ZIGBEE应用方案与典型应用

1、ZigBee技术及其在楼宇自动化系统中热随着计算机技术、控制技术和通信技术的发展，楼宇自动化工业在过去的十年中获得了巨大的发展，遵循BACnet、LonTalk 和EIB（EuropeanInstallation Bus，欧洲设备安装总线协议）这些标准化通信协议的楼控产品在行业中占据着主导地位。使用这些通信协议的楼宇自动化网络所采用的通信传输介质（比如双绞线、同轴电缆和光缆）通常都是有线的，无线通信技术有没有可能在楼宇自动化领域占有一席之地并得到广泛应用呢? 和采用有线网络的通信技术的楼控产品相比较，无线解决方案最吸引人的地方是安装布置的灵活性、低廉的安装费用和对楼宇自动化系统进行重新布置时可

2、移动性。尽管无线通信技术和有线相比较有明显的优势，而且蜂窝无线移动通信技术、无线局域网技术和蓝牙技术已经在市场上获得了巨大的成功，但无线通信技术在楼宇自动化领域应用相对还是很少。这主要是因为目前没有一项无线通信技术适合在楼宇自动化领域进行广泛的推广，而且现有的一些针对楼控领域无线通信产品的价格偏高，导致无线通信技术在楼控领域的应用停滞不前。 随着近年来人类在微电子机械系统（MEMS）、无线通信、数字电子方面取得的巨大成就，使得发展低成本、低功耗、小体积、短通信距离的多功能传感器成为可能。近期所涌现出来的一项新的无线通信技术 ZigBee 技术将改变这种状况。ZigBee 技术产品以其低成本、低

3、功耗、低传输速率、优秀的组网能力，被广泛认为将在未来的几年中对楼宇自动化工业产生重大的影响。1 无线通信技术在楼宇自动化系统应用的优越性 无线通信技术是利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。在楼宇自动化系统中采用无线通信技术是对系统有线组网方式的一种补充、扩展甚至是替代。无线通信技术使得楼宇自动化设备具有可移动性，它能快速方便地解决使用有线方式所不易实现的网络联通问题。与有线传输方式相比较，在楼宇自动化系统中采用无线通信技术具有低廉的安装费用、灵活性和可移动性等优点，以下是对其的详细阐述：（1 ）通常在智能建筑的网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响往往是综合布线系统，采用无线通

4、信技术最大的优势就是可以免去楼宇自动化系统中网络布线的大部分工作量。（2 ）在采用有线传输方式的楼宇自动化网络中，网络设备的安放位置通常受网络信息点位置的限制。但是一旦无线网络建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。（3 ）由于有线网络缺少灵活性，这就要求楼宇自动化系统的网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这往往需要预设大量利用率较低的信息点；而一旦网络的发展超出了设计规划，则需要对网络的布局进行重新的考虑，而无线网络可以避免或减少以上情况的发生。（4 ）假如对楼宇自动化系统重新进行改造，对于有线网络，消除原有的旧系统和对新系统进行新的布置将带来庞大的工程费用，而无线网络

5、则相反将会带来巨大收益。2 无线通信技术目前在楼宇自动化系统应用所面临的问题 尽管在楼宇自动化系统中采用无线通信技术具有有线无可比拟的优势，但目前采用有线传输介质的楼控产品仍然占据着绝对的主导地位，人们在进行楼宇自动化系统设计时，很少会考虑到采用无线通信技术。这主要是因为目前针对楼宇自动化系统的无线产品尚面临着成本、可靠性、适用性和协议的标准化等一系列问题。 另外楼宇自动化系统属于控制网络的一种，控制网络肩负的特殊任务和工作环境，使它具有许多不同于普通计算机网络的特点。控制网络以具有通信能力的传感器、执行器、控制器作为网络节点，并将其连接成开放式、数字化、实现多节点通信，完成监测控制任务的网络

6、系统。以下是控制网络所需要具备的主要特点： 数据传输量相对较小； 传输数率相对较低，多为短帧传送； 通信传输的实时性强； 抗干扰能力强，可靠性高。 在选择合适的应用于楼宇自动化系统的无线通信技术时，必须对以上的内容进行综合考虑。目前无线通信技术在楼宇自动化领域的应用探讨比较多的主要有无线局域网技术、蓝牙技术和ZigBee技术。无线局域网技术（WLANWirelessLocal area network）是一种借助无线通信技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段，可提供传统有线局域网的所有功能，它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。蓝牙技术是一种短距离无线连接的无线技术，目的是取代现有的P

