基于ZigBee无线网络的嵌入式智能家居监控系统-嵌入式系统-与非网
1.1.智能家居监控系统中的ZigBee无线传感网络方案
ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE无线个人区域网工作组的IEEE 802.15.4技术标准是ZigBee技术的基础。它采用跳频技术，.使用的频段分别为2.4GHz( ISM ), 868 MHz(欧洲)及915 MHz(美国)，而且均为免执照频段，有效覆盖范围为1075 m。所支持的数据传输速率为10Kb/s--250Kb/s。功耗低，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可以6个月到2年。网络容量大，每个ZigBee网络最多可支持255个设备。成本低。由于ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。
要从以上这些无线射频技术中选择一种作为本设计的无线通信方案，需要考虑的是:该方案是否能够满足家庭网络的成本要求，还有就是功耗和网络容量能否满足家庭要求。而这些问题在ZigBee技术面前都将不复存在。在智能家居系统中，将ZigBee无线传感网络技术应用于家庭网络己成为趋势。这不仅仅是因为ZigBee无线传感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。所以本智能家居监控系统采用ZigBee技术作为智能家居中无线传感网络的设计方案。
本智能家居监控系统中的无线传感网络采用星型连接，主要包括了一个家庭网关以及若干个无线通信子节点。家庭网关上有一个无线收发模块(主节点FFD )，而其他的无线通信子节点则作为End Device安放在家用电器、三表和安防传感器上，通过这些无线收发模块，数据就在主节点和子节点之间进行传输。智能家居中的无线传感网络结构如下图2 所示。
图2 智能家居中的无线传感网络结构
1.2.智能家居监控系统中的有线网络方案
在单个家庭中的网络连接可以选用无线传感网络，而如果要对整个一栋大楼、一个小区进行统一化的管理，无线传感网络的优势就不那么明显了，而且对于整个小区的网络来说，它所承载的数据流量就很大了，对于无线传感网络这种低通信速率网络来说是不合适的。
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。它连接方便，可屏蔽干扰，通信速率可达10/100/1000Mbps以上，而且成本低廉。目前大部分的小区都要宽带网，因此集中网络管理采用比较流行的而且易于实现的以太网连接具有良好的性价比。
在本课题中，家庭网络部分采用无线传感网络来监控，无线采集协调器再将采集的数据发送到数据处理模块，最后经过处理后的数据将通过以太网传输到上位机上。从而组成小区的监控系统，如下图3所示。
图3& 小区监控系统
1.3.uC/OS-II的移植
实时系统中任务的执行大多数都是由外部事件触发的。也就是说，实时操作系统的主要工作就是响应并处理各种外部事件。因此，对于每个外部事件都对应有一个处理这个事件的程序模块，这些模块就是任务。在移植前，把问题分析清楚，将问题分割成多个任务，每个任务都是整个应用的一部分，被赋予一定的优先级，有自己的一套CPU寄存器和堆栈空间。任务执行一次后，设置延时OSTDIy，表明经过OSTDIy个定时器中断周期后任务再次运行，然后进行任务切换，让处于就绪态的优先级最高的任务运行。uC/OS-II的任务实际上就是一段程序，在运行该程序时，可以认为CPU就完全属于该程序本身。在本设计中，所移植的系统建立了8个任务(参照见图2):
&0号任务，用来监测安防传感器(煤气泄露)。在执行该任务时通过ZigBee网络协调器选择与安防传感器(煤气泄露)终端节点通信，采集传感器数据。
&1号任务，用来监测安防传感器(温度)。在执行该任务时通过ZigBee网络协调器选择与安防传感器(温度)终端节点通信，采集传感器数据。
2号任务，与0号任务对应，将安防传感器(煤气泄露)采集的数据最终通过以太网上传到上位机上。
3号任务，与1号任务对应，将安防传感器(温度)采集的数据最终通过以太网上传到上位机上。
