淺談ZigBee技術(shù)在智能家居安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：近年來，在多方面利好因素的影響下，使得我國各個領(lǐng)域都得到了良好的發(fā)展壯大，從而推動了我國物聯(lián)網(wǎng)一體化技術(shù)的良好發(fā)展。在這種發(fā)展趨勢下，智能家居系統(tǒng)逐漸被人們大范圍地運(yùn)用到了人們生活之中，智能家居系統(tǒng)其實(shí)質(zhì)是將各類家具設(shè)備進(jìn)行有機(jī)的融合，并且實(shí)施智能化的管理，促使人們現(xiàn)實(shí)生活信息化和智能化水平不斷提高。這篇文章主要針對物聯(lián)網(wǎng)智能家居中安防系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)用展開全面深入的研究分析，在整個智能化安防系統(tǒng)中切實(shí)地利用最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，借助傳感器設(shè)備來針對建筑內(nèi)部所有信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集和處理。在針對建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的安防系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計工作的時候，切實(shí)地運(yùn)用電子設(shè)備、移動終端以及外界服務(wù)器等裝置，創(chuàng)設(shè)個人家用智能家居系統(tǒng)，從而更好地完成身份判斷、環(huán)境監(jiān)測、移動物體監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控的任務(wù)，經(jīng)過大量的實(shí)踐運(yùn)用發(fā)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)在保證建筑物的安全方面具有良好的作用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能家居;安防系統(tǒng);ZigBee

隨著智能化應(yīng)用的飛速發(fā)展，使得人們的思想意識出現(xiàn)了明顯的變化，人們對家庭生命和財產(chǎn)安全越發(fā)關(guān)注。就以往家居報警裝置來說，在安防效果方面較差，其中還存在諸多的問題，所以已經(jīng)無法滿足人們對安防系統(tǒng)的實(shí)際需要了。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的發(fā)展形勢下，使得無線監(jiān)控技術(shù)以及信號處理技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，再加上嵌入式技術(shù)的輔助，從而推動了無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)被人們大范圍地加以運(yùn)用，促進(jìn)了家居安防系統(tǒng)逐漸從有線過渡為無線。利用智能家居系統(tǒng)可以有效地針對家中溫度、濕度、煙霧、光線等多個方面加以實(shí)時監(jiān)控，從而促進(jìn)人們生活安全性和舒適性不斷提升，這篇文章主要圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用展開深入的研究，希望能夠?qū)ξ覈悄芗揖有袠I(yè)的發(fā)展有所幫助。

1 智能家居安防系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)作用

因為智能家居安防系統(tǒng)的核心作用就是針對整個系統(tǒng)內(nèi)所設(shè)置的各個設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的監(jiān)督，并且在出現(xiàn)任何故障的時候能夠第一時間進(jìn)行報警。通常來說，智能家居系統(tǒng)可以被劃分為兩個模塊，即：無線傳感器模塊以及報警模塊。其中前者的作用就是對系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的收集和傳遞。而報警模塊主要是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候發(fā)出警報。報警模塊中不但設(shè)置了專門的報警裝置，并且也安設(shè)了專門的處理器和存儲設(shè)備。報警模塊在接收到無線傳感器所傳遞的信息之后，將信息進(jìn)行分析和存儲，在遇到故障問題的時候，會進(jìn)行報警。一旦室內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)的情況，在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的范圍的時候，系統(tǒng)就會自行對業(yè)主以及物業(yè)發(fā)送信息進(jìn)行報警。再有，如果發(fā)現(xiàn)煮飯所使用到的電器在長時間沒有關(guān)閉的時候，系統(tǒng)能夠完成電源的切斷處理。業(yè)主可以利用網(wǎng)絡(luò)來對智能家居安防系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和控制，并且能夠?qū)崟r遠(yuǎn)程查看室內(nèi)安全情況。智能家居安防系統(tǒng)主要涉及下面幾個方面的功能。

1.1 防盜

防盜的功能主要涉及住宅內(nèi)部防盜以及外部防盜兩種，其中住宅外部防盜設(shè)備通常都會被人們安設(shè)在住宅的入口位置。在住宅入口門結(jié)構(gòu)上設(shè)置門磁開關(guān)，在有人進(jìn)入的時候可以被防盜系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。在住宅的玻璃結(jié)構(gòu)上安設(shè)玻璃破碎探測器，在安全防盜網(wǎng)結(jié)構(gòu)上設(shè)置重力感應(yīng)系統(tǒng)。如果有人使用外力破壞玻璃闖入住宅，或者是有人破壞防盜網(wǎng)，防盜系統(tǒng)都會發(fā)出警報。住宅內(nèi)部防盜系統(tǒng)通常就是在室內(nèi)空間安設(shè)紅外系統(tǒng)，如果檢測到有人進(jìn)入，那么就會觸碰警報裝置，系統(tǒng)就會自行發(fā)出警報。

