基于ZigBee的智能家居系统设计与实现
毕业设计（论文）题目：基于ZigBee的智能家居系统设计与实现
学院：软件学院
专业名称：软件工程
班级学号：08201124
学生姓名：曾刘保
指导教师：苗利
二O一二年三月
毕业设计（论文）任务书
I、毕业设计(论文)题目：
基于ZigBee的智能家居系统设计与实现
II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：
1、摘要扼要叙述本论文的主要内容、特点，文字精炼，摘要500字左右。
2、正文：一般包括引言、本、结论三个部分。字数不少于13000字。
3、收集资料：a历史资料；b理论资料；c实践资料
4、技术要求：在论文写作中进行一定程度的创新性活动，如提出一个新问题、对现
实问题进行新的解释等。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：
1、查阅并收集与论文相关的国内外文献资料，完成开题报告。（第1-2周）
2、毕业论文资料调研，进行实地调查研究，掌握第一手资料。（第3周）
3、撰写毕业论文详细提纲。论文提纲应分为几个部分或几个层次。写明论文的中心、重点、主要观点、结论等。（第4周）
4、完成论文绪论部分，说明本课题的意义、目的、研究范围及要求达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题。（第5周）
5、完成毕业论文正文部分，包括问题的提出，研究工作的基本前提、假设和条件，理论论证，理论在课题中的应用，课题得出的结果等。（第6-7周）
6、完成结论部分。即对整个研究工作进行归纳和综合得出的总结，对所得结果比较和课题尚存在的问题，以及进一步开展研究的见解与建议。结论应该明确、精炼、
完整、准确。（第8周）
7、完成毕业论文（设计）初稿。（第9周）
8、完成毕业论文二稿。（第10周）
9、毕业论文定稿；毕业论文打印；毕业答辩准备。（第11周）
10、毕业答辩。（第12周）
Ⅳ、主要参考资料：
[1] Shahin Farahani．ZigBee Wireless Networks and Transceivers. USA：Elsevier，2008
[2] 闫玉德，俞虹. MCS-51单片机原理与运用.机械工业出版社.2010.
[3] 沈星星，丛露微.基于ZigBee的智能家居控制系统.论文选粹, 2011 第3期
[4] 敖志刚.智能家庭网络及其控制技术.北京：人民邮电出版社2011
[6] 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.北京：国防工业出版社 2004
[7] 林旭东.智能家居系统相关技术及发展趋势[J].科技创新导报.2008.6.5-6
[8] 冯培昌，周晓云，陈孝伟.无线传感器网络探讨[J].电气自动化.2005年.27(5).73-75
[9] 崔莉，鞠海玲，苗勇等.无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展.2005.42(1).163-174
[10] 李方.浅谈几种智能家居系统网络技术[J].计算机与网络.2006年.5(2).98-101
[11 ]张华中.无线传感器网络展望.国际学术动态.2005年.26(4).22-23
学院专业类班
学生（签名）：
日期：自年月日至年月日
指导教师（签名）：
助理指导教师(并指出所负责的部分)：
系（室）主任（签名）：
南昌航空大学学士论文原创性申明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名：
日期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
作者签名：日期：
导师签名：日期：
基于ZigBee的智能家居系统设计与实现
摘要：随着人们生活水平的提高及物联网技术的飞速发展,人们对于家居环境提出了更高的要求,智能家居也就应运而生,人们希望能通过各种家居设备来享有更加舒适，便捷的居住环境。
但是传统家居设备的控制信息传输主要靠布线技术，不但系统升级麻烦，且成本过高，实际的应用效果也不明显，并没有很大的改善人们的生活。ZigBee的出现使的这一现象得到有效的应解，ZigBee是一种低成本、低功耗无线通信技术，它的自组网技术可以方便的使家中的各种设备组成一个区域网，信息传送的可靠性也极高。使用ZigBee作为家居内网可以方便的对家电进行控制和对安防预警信息进行采集。
本文首先介绍了智能家居的研究背景和国内外的发展现状，然后对ZigBee技术进行介绍，比较详细的介绍了ZigBee协议框架中各层次扮演的角色及特点，并对ZigBee技术在智能家居中内部组网技术的适用性作了比较分析。
最后综合讲解了智能家居系统的设计方案，包括系统功能及特色等。集中控制端在个人PC机上模拟实现，与之构成C/S结构的远程控制端有Windows和Linux 端，他们之间采用面向连接的Socket加密通信。家居内网采用基于CC2530的SoC 建立强大的网络，以协调器为核心节点，组合其他设备终端节点进行家居网内信息的采集和传输，实现家电控制和温度、湿度、入侵等安防信息采集。同时设计便捷、易用的软件界面，既可以在家中使用，也可以在任何有网络接入的设备上实现远程控制。
测试表明：使用远程控制端或集中控制端都能可靠的对家电进行控制和安防信息的采集，系统具有一定的稳定性和扩展性，达到预期目标。
关键字： ZigBee 智能家居家居内网多方式控制
指导老师签名：
Design and Implement of Smart Home
Based On ZigBee