7、C、打印机、传真机和移动电话等设备上的有线接口。无线局域网技术和蓝牙技术都不能够完全具备适合在楼宇自动化系统应用的特点。 ZigBee技术是建立在IEEE（Institute of Electricaland Electronics Engineers，美国电气电子工程师学会）802.15.4 基础上的无线通信协议，它是一个短距离、低功耗协议，特别适合设计应用在小型的建筑物自动化设备中，比如温度自动调节装置、灯光控制设备、环境传感器等。ZigBee技术能够在低功耗下提供短距离、低速的数据传输，使用普通干电池的ZigBee 无线传感器能够持续运行23 年的时间。另外ZigBee 技术优秀的组网能

8、力使得它和其他无线通信技术在楼宇自动化系统中的应用相比尤其具有无可比拟的优势。3 ZigBee 技术分析 ZigBee 技术是由一个企业之间的团体ZigBee联盟（ZigBee Alliance）负责制定和推广。ZigBee 联盟由霍尼韦尔（Honeywell）、英维思（Invensys）、三菱电气（Mitsubishi Electric）、三星（Samsung）、摩托罗拉、飞利浦（Philips）和Ember七家国际著名公司作为发起方，截至到2004 年11月该联盟所参加的企业成员已经超过100 家，均为在行业中有重大影响的企业。 ZigBee 技术建立在IEEE802.15.4 标准技术之

9、上，IEEE802.15.4 是一个支持低功耗、低数据传输率的无线网络标准，主要是设计用来进行远程监测与控制的应用。在2003 年的5 月，IEEE802.15.4 标准得到了正式批准。IEEE802.15.4 是一个简单的但功能却十分强大的数据包协议，它通过确认、错误检测、区分优先次序的通信、D S S S（Direct Sequence Spread Spectrum直接序列扩频技术，它具有改变频率消除干扰的能力）和用户选择安全等级等技术来提供无线通信的高可靠性。IEEE802.15.4 标准同样只规定了开放式系统互联参考模型中的物理层和介质访问子层，其中物理层定义了三个许可的频率波段，它

10、们分别是2.4GHz（最高传输速率250kbps）、915MHz（最高传输速率40kbps）和868MHz（最高传输速率20kbps）。 ZigBee 技术在IEEE802.15.4 所定义的基础上又增加了网络层、安全层和应用轮廓层（Application Profiles）。ZigBee支持星型、网状和树簇状的网络拓扑结构。在每一个ZigBee 网络中最多可以拥有65535 个节点，每个节点的地址由ZigBee的网络协调节点（Network Coordinator）负责分配。另外每个节点的传输范围在30100m 之间，而且传输的距离还可以通过使用功率放大器和多跳网状网络结构得到延伸。 Zig

11、Bee 技术在楼宇自动化领域有广阔的发展和应用前景，首先ZigBee 技术是一项低成本、低功耗的无线解决方案，采用ZigBee 技术的无线传感器使用普通的干电池即可工作2 3 年的时间，而ZigBee 芯片的价格将在12 年时间内降低到2美元左右；其次ZigBee技术支持网状网络结构，这使得ZigBee 网络具有自组织、自修复的能力，提高了网络的可靠性；第三，ZigBee 网络支持数量众多的节点，这点对于大型的楼宇自动化系统中需要大量的传感器和控制器的场合是非常重要的。4 ZigBee 技术在楼宇自动化领域的应用前景 根据美国著名的市场研究机构ABI Research1预测：内建ZigBee

12、无线装置的产品将从2005 年的100 万台发展到2006 年的8000 万台ZigBee 巨大的发展空间在于其技术上明显的优势以及市场定位的明确。目前国际上楼宇自控方面专家基本上形成了共识，无线通信技术在楼宇自动化的应用将不可阻挡 2 。无线网络将不仅仅是对有线网络有益的补充、扩充，而可能是替代作用。 在使用ZigBee 技术的楼宇自动化系统中，无线网络的框架是网状结构， 使用一定数量的ZigBee路由器节点即可覆盖整个的建筑内部区域，而且节点数越多，系统将越可靠。另外由于网状网络结构具有自配置的功能，增加新的节点时或重新对节点进行布置时将十分方便。而无线网络的边缘是星型结构，大量内建Zig

13、Bee 无线装置的传感器或者执行器被接入网络，这些传感器使用普通的干电池就可以工作2 3 年时间。尽管ZigBee技术有无可比拟的优势，但其在楼宇自动化的应用还面临着和BACnet、LonTalk 以及EIB 这些主要采用有线网络的国际化标准化通信协议相融合的问题，目前采用这些通信协议的楼控产品已经十分成熟，而且在楼控领域占据着主导地位。ZigBee 技术的融入比较简单的做法是在ZigBee网络和这些异种网络之间建立相关网关作为它们之间的桥梁，那么ZigBee 将是这些有线网络的有益补充，届时整个楼宇自动化系统将出现无线网络和有线网络共存的局面，从而获得较高的经济效益。更为完善的做法是在Zig