1.2 防火災(zāi)功能

通常來說，人們都會在家庭住宅的屋頂結(jié)構(gòu)上安設(shè)煙感設(shè)備，在墻壁上設(shè)置溫度感應(yīng)裝置，在室內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)情況的時候，天花板的煙感設(shè)備就會感應(yīng)到室內(nèi)溫度的升高或者是存在煙霧的情況，這個時候智能家居安防系統(tǒng)就會啟動滅火系統(tǒng)，自行進(jìn)行救火，并且還會進(jìn)行報警，盡可能地將危害控制在最小的范圍。

1.3 防可燃?xì)怏w泄漏

在廚房中設(shè)置空氣檢測設(shè)備，如果檢測到室內(nèi)空氣質(zhì)量出現(xiàn)任何的巨大波動，或者是存在大量的可燃?xì)怏w的時候，智能家居系統(tǒng)就會自行開啟窗戶，隨后發(fā)出警報。

1.4 設(shè)備意外情況

如果智能家居系統(tǒng)中所設(shè)置的設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)狀況的時候，主人煮飯設(shè)施長時間沒有關(guān)閉，這個時候智能安防系統(tǒng)就會自行斷開設(shè)備的電源系統(tǒng)，從而規(guī)避危險事故的發(fā)生。

2 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)

2.1 功耗低

盡管ZigBee傳輸寬帶較低，但是其所需要的能源量較少。

2.2 成本低

因為ZigBee是共享資源所以不會涉及專利費(fèi)用的問題。

2.3 時延短

在整個智能家居系統(tǒng)之中，將ZigBee加以運(yùn)用能夠有效的提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并且成本較低。

3 ZigBee技術(shù)在智能家居行業(yè)的發(fā)展前景

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得智能家居行業(yè)得到了快速的發(fā)展，并且在全球開啟了計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。很多的發(fā)達(dá)國家都在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究方面投入了較多的精力，在這種形勢下我國也跟隨設(shè)計發(fā)展趨勢，制定了感知中國發(fā)展戰(zhàn)略，有效的推動了我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。就實(shí)際情況來說，物聯(lián)網(wǎng)能夠快速發(fā)展的主要動力就是ZigBee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，其實(shí)質(zhì)是將傳感器與互聯(lián)網(wǎng)充分融合在一起，從而能夠完成對物體的感知和遠(yuǎn)距離控制，這樣就可以高效的完成物品之間的信息傳遞?，F(xiàn)如今，ZigBee技術(shù)是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中最為重要的傳感性能基礎(chǔ)，其可以十分高效地利用較少的能量來完成接力式的信息數(shù)據(jù)的傳遞。ZigBee技術(shù)所具有的最為突出的特征就是能耗低，抗干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)容性強(qiáng)，后期維護(hù)效率高等等，當(dāng)下，ZigBee技術(shù)因為具有突出的特點(diǎn)，所以被人們大范圍地運(yùn)用到了公共安防、智慧城市、智能家居系統(tǒng)等多個領(lǐng)域之中。

4 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)主要包括三部分內(nèi)容：主控制器、傳感器、執(zhí)行器。其中傳感器的主要作用就是針對系統(tǒng)運(yùn)行中所涉及的各項信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理和傳遞，并且對執(zhí)行裝置進(jìn)行有效的控制，并完成指定的工作。主控制器選用ARM芯片S3C2440A作為處理器，主控制器系統(tǒng)選用Linux系統(tǒng)，軟件程序選用Qt開發(fā)，擁有實(shí)時采集、顯示各項傳感器參數(shù)的功能，現(xiàn)場無線傳感器將獲得的信息數(shù)據(jù)傳遞到主控器設(shè)備之中，由主控制設(shè)備針對各項參數(shù)數(shù)據(jù)加以統(tǒng)一的處理和反應(yīng)，通過執(zhí)行器反饋動作。[1]

