基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研發(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)。IEEE無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作組的IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)。它采用跳頻技術(shù)，.使用的頻段分別為2.4GHz( ISM ), 868 MHz(歐洲)及915 MHz(美國)，而且均為免執(zhí)照頻段，有效覆蓋范圍為1075 m。所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Kb/s--250Kb/s。功耗低，在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號干電池可以6個(gè)月到2年。網(wǎng)絡(luò)容量大，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備。成本低。由于ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。

要從以上這些無線射頻技術(shù)中選擇一種作為本設(shè)計(jì)的無線通信方案，需要考慮的是:該方案是否能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)的成本要求，還有就是功耗和網(wǎng)絡(luò)容量能否滿足家庭要求。而這些問題在ZigBee技術(shù)面前都將不復(fù)存在。在智能家居系統(tǒng)中，將ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)己成為趨勢。這不僅僅是因?yàn)閆igBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性，省去花在綜合布線上的費(fèi)用和精力，而且更因?yàn)樗霞彝ゾW(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)。所以本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)作為智能家居中無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。

本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用星型連接，主要包括了一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)以及若干個(gè)無線通信子節(jié)點(diǎn)。家庭網(wǎng)關(guān)上有一個(gè)無線收發(fā)模塊(主節(jié)點(diǎn)FFD )，而其他的無線通信子節(jié)點(diǎn)則作為End Device安放在家用電器、三表和安防傳感器上，通過這些無線收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)就在主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸。智能家居中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖2 所示。

圖2 智能家居中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在單個(gè)家庭中的網(wǎng)絡(luò)連接可以選用無線傳感網(wǎng)絡(luò)，而如果要對整個(gè)一棟大樓、一個(gè)小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一化的管理，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢就不那么明顯了，而且對于整個(gè)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)來說，它所承載的數(shù)據(jù)流量就很大了，對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)這種低通信速率網(wǎng)絡(luò)來說是不合適的。

以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它連接方便，可屏蔽干擾，通信速率可達(dá)10/100/1000Mbps以上，而且成本低廉。目前大部分的小區(qū)都要寬帶網(wǎng)，因此集中網(wǎng)絡(luò)管理采用比較流行的而且易于實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)連接具有良好的性價(jià)比。

在本課題中，家庭網(wǎng)絡(luò)部分采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控，無線采集協(xié)調(diào)器再將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊，最后經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)將通過以太網(wǎng)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上。從而組成小區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)，如下圖3所示。

圖3 小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)