14、Bee 技术的基础上建立与BACnet、LonTalk通信协议相类似的适用于楼宇自动化领域的整套无线通信协议，这种情况下ZigBee 将能够和这些通信协议相并驾齐驱，并有可能最终替代这些主要采用有线网络的通信协议。5 结论 随着我国经济的迅速发展，智能建筑的数量将会越来越多，选择适合中国国情的楼宇自动化技术及产品是人们迫切需要关注的一个问题，但目前我国智能建筑中所使用的楼控系统及产品大多被国外的大公司所垄断，ZigBee 技术的出现将给我国开发自主的具有世界先进水平的楼宇自动化系统及产品提供一个崭新的契机。参考文献1 ABI Research.ZigBee and 802.15.4 Wirel

15、ess Network MarketsEB/OLhttp:/www.abiresearch. com/reports/ZIG.html，20042 Jeff Wills.Will HVAC Control go wirelessJASHRAE Journal，2004，（7）：46523 飞思卡尔中国有限公司飞思卡尔的802.15.4 ZigBee 轻松实现无线连接J半导体技术，2004 （7）：80814 原羿，苏鸿根基于ZigBee 技术的无线网络应用研究J计算机应用与软件，2004（6）：89915 董春桥BACnet 原理与应用M北京：电子工业出版社，20036 郭维钧我国智能建筑的最

16、新发展J传感器世界2004（7）：6137 ZigBee控制家庭网络热 电灯开关的启发 有人要求发明者发明下一项重大技术，但我们实际上需要的是更好的电灯开关。想想普通的电灯开关是如何工作的: 电灯本身可能装在天花板中央，但如果用户想站在门口就能开灯，还得把线拉到门口。 这都是上个世纪的事！如今，有了无线技术，用户就可以使用用双面胶就能贴在墙上的开关。这样一来，如果用户想把开关位置放低，以便坐在轮椅上的客人能够得着，那么只要把它撕下来，往下移，再贴回到墙上即可。 几十年来，建筑物就有了有线控制网络; 自马可尼时代以来，电气工程师们就一直试图把有线网络变成无线网络。不过

17、，直到1998年，现已解散的行业组织HomeRF工作组才开始设计可以使用可粘贴电灯开关这些装置的一种系统。五六种现有的无线标准由于诸多原因并不胜任这项工作，于是研究人员开始设计新的标准。 2000年，IEEE针对无线个人区域网（WPAN）启动了自己的项目: IEEE 802.15.4。随之获得的标准就是ZigBee 1.0，它于2003年发布，今年初得到了更新。这个名字通常会让人想到蜜蜂引导同伴飞向鲜花的之字形舞这形象地描述了网络上的设备寻找及联系对方的方式。符合标准的产品预计会在一年内进入商店。 与IEEE 802.11知名度更高的Wi-Fi标准一样，ZigBee也是一项局域网技术，它可以为

18、家庭提供无线网络服务。不过在其他方面，两项标准各不相同。Wi-Fi耗用大量功率来提供大量的高速数据流，而ZigBee几乎不耗用什么功率; Wi-Fi使用一个中央路由器来提供覆盖服务，而ZigBee利用一起加入网络的诸多小节点共同提供覆盖服务。 这完全与两者预期的应用不同有关。ZigBee用来连接的是电灯开关，不是多媒体娱乐中心，所以虽然数据速率只有Wi-Fi的五分之一，照样应付得过去。而且在ZigBee中，一些节点会放在地板下方及其他难以触及的地方，所以即使它们耗用的功率极小，也需要配备电池。一个ZigBee控制点使用两节AA碱电池就可以用上好几年。 应用的拓展 ZigBee的发展前景绝不仅仅

19、局限于电灯开关。能够改造家居的传感器技术问世已有数年。直到现在，业界缺少的只是一种可以使用这些技术经济可行的方式。 譬如说，用户家窗户和门上安置的传感器能够以无线方式每分钟向中央安全控制器报告几次“一切正常”的情况直到几年前，只有像博物馆这些地方才可能享有这种安全级别。每间房子里的传感器能够监控有没有人、温度、湿度和光线亮度，然后把数据发送到暖通空调控制器。控制器先查明某个房间里面有没有人; 只有查明有人后，才决定拉上还是放下遮光窗帘、打开还是关上调节气门，或者全速还是减速启动暖通空调系统。可以把里面有人的房间维持在稳定的舒适区。 与此同时，家里的猫门会检查你家宠物身上的射频识别（RFID）标

