摘要：随着物联网等新兴技术的不断更新，智能家居行业也得到了飞速的发展，智能家居正在迅速的渗透到人们日常生活的方方面面。本文对ZigBee技术的智能家居控制系统进行了深刻的论述，旨在与广大同行共同探讨ZigBee技术在短距离、小范围、小空间等私人场所的应用及提供对应的服务。
关键词：ZigBee技术；智能家居；控制系统
一、引言
随着人们居住条件的不断改善，计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展，以及人们生活水平不断提高，智能家居将成为人们生活方式的一种必然趋势。因此，设计可靠，安全，方便的智能家居控制系统已经成为一个极其重要的需求。Zig Bee技术具有低功耗、实现成本低等特征，能够方便的应用于短距离、小范围、小空间等家庭或公共场所，并且提供对应的服务。因此，在智能家居环境中，这种技术的使用能够方便的完成智能家居系统组网、控制及监控功能，是智能家居控制系统的首选技术。
二、Zig Bee技术的概述
Zig Bee的命名出自于蜂群网络中使用的通信方式。蜂群网络通过不同姿势的动作逐个地发现并通知目标物体的距离、位置和方向等信息，Zig Bee模仿蜂群的通信方式，并通过网络节点之间进行相互的传递信息，可以将某种信息从一个节点传输到另外一节点。Zig Bee技术是一种新型的数据传输的技术方案。其中Zig Bee的特点有以下几点：
（1）数据传输可靠
当数据需要传输时，可以立即进行传输；每个发送的数据都需要等到对方的接收确认，并且给予确认回复。没有则将数据重传一次，这种方法可以提高信息传输性。同时，Zig Bee为用户预留了专用时隙，这个大大的避免了发送数据的竞争与冲突。
（2）容量大
Zig Bee网络具有网络容量大的特点，Zig Bee网络定义了两种器件：RFD和FFD。一个全功能器件可以与其他全功能器件进行链接，而一个全功能器件又能够与多个简化功能器件连接。如果这种网络通过协调器进行连接，那么整个网络可以支持64000个Zig Bee网路节点的网路。
（3）功耗低
Zig Bee具有功耗低的特点，在工作模式下，Zig Bee技术传输速率低，在非工作模式下，Zig Bee节点会处于休眠状态，休眠激活的时延大概为15毫秒，活动设备信道的接入时延大概为15毫秒。使得Zig Bee的工作时间较短，这样就使得Zig Bee非常省电。
（4）具有自组织及自愈功能
Zig Bee网络具有自组织及自愈功能，可以自动的对网络节点进行增加和删除。并且，当节点发生故障时，Zig Bee网络可以完成自我修复的功能，这种特点使得Zig Bee网络很适合家庭中随时增加、移除或移动家电的情况。
三、ZigBee技术的智能家居控制系统设计
1.系统总体设计
从系统总体设计上来看，系统核心部分为智能网关模块，是系统的总控制器，负责系统内外网络连接，能够利用ZigBee网络进行终端设备监控管理。该模块负责对系统连接的各个传感器进行数据采集，并且能够与手持客户端进行信息交互，实现系统统一管理。ZigBee网络采用星型结构，由一个协调器和多个终端设备构成，能够完成内部无线网络的创建，为网关数据传输和终端数据转发提供支持。利用ZigBee网络，能够将采集到的信息传输至协调器，并使节点完成协调器命令的接收。
照明系统控制模块可以利用系统智能调光模块和继电器实现家庭灯光控制，通过手持客户端实现远程操纵，实现房间灯光照明度的调节。风扇空调系统控制模块能够分别实现风扇系统和空调系统控制，可以借助单片机进行风扇电机转速调节，并利用继电器实现空调开关控制管理。实际进行系统操控时，用户可以用手机下载客户端APP软件，登录手持客户端界面进行系统信息接收。
智能家居系统总体设计框图
2.系统硬件设计
（1）智能网关模块
智能网关是智能家居系统的总控制器，能够实现内部网络与外部网络之间的通信，通过ZigBee无线通信网络对终端设备进行实时监控和管理。智能网关主要由微处理器、存储系统、电源模块、以太网模块、通信模块、网络模块和扩展接口等部分组成。ZigBee模块实现网关与家庭ZigBee网络之间的通信，能够监控ZigBee节点。
（2）手持客户端设计
系统手持客户端采用STC12C5A60S2单片机，能够对传统8051指令进行兼容，同时数据传输速度提高8-12倍，功耗较低，能够满足系统数据快速查询要求，同时也能满足指令解析和数据运算需求。在单片机内部，包含复位电路，能够利用高精度ADC满足光照度传感器数据处理要求，实现数据数模转换。采用内部可编程计数阵列，能够实现外部定时器和中断的控制，满足时钟芯片数据传输需求。
（3）ZigBee协调器
ZigBee是基于IEE802.15.4无线标准协议的无线通信技术，适用于短距离、低功耗的自动控制领域。ZigBee协调器能够组建一个智能家居内部局域网，以便各个节点加入网络。同时又起到承上启下的作用，负责接收STM32通过串口传来的消息，并将消息转发到相应的节点，实现用户所希望的无线控制设备。
3.系统软件设计
（1）ZigBee协调器软件设计
协调器程序主要实现接收STM32数据、解析节点地址和命令和向相应的节点发送操作消息功能。协调器串口接收到STM32发来的消息后，判断消息是切换当前被选中节点，还是直接操作命令。如果是切换当前节点，协调器向上个节点发送关闭led灯消息，并关闭上个节点的led灯，之后向要选中的节点发送点亮led灯消息；如果是直接操作命令，协调器向当前被选中的节点发送对应的消息。
（2）Android手机控制端
Android手机端的主要功能有：与服务器建立连接、查询家中情况、控制家中设备和对智能家居系统进行配置。手机端主要有查询模块、控制模块和配置模块。
（3）系统主控制流程
从系统主控制流程来看，还要采用C51语言完成相应程序的编写。系统启动后，需要对主控芯片进行初始化，完成单片机串口、定时器及各端口的初始化处理。系统各硬件模块也将得到初始化。系统时钟可以设定为72MHz，串口波特率初始化为115200kbps。智能网关微控制器会接收手持客户端发送的控制命令，并在串口中断程序中进行命令的执行。在系统存在缓存数据时，会先对接收到的数据进行判断。确定数据为设备控制指令，会将数据发送至协调器模块，利用协调器节点将数据传输至终端控制器节点，确保相应命令能够得到执行。
结束语
综上所述，可以发现，采用ZigBee技术进行智能家居控制系统的设计，能够采用ZigBee通讯模块降低系统开发难度，为系统各项调节功能的实现提供支持。而设计出的系统可以实现室内环境参数信息采集，并且能够利用手机进行控制指令发送，由系统自行进行调节控制，因此能够满足家居环境的智能控制需求。
参考文献：
[1]基于ZigBee的智能家居应用研究[J].赵中华.现代制造技术与装备.2017（01）
[2]基于ZigBee的物联网智能家居控制系统[J].辛海亮，钟佩思，朱绍琦，于英静.电子技术应用.2013（12）
[3]ZigBee与家居的完美结合[J].唐新叶.中国住宅设施.2012（04）
论文作者:黄明社
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/26
标签：节点论文; 系统论文; 智能家居论文; 模块论文; 网络论文; 数据论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第11期论文;