【《基于ZigBee技术的智能家居系统设计》9100字】

一、绪论随着国外消费的不断增长，网络规模的不断扩大，通信技术的不断发展以及国内外产品的不断使用，人们的日常生活日益增长。大多数人拥有生活和住房的基本必需品。这样一来，传统家电的管理可能已经不能满足现代社会的需求。人们需要一个舒适、舒适、安全的环境。基于对生活至善的追求，智慧家园的构想开始了。我们以家庭为基础，我们使用最先进的技术，并使用集成技术、无线通信技术、自我管理技术、安全专业知识、语音照明/其他技术来统一日常生活所需的设备，创造管理生活，高效安全的管理系统。在改善环境保护的同时，人们的日常生活变得更加方便快捷和舒适。该技术的首次应用是在上个世纪的美国。随着中国居民生活水平的不断提高，越来越多的专家和机构对此进行研究，相关产品层出不穷。当前，智能家居技术分为两种类型：有线布线和无线网络。以前的大多数智能家居都是采用有线布局设计的。例如，X-IO成本低廉，可以根据需要进行组装。CEBUE技术后来出现了。它的性能比以前的技术要高得多，并且实现成本相对较高，因此很难获得普遍认可。同时，以太网技术已在许多工厂中使用，其主要功能是高速，但由于需要通过高速网络传输，因此不适合个人家庭使用。那么，什么技术可以结合上述优势来避免这些劣势呢？无线技术也被视为可测试的技术，因为它也是科学研究的流行方向。无线家庭技术的最大优势是安装灵活性和低安装成本。布局合理的设计在业界引起了广泛关注，您可以随时根据自己的喜好对其进行重新定位。如今，随着无线技术变得越来越完善，人们越来越期望它能够与家庭设计布局集成。因此，无线智能家居技术必将成为未来家居设计的首选。相信无线网络技术的改进促进了将无线技术应用于所有学科的家具的想法。二、ZigBee技术（一）ZigBee技术简介ZigBee在中国通常被翻译为“Zigbee”，是一种类似于蓝牙技术的新型短程无线通信技术。原因是当蜜蜂寻找花粉时，“臂”（之字形）翅膀的“舞蹈”被用来向其他蜜蜂传达位置信息。通过这种方式，蜜蜂在他们的殖民地中建立了一个通信网络。ZigBee技术具有自己的无线标准，该标准将许多传感器组合到网络中以完成网络内的通信。网络中传感器的功耗非常低。ZigBee可以在三个不同的频段中运行：2.4GHZ，915MHZ和868MHZ。2.4GHZ频段的最高数据传输速率为250kbit/s，而915MHZ频段的最高数据传输速率为250kbit/s。速度为40kbit/s，在868MHZ频段的最大数据传输速度为20kbit/s。传输距离在10~80米的范围内。（1）低功耗：由于ZigBee的传输速度仅为1Okbit/s~250kbit/s，因此功耗也相对较低，尤其是在待机状态下，ZigBee设备使用2A干电池节省了很多。是电力。电池支持一个节点超过6~24个月，并且可以在其他无线设备范围之外运行。（2）成本低：由于半导体技术的发展很快将其降低到1.5美元~2.5美元，并且有望进行软件开发。ZigBee协议是专利使用费无需开发，并且有望被开发，开发成本可以大大降低。（3）短延迟：ZigBee通信延迟和休眠激活延迟都非常短。延迟在15毫秒至30毫秒之间。（4）出色的可靠性：ZigBee网络在数据传输过程中采用了冲突避免策略。为了避免传输过程中的数据争用，PHY层使用具有出色的抗干扰保护和强隐藏性的扩频技术。MAC应用层具有错误重传功能，并且当它干扰网络的活动信道时，就会发生网络通信。如果字符异常，系统可以自动切换到其他通道上工作。（二）ZigBee网络拓扑结构Zigbee网络具有三种模式：星形，树形和网格状，并且网络节点可以根据其功能分为终端节点（ep），路由器节点（rp）和协调器节点（cp）。网络的核心负责建立，管理和维护网络。网络中的路由器节点主要完成传出数据的传输。终端节点主要有两种类型：识别节点和执行节点。它主要负责收集信息和执行控制操作。Zigbee网络拓扑如图1所示：图1ZigBee网络拓扑结构1、星状网络星型网络中有两种类型的节点：协调器节点和末端节点，以及协调器节点。网络中只能有一个。激活后，它会创建自己的网络，网络标识符用于确保网络的唯一性。一旦选择了网络标识符，其他节点就可以通过选择的网络标识符加入该网络。