20、记，让小猫回到家里，而把小区的其他小动物拒之门外。菜园里面的传感器会不断检查土壤的湿度和湿度、光照强度以及空气温度，需要时就打开喷洒装置。 完成部分这些任务的控制系统在办公大楼和工厂已存在了数年。大楼内到处是线缆，把成本高昂的传感器和中央服务器连接起来。不过，重新为家居布线以实现这些功能是荒谬的想法施工人员得钻孔、爬上阁楼或者在爬行空隙里钻行。还往往要凿开墙壁。布线工作完成后，还要开始大规模的表面修补工作。 虽然线缆本身每米的成本只有0.33美元，但为控制网络布线的工作量往往每平方米楼面面积就需要22美元。虽然为新房子构建这种系统的成本只有旧房翻新的一半，但还是不便宜。一般的新房子需要大约30

21、0个传感器节点; 光结构性布线每个房间就需要350美元左右。 用户可以使用房子现有的交流电线缆，从而设法避免安装成本。有些系统就具有这种功能。不过，用户只能够得着连接有电气系统的那些地方; 只有这些地方离控制装置非常近、防止电源线上的噪声淹没信号，才可以使用它们。在ZigBee网络中，信号可以可靠地收到，不会受到难以预测的射频传播和吸收等变数的影响; 甚至可以收到来自车库窗户和院子里的土壤传感器等边远位置的信号。 ZigBee的优点 ZigBee节点是一种简单的东西。其核心是多信道无线电装置和微控制器，它们都在一块硅片上，装在如同小指指甲大小的塑料封装体里面。成品里面当然不止ZigBee芯片。

22、电灯开关等一些装置只有触发器和面板，而另一些装置如恒温器会有另外的继电器、液晶显示屏及其他元件。 ZigBee网络以自主方式组建而成，所以房主安装了第二个设备后，它会寻找第一个设备，第一个设备可能是网络的初始控制开关。第三个设备安装后，它会寻找头两个节点中离自己比较近的那一个。默认情况下，第一个设备之后的所有设备必须通过验证，才被允许使用现有设备作为通信“骨干”来回转发信号。 图1 与硬币大小相仿的ZigBee模块 验证过程可能只需要摁一下按钮这么简单; 但如果设备配有荧屏和键盘，可能比较复杂。实际上，网络通常被配置成要求在添加设备之前获得房主的许可; 就是为了防止邻居的电灯无意中加入网络。设

23、备添加完毕，网络就可以独立询问这是什么设备、它能提供什么服务。 构建自己的ZigBee网络 可以自行构建ZigBee网络吗？这取决于你的动手能力有多强。要添加即撕即贴的电灯开关，只要用具有ZigBee功能的开关换下原来墙上的开关，然后往墙上贴一个即撕即贴的开关控制器。只要使用一把螺丝刀，就很容易把原来墙上的有线开关升级成ZigBee开关（记住首先切掉电源）。 接下来，你让两者“相互认识”: 摁一下一个开关上的按钮，然后迅速摁一下另一个开关上的相应按钮。从这一刻起，两个开关就可以协同工作了（最后会有本身使用ZigBee的照明装置，但最初通过替换方式来实现。）不过，如果你想安装在家里的窗户和户外门

24、上安装具有ZigBee功能的新锁闩，恐怕需要请来锁匠。 ZigBee本来就是用来在大部分时间处于睡眠状态的设备之间不太频繁地传送简短信号。理论上的最大数据速率只有每秒250千比特，不过仍非常快，足以尽量缩短传送器或者接收器的“工作”时间; 两个设备之间的典型通话一般只用几毫秒，这样传送器可以迅速回到睡眠状态。 ZigBee使用的频段与Wi-Fi一样，开发者当中有许多是曾开发其他标准（譬如针对Wi-Fi的802.11和针对WiMax的802.12）的同一批人。有许多免执照的频谱可以使用，诸多802标准利用了大部分这些频谱，其他许多技术也一样。虽然成本效益是ZigBee的设计师考虑的重要因素，但稳

25、健性、可靠性及在嘈杂的射频环境中具有抗干扰性同样很重要。 图2 ZigBee热点模块 为这项标准设计无线电部分的人员当初寻求最稳健的调制方法，最后选择了正交相移键控（Quadrature PSK）方法: 在过去的二十年，美国宇航局就使用同样这项技术，与“航海者号”和“伽利略号”太空飞船及火星探测车进行联系。这项技术基于相移键控（PSK）调制方法: 无线电波正常振荡的波峰和波谷突然跳过了半个周期，因而会在预计出现波谷的时候出现波峰。“不连续的相位跳跃”的方向表明了收到1或者0，这一不连续性极其明显，在不适宜居住的环境也能检测到。 正交相移键控则更进一步。它可以传送两个比特的信息: 00、01、1

