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

ZigBee是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準研發(fā)的，有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術標準。IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)工作組的IEEE 802.15.4技術標準是ZigBee技術的基礎。它采用跳頻技術，.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，在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可以6個月到2年。網(wǎng)絡容量大，每個ZigBee網(wǎng)絡最多可支持255個設備。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中選擇一種作為本設計的無線通信方案，需要考慮的是:該方案是否能夠滿足家庭網(wǎng)絡的成本要求，還有就是功耗和網(wǎng)絡容量能否滿足家庭要求。而這些問題在ZigBee技術面前都將不復存在。在智能家居系統(tǒng)中，將ZigBee無線傳感網(wǎng)絡技術應用于家庭網(wǎng)絡己成為趨勢。這不僅僅是因為ZigBee無線傳感網(wǎng)絡可以提供更大的靈活性、流動性，省去花在綜合布線上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡的通訊特點。所以本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)采用ZigBee技術作為智能家居中無線傳感網(wǎng)絡的設計方案。

本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)絡采用星型連接，主要包括了一個家庭網(wǎng)關以及若干個無線通信子節(jié)點。家庭網(wǎng)關上有一個無線收發(fā)模塊(主節(jié)點FFD )，而其他的無線通信子節(jié)點則作為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)點和子節(jié)點之間進行傳輸。智能家居中的無線傳感網(wǎng)絡結構如下圖2 所示。

圖2 智能家居中的無線傳感網(wǎng)絡結構

在單個家庭中的網(wǎng)絡連接可以選用無線傳感網(wǎng)絡，而如果要對整個一棟大樓、一個小區(qū)進行統(tǒng)一化的管理，無線傳感網(wǎng)絡的優(yōu)勢就不那么明顯了，而且對于整個小區(qū)的網(wǎng)絡來說，它所承載的數(shù)據(jù)流量就很大了，對于無線傳感網(wǎng)絡這種低通信速率網(wǎng)絡來說是不合適的。

以太網(wǎng)是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。它連接方便，可屏蔽干擾，通信速率可達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)絡管理采用比較流行的而且易于實現(xiàn)的以太網(wǎng)連接具有良好的性價比。

在本課題中，家庭網(wǎng)絡部分采用無線傳感網(wǎng)絡來監(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)