4号任务，用来控制冰箱、空调、电视、灯的电源开关，通常情况下，这些开关型控制，只用一个任务就可以完成，只要在执行该任务时，同时通过ZigBee网络协调器同时发送一个16位地址符就可以选择出所要执行开关任务的终端节点。
&5号任务，单独为窗帘建立一个任务。因为窗帘的控制是一个闭环控制。
&6号任务，为电表、水表、燃气表的数据采集建立一个任务。因为水表、电表、燃气表的数据对实时性要求没有那么高，可以分时采集，在执行该任务时，同时通过ZigBee网络协调器同时发送一个16位地址符就可以选择出所要执行数据采集任务的终端节点，另外，还要为该任务调用一个延时函数，并设置延时时钟周期数，从而最终实现在三表间轮流数据采集。
&7号任务，用来对三表数据上传到上位机建立任务。对应于任务6，分别将从水、电、燃气表采集的数据立即上传。&&
它们具有各自独立的堆栈空间和不同的静态优先级，0号任务优先级最高，7号任务优先级最低。对于0号任务---3号任务，由于它们是保证家居安全的是不允许中断响应的，所以在这些任务开始执行时，一定要关闭中断。
1.4.基于Visual C++的上位机显示界面设计
在整个智能家居监控系统的设计当中，上位机(PC机)可以为用户提供一个友好、交互的人机界面。假如管理人员需要调用小区中任意一户的数据记录时，可以查询该上位机的存储的数据即可。这里我们利用Visual C++编写上位机的管理界面，主要采用了Windows Sockets网络接口控件，大大简化了设计难度。
首先，Windows Sockets作为Microsoft Windows的网络程序设计接口，它是从Berkeley Sockets扩展而来的，以动态链接库的形式提供给我们使用。重要的是，Windows Sockets是基于TCP/IP协议的，应用程序调用Windows Sockets的API实现相互之间的通信，而Windows Sockets则是利用下层的网络通讯协议功能和操作系统调用实现实际的通讯工作的。
2.软件流程介绍
2.1智能家居中ZigBee无线传感网络中终端节点流程
网络建立成功后，需要添加终端设备(终端节点)进入这个网络。允许设备同网络连接的流程图如图4所示。终端设备通过发送NLME-JOIN.request原语来开始执行孤点方式同网络连接，其原语 RejoinNetwork参数设置为TRUE。
图4 终端节点加入网络流程图
首先，终端设备的网络层管理实体将请求MAC层对PHY层所规定的所有有效通信信道进行孤点扫描。通过向MAC层发送MLME--SCAN.request原语开始进行孤点扫描，其扫描的结果通过MLME--SCAN.confirm原语返回到网络层管理实体。然后，如果该终端设备扫描到网络协调器设备，网络层管理实体将通过发送MLME--JOIN.confirm原语向其上层报告请求连接，其原语的状态参数设置为SUCCESS，否则设置为NO-NETWORKS。
整个星型网络的组网的软件流程图如下图5所示。
当网络协调器正常工作后，则建立网络成功。这时候再打开两个或更多终端节点，就能让这些节点加入网络。
图5星型网络组网流程图
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谈谈ZigBee智能家居系统中的几个误区
来源：千家智能家居 作者：佚名日 14:12
[导读] ZigBee有其优点例如：抗干扰力强、保密性好、传输快、可扩展性强等等。但它真的就那么完美吗？其实不然，每个技术都有其局限性，ZigBee也不例外，下面我们来说一说人们对于ZigBee的几个误区。
　　百度百科对于Zigbee的解释是：&ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和&嗡嗡&（zig）地抖动翅膀的&舞蹈&来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。&
　　一直以来，ZigBee都给人一种先进技术、智能家居最佳无线通讯技术的印象，这与ZigBee面世之初，媒体的大肆渲染有关。不可否认的是，人们对于智能家居的美好向往是永远不会停止的，在ZigBee面世之前，行业缺少合理的智能家居通讯技术，ZigBee技术的横空出世再度燃起了人们对于智能家居的美好愿望。在此大背景下，人们对于ZigBee技术抱有很大期望，希望能其解决智能家居设备间的通讯，由此造成人们对于ZigBee技术&先进&的印象，不可否认的是ZigBee有其优点例如：抗干扰力强、保密性好、传输快、可扩展性强等等。但它真的就那么完美吗？其实不然，每个技术都有其局限性，ZigBee也不例外，下面我们来说一说人们对于ZigBee的几个误区。
