ZigBee技术及智能家居

1、ZigBee,技术及智能家居,2020,年,4,月,14,日,主要内容,一,二,ZigBee,网络通信特点,无线传感器网络构建,ZigBee,智能家居系统,三,在刚刚过去的,2015,年极客公园创新大会上，小米首次在非官方平台上发布,了新款产品：小米智能家庭套装,多功能网关,人体传感器,门窗传感器,无线开关,共同特点,主要功能,支持,Zigbee,协议,使用小米智能模块,连接,ZigBee,设备，超低功耗,把,ZigBee,设备连接小米云和其他设备,多功能扬声器,18,颗全彩,LED,可调夜灯,ZigBee,技术是一种近距离、低复杂,度、低功耗、低速率、低成本的双,向无线通讯技术。主要用于距离

2、短,功耗低且传输速率不高的各种电子,设备之间进行数据传输以及典型的,有周期性数据、间歇性数据和低反,应时间数据传输的应用,随着近两年智能家居的潘多拉魔盒被打开，各类智能家居产品经历了,从无到有的过程后，数量将会越来越多,Zigbee,协议才又重新走入了大,众的视野。什么是,ZigBee,协议,ZigBee,技术是一种提供控制或传感器等电子元器件之间无线连接的无线通信技术,区,域,1,区,域,N,数,据,库,PC,PC,网,关,GPS,GPS,GPS,GPS,GPS,GPS,GPS,GPS,GPS,GPS,网络节点,网络节点,Zigbee,的自身优势,1,低功耗,2,低成本,3,低速率,4,近距

3、离,5,短时延,6,高容量,7,高安全,8,免执照频段,在低耗电待机模式下,2,节,5,号干电池可支持,1,个节点工作,6,24,个月,甚至更长。这,是,Zigbee,的突出优势。相比较,蓝牙能工作,数周,WiFi,可工作数小时,通过大幅简化协议,不到蓝牙的,1/10),降低,了对通信控制器的要求,按预测分析,以,8051,的,8,位微控制器测算,全功能的主节点,需要,32KB,代码,子功能节点少至,4KB,代码,而,且,Zigbee,免协议专利费。每块芯片的价格,大约为,2,美元,Zigbee,工作在,20,250 kbps,的较低速率,分别,提供,250 kbps(2.4GHz,40kbp

4、s (915 MHz,和,20kbps(868 MHz,的原始数据吞吐率,满足低,速率传输数据的应用需求,传输范围一般介于,10,100 m,之间,在增加,RF,发射功率后,亦可增加到,1,3 km,这指,的是相邻节点间的距离。如果通过路由和,节点间通信的接力,传输距离将可以更远,Zigbee,的响应速度较快,一般从睡眠转入工,作状态只需,15 ms,节点连接进入网络只需,30 ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需,要,3,10 s,WiFi,需要,3 s,Zigbee,可采用星状、树状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主,节点可管理,254,个子节点,同时主节点还可,由上

5、一层网络节点管理,最多可组成,65000,个节点的大网,Zigbee,提供了三级安全模式,包括无安全设,定、使用接入控制清单,ACL,防止非法获取,数据以及采用高级加密标准,AES 128,的对,称密码,以灵活确定其安全属性,采用直接序列扩频在工业科学医疗,ISM,频段,2. 4 GHz,全球,915 MHz,美国,和,868 MHz,欧洲,与其他通信技术比较,名称,项目,ZigBee,802.15.4,Bluetooth,802.15.1,Wi,Fi,802.11b,GPRS/GSM,1xRTT/CDMA,应用领域,广阔范围,声音,数据,Web, Email,图像,电缆替代品,监测,控制,系

6、统资源,16M,1M,250kb,4KB,32KB,电池寿命（天,17,0.55,17,1001000,网络容量,1,32,7,255/65000,带宽,64128,11000,720,20250,传输距离,1000,1100,110,10100,特点,覆盖面积大，质,量好,速度快，灵活性,价格便宜，方便,可靠,低功耗,价格便宜,与其他通信技术结合,与,RFID,技术的结合使用,特点：相辅相成,方便灵活，解决了通信距离近、电源续航能力、移动定位以及覆盖范围有限,的一些问题,缺点：易受环境影响,与,GPRS,GSM,的结合使用,特点：传输,距离远、传输数据质量好、覆盖面积大,缺点：后期费用高，响

7、应启动时,间缓慢,与,3G,技术的结合使用,特点：能实现随时,随地的数据交换,缺点：手机需要支持,3G,费用增加,无线传感器网络构建,基于,ZigBee,技术的居室安全监测系统设计，采用的树型拓扑结构，主要因为其结构,简单，实现方便，不需要大量的协调器节点，降低了成本,每个终端无线传感器节,点为每家的气表（平时无线通讯模块为掉电方式，通过路由节点来激活），手持式,接受机为移动的路由,3,种有效的网络结构（星型、树型、网状型,中心节点是整个监测系统,通讯、控制核心，通过,RS232,串口与工业控制计,算机相连，通过计算机的,人机交换界面，实现整个,系统的可控性和可视性,所有路由节点或部分终端,节

8、点的数据，均通过中心,节点与工控机进行数据交,换，实现整个系统的中央,监测与调节。通过功能模,块设计，具有功能键设定,液晶参数显示、越限提示,报警和设备自动调节的功,能,安防模块,安防信号,湿度传感,器,红外,探测器,紧急按钮,探测器,瓦斯气体,传感器,温度传感,器,基于,ZigBee,技术的居室安全监测系统设计系统图,ZigBee,智能家居子系统,总体设计,家庭智能交互终端,安全提醒,紧急报警,移动设备,家,庭,防,火,用,电,安,全,煤,气,安,全,突,发,情,况,用户,软件流程设计,安防模块不仅对所安,装的各种安防信号进行,处理，而且响应电话控,制信号，当安防模块检,测到紧急情况按钮后,

9、根据用户预设的可控程,序，进行远程的电话呼,救操作,通过各种探头、传感器实现煤气,泄漏、红外线防盗、烟雾及紧急,求助报警等功能，报警信号可自,动通过,ZigBee,网络传往控制中心,或用户终端，并启动相关联动装,置。在灯光和家用电气控制系统,中也可应用,ZigBee,技术，通过无,线方式将灯光和家用电器连接起,来，只需使用一个遥控器在规定,范围内就可以操控各种家用电器,而且遥控模块可嵌套在便携电子,设备中，用户只需在设备上设定,相应的操作，灯光和家电就会按,照规定自动完成这些指令，同时,每个操作都会有反馈信息说明操,作已完成,ZigBee,技术与智能家,居系统的应用前景及基,于该技术的家庭无线传,感器网络构建与应用,这种方式在现实生活中,具有很强的应用性，可,以预见随着微电子技术,Zigbee,技术、网络技术,电源技术的发展，传感,器与,Zigbee,技术的融合,将进一步紧密,相信在不,远的将来，会有越来越,多