26、0或者11，从而可以在同一时间内收到多一倍的信息，而不是每次相位转变传送一个1或者一个0。正交相移键控法具有极强的适应性，不过作为一种调制方法，它很少应用于成本低廉的系统，原因是它非常复杂，而且成本很高。的确，正因为射频硅技术在过去十年取得了进步，才让它得以适用于消费者系统。 ZigBee协议对网络上设备进行命名采用了64位方法这完全足够为加州海滩上的每粒沙子赋予一个惟一的地址。一旦设备安装完毕，地址就被映射成本地16位网络地址，那样ZigBee网络拥有的活动设备可以超过64000个。 即使在有上千个设备的网络中，它们都同时连接到网络上，大多数设备上的传感器也会在大部分时候处于睡眠状态，只是在

27、报告或者表明事件时才醒来。底层的分组无线技术确保了等待传送的信号被成功接收，不管信道有多忙碌。因为ZigBee无线电装置检查信道每秒可超过一千次，所以它能够避开Wi-Fi、无绳电话和微波炉引起的带宽拥塞。一旦它发送了数据包，就会回到睡眠状态。 与有线和无线网络中的许多现有系统不同，ZigBee一开始就旨在能够防御黑客及其他威胁无论来自邻居家好奇的少年，还是在街上开着车、瞅准未加保护的房子试图撬开电子锁的小偷。这项IEEE标准使用了高级加密标准，这是一种久经考验的公钥加密方法。这种方法利用了商业厂商提供的成熟的安全密钥分发和管理解决方案，这些厂商会添加一整套安全功能。这项技术不仅仅通过网络安全传

28、送密钥，还可以让房主或者可信的厂商登录到网络上、添加新的传感器，以及更新网络的软件。 ZigBee无线电装置和处理器要取得成功，必须尺寸小、功耗低，但单单做到这点还不够。与其他网络标准一样，它们必须与符合这项标准的其他设备兼容。不然，ZigBee永远得不到广泛使用，那样制造厂商也就无法获得规模经济。所以，行业组织 ZigBee联盟希望提出标准遵从方面的要求及射频兼容性方面的标准测试方法就像IEEE 802.11有Wi-Fi联盟、802.16有WiMax论坛那样。 广阔的应用前景 非营利组织ZigBee联盟由当初开发基本IEEE标准的同一批人在2002年组建而成，现在它有大约200家成员公司，其

29、中包括传统的控制系统生产商（如霍尼韦尔、约翰逊控制公司和西门子）、新的控制系统公司（盐湖城的Control4 Corp.）、针对特定行业的公司（丹麦的暖通空调制造商Danfoss Group Global和瑞典的锁具生产商亚萨合莱）、专门从事ZigBee的新兴公司（澳大利亚的Daintree Networks、韩国的Orange Logic和西雅图附近的San Juan Software）以及半导体公司（飞思卡尔半导体、意法半导体和德州仪器）。 符合标准的无线电发送器的零售价在迅速接近1美元，而无线电装置/应用处理器/内存在同一个封装体里面的产品目前约为3美元。随着产量增加，这一价格会不断下滑

30、。 ZigBee并不是家庭控制网络的惟一选择，但诸多替代方案在某个方面远不如它。X10也许是最常使用的替代方案，但它主要作为基于有线的一项技术，无线功能有限，用于识别每个对象的可分配的地址数量也很少这一缺点通常把X10网络的规模限制在16个设备。 还有蓝牙，这项越来越流行的短距离无线网络技术经改造后可以在典型的居民环境支持上百个设备，至少从理论上来说是这样。遗憾的是，它根本无法支持由电池供电的小设备长年使用，所以使用蓝牙用于家庭控制所需的改动其实相当于设计一项全新的无线电技术。 蓝牙还存在与X10同样的缺点: 地址空间有限实际上，可用于家庭控制的各种现有无线技术都有这个局限性。所以在蓝牙家庭网

31、络上，设备只好不断地退出网络、重新加入，从而导致打开电灯开关与电灯发亮之间有几秒钟延迟。 第一批ZigBee产品预计会在明年出现在电子产品商店和家居装修中心。据估计，即撕即贴的电灯开关用于控制开关装置的售价大约20美元，用于可粘贴控制开关装置的售价大约15美元。眼下，这比基于X10技术的同类装置要便宜5美元左右便宜了不少，但相差幅度还不是很大。 不过，由于规模经济及诸多厂商之间的竞争，这些价格会很快降下来。而ZigBee装置的功能会比替代装置多得多。譬如说，能注意到有人走进房间的运动传感器可以启动空调，打开电灯，不管这两个设备是由哪两家厂商生产的。同样，烟雾探测器能够打开电灯，关闭空气处理机组