在网络通信中，每个终端节点只能与协调器进行通信在通信的情况下，终端节点不能直接与终端节点通信。2、树状网络树形拓扑通信规则允许每个节点仅与其父节点进行通信。如果需要将数据从一个节点发送到另一个节点，则信息将为木栈道向上或向下。3、网状网络每个通信网络选择一条或多条路由来发送数据，然后将数据传递给目的地。这是一个点对点网络。在网络中，只要该节点在另一方的范围内，您就可以直接通信。节点的容错能力相对较强，因为网状网络中的数据传输节点可以具有多个通信路径以到达目标节点。三、智能家居的发展概况及发展现状（一）智能家居的发展概况1984年，联合技术公司开发了计算机系统和集成。该设计非常适合翻新美国康涅狄格州哈特福德的一座旧建筑UnitedTechnologies使用计算机来监视和控制楼宇控制、电梯、电气和其他设备，并提供语音通信等。该服务是迄今为止的第一座智能建筑，它的诞生，也开启了智能家居发展的序幕。这也称为家庭总线系统标准。我国也于1997年初开始发展“富裕家庭的电气设计准则（标准）”。同时，在安全性，家用设备自动化，通信和网络配置方面，针对富裕家庭和社区的建设提出了三个级别的设计标准。第二层是“受欢迎的目标”。第一和第三级是“最低目标”。（二）国外智能家居的发展现状1984年，美国在哈特福德建造了世界上第一所房子，世界经济与智能家居重聚，制定了多种住房计划。经过几年的成长，精品住宅已在美国、德国、新加坡、日本等地使用。20世纪末在新加坡举办的“亚洲家电及消费电子设备国际展览会”上“未来之家”首次出现，其中的智能家居也出现在20世纪末。在美国，估计有40,000个家庭安装了一台机器。随着信息技术产业和物联网的快速增长，智能家居设计的成本也在下降。与此同时，在全球范围内，计算机公司、消费电子公司、电信公司都在专注于打造智能家居，并正在一一进入该领域。比如在硅谷巧妙地利用住房，也是耗资巨大和研发的。三星于2003年在中国和韩国推出智能设备。该公司使用高端盒子和家庭网络、电子产品和娱乐。信息中心的四个板块整合了在线智能的设计，达到了一定的水平。（三）国内智能家居的发展现状家用智能家居产品的研究和开发仅在1990年代后期才开始。与海外发展相比，这是非常缓慢的，总体水平参差不齐。软件和硬件功能差，升级功能差，系统维护困难。它的设计取决于布线的技术，而且线材的成本非常高。智能家电和无线连接技术仍在试验中，许多制造商对其产品的核心技术没有独立的知识产权。估计有数百个品种，3-5个小企业和数千个国有企业。开发和生产智能家居。结果，中国创造了数百个不兼容的标准。到目前为止，智能家居系统产品无法占领国内智能家居市场的10％。在当今相对成熟的技术开发中，促进标准化过程被证明是智能家居系统开发的重中之重。智能家居是物联网应用程序的一大亮点。在国家物联网发展政策的积极指导下，消费电子公司，IT公司和安全公司正在增加对智能家居的投资。我们极大地促进了智能家居产品的开发。四、基于ZigBee智能家居网络研究与设计（一）嵌入式Linux操作系统开发环境1.智能家居网关开发平台系统硬件采用基于ARM9的开源平台，开发团队采用飞凌FL-2440ARMoFL2440板，采用板+背板设计，工作稳定，工作可靠。FL2440开发板与其他开发木材相比，具有高性能、低功耗、体积小、连接重的优势。这是系统使用开发平台的主要原因。系统通道闸机系统采用S3C2440主控制器，通过USB接口连接ZigBee无线控制板，连接家中的ZigBee无线连接器，检测外部无线协议老虎的完全转换。该网络是内部网络。通过这个界面，还可以看到驱动问题在Linux软件上的目的是为了剪辑播放，该段可以复用。开发团队如图2所示：图2开发板2.Linux开发环境搭建(1)营造互动空间在PC上安装Redhat界面，搭建Linux机器平台。并以此为基础，用户可以通过串口查看开发板上的信息，从而创建大型计算机程序，设置一个完整的空间。在Redhat系统菜单下新建~usr/local文件夹，创建3.4工具文件。在该文件夹（或其他文件夹）中输入l.tar.bz2，将cd复制到cross.3.4.l.tar.bz2所在的文件夹，然后执行命令：Tarxjvtcross-3.4.l。使用集合或其他连接到兼容程序~-Linux现在将引导批处理器。