5 系統(tǒng)硬件設(shè)計

5.1 傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計

（1）防區(qū)傳感器的選擇及布局。經(jīng)過統(tǒng)計分析我們發(fā)現(xiàn)，傳感器設(shè)備的整體水平往往與整個系統(tǒng)的運(yùn)行情況會存在直接的關(guān)聯(lián)，所以挑選利用是當(dāng)?shù)膫鞲衅髟O(shè)備在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行能夠起到積極的影響作用。通常來說，家居中極易造成危險事故，諸如：火災(zāi)、煤氣泄漏或者是非法入侵等等，所以在室內(nèi)各個空間都安設(shè)溫度傳感器設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)空間的實(shí)時監(jiān)控的作用，例如：在臥室、書房以及廚房等空間安設(shè)光感煙探測器能夠有效地對火災(zāi)情況進(jìn)行預(yù)判。在廚房內(nèi)安設(shè)可燃?xì)怏w探測器可以完成對天然氣的監(jiān)測，這樣就可以在出現(xiàn)天然氣泄漏情況的時候進(jìn)行報警。在門窗結(jié)構(gòu)上安設(shè)熱釋電傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測到系統(tǒng)異常啟動的情況，在遇到異常情況的時候可以利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來進(jìn)行報警，從而盡可能地規(guī)避危險事故的發(fā)生。

（2）射頻模塊的設(shè)計。無線射頻模塊中安設(shè)的是ISM頻段的NRF905模塊，其運(yùn)行效率為50kbps，設(shè)置了有125頻道，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了CRC，能夠?qū)c(diǎn)對點(diǎn)通信地址進(jìn)行控制，具備良好的GFSK調(diào)控作用，所以其抗干擾的能力較強(qiáng)，可以為多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信給予良好的輔助。

5.2 主控制器設(shè)計

主控制器包括以下幾個單元：信息處理模塊、輸入輸出模塊、電源模塊及報警模塊，具有遠(yuǎn)程通信、近距離通信、報警及顯示等多種功能。其所使用的微處理器S3C2440A基于ARMv9系列核心，其突出特點(diǎn)是其處理器核心包含16/32位精簡指令集（RISC）微型處理器。該主控器提供了一種低功耗、高性能微型控制器的解決方案。通過采用市電+蓄電池兩種供電模式，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性得以提高。當(dāng)市電正常供電時，蓄電池模塊處于充電狀態(tài)，當(dāng)市電被切斷時，蓄電池提供備用供電，同時主控制器發(fā)出報警信號，提示使用者狀態(tài)異常。[2]

6 系統(tǒng)軟件

6.1 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件

因為此類系統(tǒng)通常都是針對的普通家庭用戶，所以檢測覆蓋的范圍通常不大，經(jīng)過測試NRF905模塊在最低功率的時候，通信距離可以滿足實(shí)際的需要，所以選擇利用的是星形網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)絡(luò)中底部階段所運(yùn)用的是一個完整的程序系統(tǒng)，系統(tǒng)通電之后會結(jié)合傳感器惡運(yùn)行情況來對程序模塊是不是開啟進(jìn)行判斷，如果重新安設(shè)專門的傳感器，那么系統(tǒng)可以自行完成模塊的調(diào)節(jié)，從而有效地提升軟件設(shè)計的整體水平，并且還可以提升系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

6.2 主控制器軟件

因為主控制器的作用是維持多個系統(tǒng)的通信，并且還需要進(jìn)行各種復(fù)雜的計算方法，以及實(shí)施數(shù)據(jù)的解析，所以在針對主控器程序進(jìn)行設(shè)計工作的時候，務(wù)必要對其實(shí)時性加以側(cè)重關(guān)注。[3]

7 結(jié)語

在最近的幾年時間里，在多方面利好因素的影響下，使得我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整體水平得到了顯著的提升，從而使得物聯(lián)網(wǎng)熱度不斷提高，民眾生活水平的不斷提高有效地推動了人們對高品質(zhì)生活的追求，從而為智能家居系統(tǒng)的發(fā)展帶來了良好的基礎(chǔ)。

本文設(shè)計的基于ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)安防系統(tǒng)，不但克服了常規(guī)安防系統(tǒng)誤報率較高、功能簡單、不能實(shí)時遠(yuǎn)程報警等缺點(diǎn)，而且在低功耗、穩(wěn)定性上具有較大的優(yōu)勢，本系統(tǒng)能夠在居室內(nèi)達(dá)到防控報警的作用，從而保護(hù)人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，具有一定的市場應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘瑋琦，武瑞佳，徐東英.基于區(qū)塊鏈技術(shù)與ZigBee技術(shù)的建筑消防系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2020，10（09）：92-95.

[2]張雅娟.智能家居的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用分析[J].計算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020（10）：33+35.

[3]劉勇.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)[J].計算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020（10）：104.

[4]李梅芳.物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑安防系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2020（16）：56+58.

作者簡介：張?zhí)靷悾?986— ），男，漢族，北京人，碩士，工程師，研究方向：建筑智能化。