32、，从而增加从着火大楼逃生的机率。直到现在，这类集成的家庭控制系统不是很难实现，就是成本高昂，要么就是兼而有之。 ZigBee技术会改变像家庭安全市场这些市场吗？直到现在，家庭安全市场还是依靠专有、独立的系统。专业安全人士很快就能够选择亚萨合莱的锁闩、西门子的报警器或者霍尼韦尔的控制器吗？这很难说，但ZigBee至少让这完全成为可能。 虽然我们主要讨论了ZigBee在家庭的应用，但这项技术设计具备商业和行业用户同样所需的稳健性。这类用户可能会发现，只要通过更准确地控制暖通空调系统来降低能源成本，ZigBee可以收到明显的投资回报，这比安装新的有线网络的成本低得多。 图3 通过ZigBee控制玩具

33、汽车 不过，商业和行业客户需要一段时间才会采用ZigBee系统。因为企业网络会有成千上万个节点，它们的系统将由专业人员来规划、安装及维护，就像计算机网络由专业的信息技术人员来安装及运行。所以，ZigBee可能会先进入家庭，普通的房主、锁匠或者管道工都能安装其产品。 最终，你在外出时，家里的ZigBee网络能与你通话: 通过连接到你家的互联网线路，或者通过向你的手机发送短消息。如果你在外出时冷空气袭来，爬行空隙里面具有ZigBee功能的水管传感器可以把情况告诉你; 你有可能把钥匙留给了隔壁邻居，到时就可以打电话过去，让邻居把你家的温度调高一档，免得家里的管道冻坏。手机本身也将内置有ZigBee技

34、术，这样你人在家里时或者走到外面院子时，可以直接与你家联系，使用手机作为灵活、功能强大的遥控器。 具有ZigBee功能的家庭将减少取暖和空调费用，同时会变得更安全、更舒适，而这绝非小事。Zigbee在家庭远程遥控管理系统中的应用热荐随着信息数字技术的发展, 越来越多的“智能家电”进入家庭, 怎样有效地管理这些智能电器, 尤其是当人们出门在外时如何及时高效地管理这些设备的问题摆在了我们面前。 1 家庭远程遥控管理的功能 家庭远程遥控管理是指人们出门在外的情况下实现对家庭状况的监督、管理、设备操作等,要求具有易操作性、稳定性、可靠性和安全性。具体功能为:(1) 智能家电设备操作以及状态反馈1 如电

35、视、空调、计算机、冰箱、洗衣机、电炊具、照明电器、电控门窗等。(2) 安全监控1 如侦测入室偷盗并录像、火灾、煤气泄漏等。(3) 紧急求助1 如向小区物业管理部门、出门在外的家庭成员求救, 甚至报警等。(4) 自动抄表1 如煤气表、水表、电表等。2 家庭远程遥控管理系统的组成 系统组成如图1 所示, 由控制中心、被控智能电器、各种侦测P监控设备、无线网络组成1基本工作原理如下:(1) 遥控者通过电话网P互联网与控制中心相连, 并对之进行操控1 可以使用手机或座机通过电话线路实现远程操控, 虽然比较繁琐, 但能够借助键盘按键和提示语音一步一步进行操作。目前已经进入互联网时代, 当然可以通过控制中

36、心的嵌入式Web 服务器, 使用手机P个人计算机以非常直观的浏览器方式实现操控。(2) 控制中心接受远程遥控者的命令, 并且转换为控制信号对各种智能电器、各种侦测P监控设备进行操作, 如图2 所示1Zigbee 无线拍？楦涸鹗莸奈尴呤辗? 主要包括模拟接受器P模拟发射器和数字接受器两部分, 前者提供数据通信的空中接口, 后者主要提供链路的物理信道和数据分组。 基ARM7 的微控制器负责链路管理与控制, 执行基带通信协议和相关的处理过程, 另外通过网络控制器连接互联网, 用户可通过浏览器和家庭遥控管理系统进行交互。 已经有数家公司(如飞思卡尔、CHIPCON)推出单芯片Zigbee 解决方案,