您可以使用echoPATH命令查看相应的更改是否是在//usr/local/arm/3.4.1/bin中正在更改的更改。(2)内核的编译(1)将Linux密码包复制到指定文件夹，使用cd命令输入密码，然后解压Linux包。这里使用的Linux内核版本是成熟版本2.6.12。Extra然后，编辑Makefile。进入一对一条目，打开一个子目录，在Makefile子目录输入CROSSCOMPILE，然后复制到CROSSCOMPILE_fiFTJliveport4%J/Rf7F1%1/UJlYl/usr/local/transition。手/3.4.1/bin/arm-gcc。将“ARCH:=”的值转换为上面“ARCH:2~”中提到的处理器，安装时保存退出。内核转换。使用默认界面来配置内核。＃变化开关的形状如图3所示。图3Linux内核配置界面一些改动可以根据开源机器的具体需求进行调整，需要做较大的改动。CPU配置、端口驱动配置、窗口触摸、USB鼠标和键盘以及其他类似功能。(4)使用makedep命令读取准备过程中准备好的修改文件。输入命令makerGames完成内核，然后进入下一节。当你写完后，可以在拱门/手臂/靴子标志中找到它。Roux内核运行图像zImage。同时，可以创建一个内置的内核映像来增强内存，重要的是测试它是否运行良好。(3)创建文件打开文件qteyaffs.tar.bz2以访问qteafls文件夹。您可以编辑所需的文件，并最终使用mkyaffs2imag。用于创建文件的工具。（二）家庭网关硬件平台及总体方案设计通过各种对比，在ZigBee无线耳机的生产中，三星的S3C2440微处理器作为启动处理器，Chipcon的CC2440射频芯片作为无线模块的核心。微处理器S3C2440采用4线SPI方式连接CC2440射频芯片。微控制器使用最好的方法，RF收发器使用从机。1.核心控制模块S3C2440该过程的第一部分使用S3C2440处理器。S3C2440是三星基于ARM的ARM920T处理器，搭载FBGA封装和O.I8um生产的32位微控制器。处理器包括16KB认证和16KB数据缓存、支持TFT的MMU、NAND闪存控制器、3个DART、4个DMA、4个带PWM的定时器、I/O端口、RTC、8通道10位ADC、屏幕显示、IIC-BUS接口、IIS-BUS接口、双USB线、单USB设备、SD接收器和MMC接口、速度超过203MHz的SPIOS3C2440处理器。2.ZigBee无线模块CC2440本机无线模块采用CC2440。该模块是由ChipconAs开发的兼容IEEE802.15.4标准的2.4GHz无线收发器。本节包含许多其他有用的活动。如果他们通过测试，这将是ZigBee销售的一个很好的射频工具。其核心技术基于Chipcon的SmartRF03技术，基于0.18umCMOS系统。一个稳定而强大的系统只需要很少的外部组件。主要功能是稳定和低功耗。部分CC2440信号超过IEEE802.15.4的要求，可以保证临时连接的稳定性和可靠性。为此设计的无线通信设备的数据传输速度高达250kbps，可以快速检测高速网络和多点站点。在这里，您可以看到ZigBee技术和CC2440的良好结合可以确保实现智能家居方法。3.家庭网关总体方案设计集成服务器使用免费的开源Linux服务器。其中包括以下部分：(1)使用引导加载程序和32MB或更大的闪存可以存储Linux。操作系统和相应的文件系统。（2）具有128MB的RAM内存，内存越大，系统程序和数据存储的执行速度就越快。(3)采用多条链路，一种形式可以连接Zi}Beeless无线。某些功能可用作将开发板连接到PC的一种方式。您需要将开发板连接到PC才能使用它。(4)GS8900A模块可用于提供OO//以太网连接速度。遵循TCP/IP数据传输协议。（5）JTAG仿真调试接口模块支持集成环境（如STD，DE和ADS）的开发。调试接口允许您执行模块化软件开发以及整个硬件电路的特定调试。（三）传感器节点设计1.传感器电路本文中使用的传感器是市场上的常见产品。（1）车窗感应器，门感应器开关和磁铁是构成门传感器的两个部分，开关部分包括舌簧开关等部分。磁铁的原理是，相同的磁极相互排斥，而相反的磁极彼此吸引，因此可以控制输出信号的打开和关闭。