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基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统

时间:2010-01-14

在智能家居系统中,将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性,省去花在综合布线上的费用和精力,而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。随着无线网络技术的进一步发展,必将大大促进家庭网络智能化的进程。

本文介绍的智能家居无线网络系统采用ZigBee技术,它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,符合IEEE802.15.4协议,是IEEE工作组专门为家庭短距离通讯制定的新标准。

1 ZigBee技术简介
ZigBee技术的主要优点有:(1)省电:两节五号电池可使用长达六个月到两年左右的时间;(2)可靠;采用了碰撞避免机制;(3)成本低;(4)时延短;(5)网络容量大;(6)安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用AES-128,各种应用可以灵活确定其安全属性。

ZigBee技术的特点完全符合家庭网络通讯的需要,因此选择ZigBee技术构建智能家居无线网络系统。

2 智能家居无线网络系统
本系统以家庭为单位进行设计安装,每个家庭都安装一个家庭网关、若干个无线通讯ZigBee子节能模块。在家庭网关和每个子节点上都接有一个HeliLink无线网络收发模块(符号ZigBee技术标准的产品),通过这些无线网络收发模块,数据在网关和子节点之间进行传送。其系统组成如图1所示。

下面介绍各部分的结构及功能。
家庭网关的结构及功能为:
(1)采用ARM构架的32位嵌入式RISC处理器和.uClinux操作系统;

(2)通过门锁进行自动设防/解防;

(3)遇抢劫或疾病,按紧急按钮,自动向管理中心报警;

(4)每家每户配有自己的网页,通过网页显示小区通知、系统各部分工作状况及数据;

(5)水、电、气各表数据发给牧业管理中心;

(6)通过以太网与小区管理中心通讯;

(7)通过网关上的无线ZigBee(IEEE802.15.4)模块与网络中各子节点进行通讯。

ZigBee无线通讯子节点的功能为:
(1)两路脉冲量数据采集,可采集水、电、气三表数据;

(2)两路安防传感器开关量数据采集,可进行设防/撤防报警、安防报警(红外幕帘、门磁、窗磁、玻璃破碎等);

(3)一路模拟量数据采集;

(4)一路模拟量数据输出;

(5)一路继电器触点输出;

(6)通过无线通讯IEEE802.15.4协议及家庭网关通讯。

3 通讯协议
3.1 ZigBee协议的帧结构
采用符号ZigBee标准的HeliLink模块的数据帧由数据模式、目标地址、数据长度、数据信息与校验和五部分构成,格式如下(数据帧结构中的数据都是16进制数):