37、并提供相应软件工具, 使得Zigbee 无线开发相对容易实现1 另外也有很多文章介绍了嵌入式Web 服务器的开发,在此不再赘述。(3) 无线网络1 基于ARM 的嵌入式控制中心以及各种被控设备目前相对来说都是比较成熟的技术, 但此处所使用的无线网络是选用近几年刚刚兴起的一种技术Zigbee。3 Zigbee 技术 ZigBee 是一种新兴的易组建、低功耗、低成本的无线网络技术, 但传输数据速率较低1 它依据 标准, 可以在数以千计的微小的传感器之间实现通信, 这些传感器以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器, 所以它们的通信效率非常高1 。 主要技术特点如下:(1) 低功耗

38、1 发射功率为1 mW, 在待机模式下, 两节普通5 号干电池可使用6 个月到2年, 对于供电条件受限的环境, 这是一个非常有力的优势2 。(2) 低成本1 不仅Zigbee 网络节点模块在人民币1 000 元以下, 并且, 主要使用的网络子节点的价格有望降到人民币100 元以下, 尤为重要的是, 一旦组建好网络, 无须缴纳网络通讯费,可为投资者节省大量资金1 另外对嵌入式系统的CPU 和存储器的要求也非常低。(3) 网络容量大1 一个Zigbee 网络可以容纳最多65 536 个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100 个Zigbee 网络2 。(4) 数据传输速率. 室内:1

39、0 m 速率250kbps ;室外:3075 m 速率40 kbps ,300 m 速率20 kbps.较低的数据传输速率可以说是Zigbee 最大的弱项,只有在室内可以勉强传输视频信号1 . 另外具有高可靠性、良好的安全性和兼容性. Zigbee 技术作为近几年发展很快的无线传输技术, 在国内也受到越来越多的关注, 以其卓越的特点, 组建局部无线自动化控制网, 再通过互联网或移动网与远端的计算机相连, 作为互联网和移动网盲区的补充, 从而实现低成本, 高效率的自动化遥测遥控, 在工业、民用领域将会得到越来越广泛的应用。参考文献:1 顾瑞红,张宏科1 基于ZigBee 的无线网络技术及应用J

40、1 电子技术应用,2005 , (6) :1 - 312 韩旭东,张春业,李鹏1 传感器无线互联标准及实现J 1 电子技术应用,2004 , (11) :44 - 461Zigbee在家庭远程遥控管理系统中的应用热荐随着信息数字技术的发展, 越来越多的“智能家电”进入家庭, 怎样有效地管理这些智能电器, 尤其是当人们出门在外时如何及时高效地管理这些设备的问题摆在了我们面前。 1 家庭远程遥控管理的功能 家庭远程遥控管理是指人们出门在外的情况下实现对家庭状况的监督、管理、设备操作等,要求具有易操作性、稳定性、可靠性和安全性。具体功能为:(1) 智能家电设备操作以及状态反馈1 如电视、空调、计算机

41、、冰箱、洗衣机、电炊具、照明电器、电控门窗等。(2) 安全监控1 如侦测入室偷盗并录像、火灾、煤气泄漏等。(3) 紧急求助1 如向小区物业管理部门、出门在外的家庭成员求救, 甚至报警等。(4) 自动抄表1 如煤气表、水表、电表等。2 家庭远程遥控管理系统的组成 系统组成如图1 所示, 由控制中心、被控智能电器、各种侦测P监控设备、无线网络组成1基本工作原理如下:(1) 遥控者通过电话网P互联网与控制中心相连, 并对之进行操控1 可以使用手机或座机通过电话线路实现远程操控, 虽然比较繁琐, 但能够借助键盘按键和提示语音一步一步进行操作。目前已经进入互联网时代, 当然可以通过控制中心的嵌入式Web

42、 服务器, 使用手机P个人计算机以非常直观的浏览器方式实现操控。(2) 控制中心接受远程遥控者的命令, 并且转换为控制信号对各种智能电器、各种侦测P监控设备进行操作, 如图2 所示1Zigbee 无线拍？楦涸鹗莸奈尴呤辗? 主要包括模拟接受器P模拟发射器和数字接受器两部分, 前者提供数据通信的空中接口, 后者主要提供链路的物理信道和数据分组。 基ARM7 的微控制器负责链路管理与控制, 执行基带通信协议和相关的处理过程, 另外通过网络控制器连接互联网, 用户可通过浏览器和家庭遥控管理系统进行交互。 已经有数家公司(如飞思卡尔、CHIPCON)推出单芯片Zigbee 解决方案, 并提供相应软件工