(2)红外线红外线及红外线信号当过剩进入保护区并采取行动时，监测热释电红外传感器的设备可以检测到它。然后红外辐射发生变化，控制报警器设置报警完成输入法。如果没有新的东西，下面的栏就会被释放，如果有新的事情发生，上面的栏就会被释放。热电红外传感器也被称为无源红外传感器。本文使用的型号为LH-901B。本文中使用的LHP-40D型是红外直光束传感器，也称为有源红外传感器。(3)空气燃烧器本系统使用的传感器为LH88，可检测20米以内的输出。当监狱达到一定程度时，会发出警报声，发出哔哔声并发出警报信号。(4)玻璃破碎传感器本系统中选择的传感器类型为LH-501。闹钟的关键是设置两个声音，一个是频繁的，一个是频繁的。众所周知，当玻璃破裂时，机械振动波会在20Hz以下产生次声，而当破裂时，会产生10至1SkHz的高频，因此破裂的传感器可能会透射。在异常情况下，上述集中式传感器将发送警报信号。2.网关节点设计ZigBee无线网关是一个集中式网络连接，负责监督网络地址的配置、配置、管理和分配。这部分是多任务的，需要中间功能和存储资源。本例中，控制器采用基于ARM9平台的集成Linux机器，主控工具采用三星的S3C2440。图片如图4所示。图4网关结构图3.硬件设计传感器信息金属结构的内容是建立接入点。也就是说，它将各种信号和模拟信号转换为标准标准。这需要更改传感器标识。传感器的类型很多，但我们将根据机器的型号对它们进行不同的描述：开关型、数字彩色和模拟型。电气、机械和反传感器功率很低，需要先开发。报警系统采用开关式，但此信号发出数字信号，因此很容易改变。因此，当你改变时，你只需要改变音量不一样的量。准备一个灯泡。模拟输出信号是以稳定性为基础的，意即电气电子转换和电气转换。有两种类型的电流转换，0到20mA和4到20mA。其中，0到20mA的转换简单，开关上没有开关电源，选择合适的配电即可实现转换。电压之间的转换需要一个转换电路。图5电压转换电路安装完成后，必须通过多种渠道在接入点输入多种类型的供应项目。在这个盒子里，信号被切换到模数切换部分，信号通过这个相位传输。通用访问有许多优点，可以使您的设计更简单、更容易。它的主要优点是输入区域可以连接多种签名，传感器的转换产生组合兴趣。并且使用多种配置可以连接多个信号单元。这些信号通过A/D开关选择，样品架可以提供单一类型的接口。这样的转换可以作为一个多路复用来完成，改变各种签名以减少其结构。避免使用专用转换器来增加设计成本。大多数视频格式使用如图5所示的多通道连接方法。开关信号接收签名校正，然后，您可以将其直接输入微控制器，而无需任何模数转换。需要其他模拟电流和电压调节后，首先通过样品架，然后通过模数转换器将其连接到多路开关。最后，它连接到微控制器。在A/D转换过程中，确保准确性ADC中模拟量的变化将导致错误，并且需要在ADC前面添加一个样品架。五、实际设计应用具体实际设计应用展示如下图6:图6系统具体的成果展示结构框图（一）智能灯光控制智能照明控制主要是指一对一或一对多控制。实际上，它实现了人们走路时打开和关闭灯的效果。即使在太阳很暗的情况下，系统也可以根据来自光传感器的数据来调节光线以使光线变暗。当远程用户通过电话，短信或计算机操作将指令发送到接收设备时，该设备可以清楚地区分出消息源于房间还是亮还是暗。表1智能灯光控制协议如表1所示，用户可以通过Zigbee通过遥控器发送到B板。如果一位数据指示“001”，则001光学接收控制：如果两位数据指示“1”，则系统默认为“on”；如果数据为“0”，则系统默认为“off”会的。如果字节3显示为“1”，则系统默认为“强光”，如果字节为“0”，则系统默认为“弱光”。类似地，字节I位为002。这样，可以通过无线通信对光开关进行远程控制，并可以调节强度。（二）智能电器的控制除了指导控制和无线频率遥控接收/传输功能之外，还有通用的远程控制学习功能（可让您学习各种家用电器的所有命令）和重要的功能（可使每个家用电器学习各种命令的强大功能）。此功能主要实现各种家用电器的联动场景控制和远程开关控制，您可以通过短信或电话提前在家中打开必要的家用电器。如何基于现有的EIB总线标准通过计算机实现对家用电器的控制可以从图7获得大致的了解。客户在远程端发送文本消息或呼叫，通过Zigbee发送和接收数据，系统通过先前配置的代码创建配置文件，计算机读取代码并执行指令，该设备可实现对电力的远程控制。