　　成本真的很低么？
　　目前ZIGBEE芯片出货量比较大的TI公司的CC2430，CC2530以及Freescale的MC1319X，MC1322X系列，其成本均在2~3美金左右，再考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件，BOM成本难以低于10美金，针对智能家居这种成本敏感而有需要大量节点的家用设备，其成本颇为尴尬。
　　通信真的稳定么？
　　目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.4G频率，受限于频段物理限制，其信号干扰程度极为严重，衍射能力弱，穿墙能力也弱。实际环境中，一堵墙，一扇门也会让信号大打折扣。容易造成不稳定，影响用户体验。
　　组网容易真的好么？
　　Zigbee技术的主要特点是支持自组网能力强，自恢复能力强，因此，对于井下定位，停车场车位定位，室外温湿度采集，污染采集等应用非常具有吸引力。然而，对于智能家居的应用场景中，开关，插座，窗帘的位置一旦固定，一直不变，自组网的优点也就不复存在，但是自组网所耗费的时间和资源缺却依旧高企。
　　组网容量大真的有用吗？
　　ZigBee虽然支持多达65000个节点，但在实际的居家环境中，绝不会用到这么多，举例来说，一个别墅，所有的开关插座窗帘控制加起来，也不会超过100个，如果数量更多，也将超出用户能够使用的极限。因此，庞大的网络容量未必对智能家居应用带来价值。
　　ZigBee就是未来吗？
　　应该说，智能家居通信标准的统一还需要时间，现在所有的通信技术应该是没有优劣之分的，他们各自有其优缺点并适合用在不同的生活场景当中。比如，NFC一直被人诟病传输距离极短，但正是由于这种技术特点使得它很适合用在开门锁等近距离授权的场景中。所以说，技术本身没有优劣之分，只是适不适合，根据居家环境的实际情况，选择不同的技术才是最明智的思路。
　　总结：ZigBee自诞生以来已经过去了12个年头，之所以没有完成当初的智能家居标准大一统的美好愿望，肯定有其内在原因，其中一点就是技术本身的局限性所致。其实我们作为消费者，不要落入深究技术的怪圈，最好的技术不代表最好的使用体验，只要满足实际需求，不要管什么技术，放心的使用就是了。
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安防知识网
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Zigbee智能家居带来全新体验
来源:安防知识网
[摘要] 目前智能家居主机功能单一、价格昂贵，为了使更多的人能以最低的价格购买智能家居主机，并能根据自己喜好选择不同功能以及外观的智能家居主机，现在给大家介绍一款WIFI智能主机。利用此智能主机和用户自己选购的Android平板，手机，机顶盒等搭配使用，就可以方便地实现智能家居主机功能。
　　目前主机功能单一、价格昂贵，为了使更多的人能以最低的价格购买智能家居主机，并能根据自己喜好选择不同功能以及外观的智能家居主机，现在给大家介绍一款WIFI智能主机。利用此智能主机和用户自己选购的Android平板，手机，机顶盒等搭配使用，就可以方便地实现智能家居主机功能。
　　WIFI智能主机是该系统的核心成员，利用这个小小的WIFI智能主机，可使您家里的安卓设备(安卓手机、安卓电视、安卓路由器、机顶盒等)变身为智能家居的控制平台，配合一些智能家居产品，您可以智能联通家里的灯光、窗帘、电器设备(电视、空调、热水器)等，享受智能家居为您带来的舒适，安全及高品质的智能生活。
　　智能家居系统可以当您在回家时、离家时、陌生人闯入时、家中有烟雾着火时均能给用户以警示，方便消费者的应用体验，仅需通过APP软件即可完成以前需要动手操作的难题，让用户享受智能的生活。
[责任编辑：amy]
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