从采集终端那接收到监控数据后，通过自组建的无线网络传输发送到监控中心，同时，监控中心也可通过ZIGBEE网络对各个监控节点发出控制指令，从而实现数据的双向通信以达到遥测、遥控。可先通过ZIGBEE无线将数据传输到中心节点的F8X14，然后再通过无线网络传输回监控中心。采用后者可以实现与远程监控主机的及时通信，让使用者实时了解家居情况。

2.1.3 中心监控系统

中心监控系统主要由服务器机组和平台软件主组成，当中心监控系统接收到监控数据后，会对数据进行各种分析，并对分析结果进行各种操作，如发出告警信息、向终端监控设备发出控制指令等等。

2.2 组网方式

终端数据通过ZIGBEE无线网传输到中心节点，然后中心节点再通过无线网络传输到中心监控室，中心节点带有无线网络的设备采用F8X14。如下图

当中心节点通过无线网络将数据传送到监控中心时，中心网络有多种网络接入方式：

1）中心采用APN专线， 所有终端都采用内网固定IP，客户中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，在GGSN与移动公司互联路由器之间建立GRE隧道。为客户分配专用的APN，其他的用户不得申请该APN。只有该专网内的SIM卡才能进入该APN，防止其他非法用户的进入。用户可以内部建立RADIUS服务器，以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。

此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下的最佳组网方式。

2）控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

3）控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

三、方案特点

1)低成本

与有线智能家居系统相，ZigBee无线系统完全省去了管线设计、施工、安装、维护所带来的一大堆成本；另外，对于已经装修好的家居来说，可以直接安装智能家居系统，无需进行破坏原有的装修设计进行重新布线、施工。

2）安装简易快捷

基于无线传输的ZigBee智能家居系统提供了一套无需在设备间额外安装控制信号线的解决方案，只需更换传统的墙壁开关就可立即实现对灯光、窗帘等电器的智能控制，任何一个非专业的电工都能安装；还可以以简易的方式对系统进行扩展和修改。

3)操作简易

对于家居的各种电器控制，Zigbee系统的操作非常简单。开启系统后各种家电设备即可自动组网，无需用户的过多干预。系统启动后的操作也很简单，比如一键就可以同时控制灯光、窗帘、音乐等构成的场景。使用者也无需担心系统的设置和记忆问题。
    4)系统稳定可靠

Zigbee协议本身具有保证数据可靠传输、系统安全的机制，所以以Zigbee技术构建的智能家居系统，在稳定性、安全性方面有先。

四、总结

基于ZigBee技术有着良好的适应性，目前在智能家居行业得到了比较多的应用。比如说，目前市场上control4系统，其在如火如荼的物联网技术中也有广泛的应用，个人认为基于智能家居的需求和ZigBee技术具有的特点，决定了ZigBee技术是实现无线智能家居系统的比较好的解决方案.