43、具, 使得Zigbee 无线开发相对容易实现1 另外也有很多文章介绍了嵌入式Web 服务器的开发,在此不再赘述。(3) 无线网络1 基于ARM 的嵌入式控制中心以及各种被控设备目前相对来说都是比较成熟的技术, 但此处所使用的无线网络是选用近几年刚刚兴起的一种技术Zigbee。3 Zigbee 技术 ZigBee 是一种新兴的易组建、低功耗、低成本的无线网络技术, 但传输数据速率较低1 它依据 标准, 可以在数以千计的微小的传感器之间实现通信, 这些传感器以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器, 所以它们的通信效率非常高1 。 主要技术特点如下:(1) 低功耗1 发射功率为1

44、 mW, 在待机模式下, 两节普通5 号干电池可使用6 个月到2年, 对于供电条件受限的环境, 这是一个非常有力的优势2 。(2) 低成本1 不仅Zigbee 网络节点模块在人民币1 000 元以下, 并且, 主要使用的网络子节点的价格有望降到人民币100 元以下, 尤为重要的是, 一旦组建好网络, 无须缴纳网络通讯费,可为投资者节省大量资金1 另外对嵌入式系统的CPU 和存储器的要求也非常低。(3) 网络容量大1 一个Zigbee 网络可以容纳最多65 536 个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100 个Zigbee 网络2 。(4) 数据传输速率. 室内:10 m 速率25

45、0kbps ;室外:3075 m 速率40 kbps ,300 m 速率20 kbps.较低的数据传输速率可以说是Zigbee 最大的弱项,只有在室内可以勉强传输视频信号1 . 另外具有高可靠性、良好的安全性和兼容性. Zigbee 技术作为近几年发展很快的无线传输技术, 在国内也受到越来越多的关注, 以其卓越的特点, 组建局部无线自动化控制网, 再通过互联网或移动网与远端的计算机相连, 作为互联网和移动网盲区的补充, 从而实现低成本, 高效率的自动化遥测遥控, 在工业、民用领域将会得到越来越广泛的应用。参考文献:1 顾瑞红,张宏科1 基于ZigBee 的无线网络技术及应用J 1 电子技术应用

46、,2005 , (6) :1 - 312 韩旭东,张春业,李鹏1 传感器无线互联标准及实现J 1 电子技术应用,2004 , (11) :44 - 461可靠的ZigBee组网技术在电力SCADA中的应用热 相对于电力微波通信网、电力DDN数字数据和公网等远程通讯技术相比，电网数字化需要“就地”获取信息，并快速作出反应，同时需要和远程通讯技术配合。ZigBee无线自组网技术针对电力系统监测、控制的需求，在通信容量、通信时延、通信可靠性、能量损耗上正是这样一项满足电力SCADA需求的技术。ZigBee技术首先被应用在数字化变电站和电网监控上。本文仅就配网和变电站数字化为例介绍ZigBee组网技术

47、在电力SCADA中的应用，电网监控请参见笔者其他论文。ZigBee技术在智能电网中的应用得益于近年来配网和变电站本身技术的发展提供的有利条件： 数据采集数字化：光电互感器的应用改变了监控系统的结构。 系统结构分散化：从集中控制、功能分散逐步向户外型、分散型网络发展。 系统建模标准化：IEC 61850确立了电力系统的建模标准。 系统分层分布化：通信技术分层独立，为采用新兴通信技术提供方便。IEC 61850明确地将变电站系统分成3层：变电站层、间隔层和过程层。介于变电站层与过程层之间的间隔层智能电子设备（IED），围绕保护、测量、计量、参数设置等功能与上下层设备交换信息，向上主动传送报告记录、

48、故障启动动作、变位、模拟信号量、录波数据等报文，接收上层发出的各种控制块的参数设置(例如日志控制、报告控制、GOOSE、GSSE等设置)、开断开关或断路器的控制指令、查询记录(或召唤)、对时等操作请求；向同一个间隔单元或者不同间隔单元的IED发出互锁、报警、故障等信号，进行分布式功能的服务调用；向下接收过程层合并单元传来的周期性实时模拟信号，将主站控制操作断路器的命令下传给智能断路器控制器，能对合并单元的采样值控制块设置采样值周期、传输方式等参数，以改变传输质量（见图1）。 图1：间隔层IED功能模型 图2：微机闭锁示意图 数字化变电站智能电子设备（IED）应用ZigBee技术是电力SCADA发展趋势之一，其中五防闭锁装置是电力安全生产的重要设备（IED）。随着电网的不断发展，技术的不断更新，防误装置得到不断改进和完善。防误装置的设计原则是：凡有可能引起误操作的高压电气设备，均应装设防误装置和相应的防误电气闭锁回路。电网中的五防是指： 防止误分、合断路器。 防止带负荷分、合隔离开关。 防止带电挂（合）接地线（接地开关） 防止带接地线（接地开关）合断路器（隔离开关） 防止误入带电间隔。80年代中期，计算机技术进入了防误