[发明专利]基于ZigBee的智能家居安防系统

说明书

技术领域

本发明将Zigbee技术与网络结合，设计了一套通过无线网络实现控制家庭安防系统的智能家居安防系统。该智能家居安防系统具有可扩展性好、低成本、低功耗等特点。属于监测控制领域。 

背景技术

随着社会经济的发展、生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、生活日益信息化。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的家庭住宅系统提出了挑战。人们对于家居的要求已经不仅仅是物理意义上的生存空间，更为关注的是一个高度安全性、方便、舒适的生活环境、先进的通讯设备、完备的信息终端、自动化和智能化的家用电器、信息资源使用的网络化的需求等等，现代的家居设计理念越来越追求便捷化、高效化与智能化，家居设备的高度智能化已经成为一种强烈的消费需求。同时在科学技术的快速发展的推动下，实现这种需求已经不再是天方夜谭。由于电子技术的进步，家居产品已与计算机、网络通信技术紧密地结合在一起，智能化的家用电子电器产品应运而生，智能家居系统越来越得到人们的重视，使得家居智能化势在必然。 

本发明设计的无线智能家居控制网络系统在家庭组网中采用Zigbee技术，它是一种近距离、低成本、低能耗、低数据速率的无线网络技术，它符合IEEE802.15.4标准，是IEEE工作组专门为短距离通讯制定的标准。 

在智能家居系统中，家庭子网的构建是重中之重。家庭网络技术的选择一般有以下两个基本原则：一是家庭子网的性能要求，如数据传输速率、可靠性、接入速度等；另一个就是能否满足设计的功能需求。在家庭环境下，家庭子网一般分为家庭数据网络和家庭控制网络两种。家庭数据网络侧重于网络通信和大数据量的音频、视频服务，与家庭数据网络核心目标不同，家居控制网络需要的是简单的控制、低速率的通信和灵活的互连性。因此在对智能家居系统的家庭子网进行构架时，主要关注的是低速率、低成本的通信手段以及灵活的组网方式。家庭子网中通常有大量的节点设备，而这些节点设备大多使用电池供电，因此成本和功耗是组建家庭控制网络过程中首先需要考虑的两个问题。 

1.几种短距离无线网络的比较 

由于有线网络固有的布线困难、扩展性差等缺点，将无线网络技术应用于家庭网络已成为大势所趋。目前，比较流行的短距离无线通信技术主要有红外(IrDA)技术、蓝牙(Bluetooth)技术、Wifi(IEEE802.)技术和Zigbee技术。 

●Zigbee技术 

ZigBee是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术。Zigbee技术的物理层、MAC层采用了IEEE802.15.4协议标准，在此基础上Zigbee联盟对其网络层、应用会聚层和高层应用规范进行了标准化与必要的完善和扩展。Zigbee技术专注于10Kbps到250Kbps的低速率传输应用，主要适合于自动控制和远程控制领域。 

●Zigbee用于家庭组网的可行性 

家庭控制网络是整个智能家居控制系统的神经和核心，对于家庭控制网络而言，必须满足如下要求： 

(1)可靠性，家居控制网络要求数据传输的可靠性不能因为干扰或者信道阻塞而下降，要保证家居主节点与家居设备节点之间安全、无差错的数据传输。Zigbee的MAC层采用talk-when.ready碰撞避免机制，这种方式大大提高了系统数据传输的可靠性。 

(2)成本，在一个家庭中可能有几十甚至上百个家居设备节点，对于众多的节点来说，成本是相当可观的。目前，Zigbee芯片的成本大约在4美元左右，对于大批量应用而言Zigbee设备的成本可以做到2美元以下。随着半导体集成技术的发展，Zigbee芯片的体积将会变得越来越小，价格也会降得更低。 

(3)可扩展性，在家庭中家居设备不会一成不变，而在实际应用中经常需要添加或者删减设备节点，当设备节点数目发生变动时，系统应当具备一定的机制扩充网络节点，而不需要改变网络的结构。Zigbee网络中每个设备可连接多达255个节点，而几个设备之间则可形成一个更大的无线网络，Zigbee网络对路由传输的数目则没有限制。 

(4)信号覆盖率，家庭住宅的范围在10～100米之间，且房间之间有墙壁阻隔，各设备网络节点之间必须能够穿透墙壁在一定距离之间进行可靠通信。Zigbee的有效覆盖范围可达100米左右，并且该频段对于墙壁有比较好的穿透性，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而改变，一般都能够覆盖办公室或普通的家庭环境。 

发明内容