图7利用EIB总线控制家用电器过程那么如何区分每个设备的控制，如何使通用遥控器和远程命令准确地执行命令呢？请参阅下面的表2和图8。远程客户端发送指令后，B板通过Zigbee接收指令，根据协议对它进行分类，并确定它是哪个设备以及要执行的步骤。如果B板上接收的数据为1,1,0,0，则打开冰箱存储功能，如表2所示。表2智能电器控制协议图8各智能电器运行图（三）智能电动窗帘控制取而代之的是，除了调节电动百叶窗外，还可以使用电机（电机）来控制各种仪表，以实现对开闭的智能控制。它控制着各种电动窗帘，各种电动门和卷帘门。电动窗，电动门，电动投影幕，电动投影升降器及其他电气设备。实际上，在客厅，饭厅，主卧室，第二卧室，书房，休闲室等中实现了多个电动窗帘的智能遥控。1.控制结构实现控制系统具有以下功能：控制开关。按“开”或“关”可自动打开和关闭窗帘。然后，当它到达该位置时，它将自动停止，并且当任务完成时，电动机将自动停止运行。或者，用户不必完全打开和关闭窗帘。当按遥控器上的“停止”时，窗帘将自动停止在用户所需的位置。用户还可以设置时间，例如自动关闭窗帘的时间为19:00,在下午0:00、上午7:00，单击窗帘，窗帘将被自动拉起。另外，窗帘在强光下会自动关闭。必须通过通过光敏电阻和运算放大器电路控制电机来实现这种功能。如图4.2所示。当用户在远程端发送数据时，数据将通过Zigcee发送到单片机，该计算机使用先前配置的命令（例如“1”）控制窗帘的打开和关闭。“0”关闭窗帘和窗帘。如图4.4所示，当光电传感器检测到强烈的外部光线时，信号将被发送到信号调节电路，并通过A/D转换器（例如“00”）转换为先前配置的数据。强烈的光线来了，窗帘关闭了。如果为“O1”，则表示光线不足。打开窗帘并用电动机操作。同样，可以使用时钟的尖端来调整时间并接收正确的时间来打开和关闭窗帘。其中，键盘部分为隔离部分。如果Zigbee无线技术出现故障或暂时未使用，它可以与键盘模块一起使用。2.系统功能实现该系统使用单片微处理器来完成各种信号的处理和控制。这包括Zigbee命令信号传输，键盘控制，光强度控制等。然后控制智能窗帘开关。当系统接收到发送的信号时，微控制器直接控制电动机的基本开关，停止和其他命令。对于预设信号，例如预设的打开和关闭时间，光线的强度会打开和关闭窗帘，而微控制器会使用相应的程序来控制电机并打开和关闭窗帘。如图9所示:图9系统功能实现图智能背景环境控制每当一个人独自回家时，它都是黑暗而恐怖的。如果有人在回家之前打开灯，那真是温暖而富有同情心。毕竟，智能和环境控制完全符合这个想法。用户返回家园后，可以拨打电话，发送短信并上网控制家中的灯光。当设置设为“家庭”时，墙壁外和房屋内的灯将自动打开并等待房主返回。走廊灯是居民返回家园后的第一个区域，也是离开家后的最后一个区域。因此，最好将走廊照明设置为语音控制或远程控制。类似地，用户可以在门上安装触摸屏。当用户外出时，触摸“离开家”以自动随机关闭房屋的灯光和电视，房屋的电源和水源将自动关闭。当然，此时间可以延迟1分钟或30秒。等待用户穿上鞋子外出。五、总结作者检查了许多文档后发现，智能家居系统是当前设计研究中的热门话题，其中基于ZigBee技术的智能家居系统的设计占主导地位。由于智能家居是未来住房发展的方向，因此选择了低成本，低功耗，低复杂度的ZigBee方法来形成智能家居网络。家用电器控制，室内环境状况监视和设备控制，远程视频监视，声音监视，家庭视听系统，紧急援助系统等。作为核心组合，网关技术和移动设备远程控制APP设计了一个智能家居系统。该系统实现温度和湿度检测，光检测MTT操作模式，并搜索第一目标。在TAS操作模式下，采样时间间隔为0.05秒，而MTT采样时间间隔为8秒。单个目标TAS的跟踪效果比MTT模式下更好。分析表明，所建立的模型符合空中相控阵雷达的工作原理和性能要求。参考文献：[1]高聚银.基于云平台的智能家居系统设计与实现[D].哈尔滨工业大学,2013.[2]吕刚.基于Zigbee无线网络的智能家居系统设计与研究[D].东北石油大学,2014.[3]徐振福.ZigBee技术在智能家居系统中的应用研究[D].中国科学院大学（工程管理与信息技术学院）,2014