Abstract: Traditional home device control information transmission mainly depends on wire line technology, this kind of control system not only upgrade is very troublesome, but also the cost is too high, and the actual effect is not obvious, and people's lives are no significant improvement. While ZigBee come into being, this phenomenon won’t happen again, ZigBee is a low-cost, low-power wireless communication technology, the Automatically set up network features ,which makes a variety of devices composed of a WPAN at home easily, and the information transmit reliability is very high. Using ZigBee as internal home network is very appropriate to control home appliances and collect security warning information.
The paper first introduces the research of smart house background and current development at home and abroad, and then introduces the ZigBee technology, a more detailed description of the role and characteristics of the ZigBee protocol framework at all levels.
At last I integrated explain how to design the smart house system, including system functions and characteristics. The Centralized control side simulation on a personal computer, which forms C/S structure of the remote control side, including Windows and Linux side, and they communicate each other with connection-oriented and encrypted Socket. Within the home network to build a strong network nodes which are based on the SoC of the CC2530 , coordinator for the core node, the combination of terminal nodes of other devices within the home network information acquisition and transmission, appliance control, and temperature, humidity, intrusion and other security information collection. At the same time the design is convenient, easy-to-use software interface, we can use at home easily and also access remote control of network equipments.
The experiments show that: Using the remote control system or centralized control system can control home appliances and collect security warning information easily. The system has a certain stability and scalability, which can achieve the desired goal. Keywords: ZigBee Smart home internal home network multiple control
目录
第一章绪论 (1)
1.1 研究背景及意义 (1)
1.2 国内外研究概况及发展趋势 (2)
1.2.1 国外研究发展概况 (2)
1.2.2 国内研究发展概况 (2)
1.2.2 智能家居发展趋势 (3)
1.3 研究内容及组织结构 (4)
1.4 本章小结 (5)
第二章无线通信与ZigBee技术 (6)
2.1 无线通信概述 (6)
2.2 ZigBee技术简介 (6)
2.2.1 ZigBee技术概述及特点 (6)
2.2.2 ZigBee的网络拓扑结构 (8)
2.3 ZigBee在智能家居中的适用性 (10)
2.3 ZigBee协议体系结构 (11)
2.3.1 物理层 (12)
2.3.2 MAC层 (14)
2.3.3 网络层 (15)
2.3.4 应用层 (16)
2.4 ZigBee在智能家居中的应用 (17)
2.4.1 安全系统 (17)
2.4.2 抄表系统 (18)
2.4.3 灯控系统 (18)
2.4.4 多区域HVAC系统 (19)
2.4.5 消费类电子 (20)
2.5 ZigBee的价值和应用前景 (20)
2.6 本章小结 (21)
第三章系统设计与实验方案 (22)
3.1 系统需求分析 (22)
3.2 系统设计方案 (22)
3.2.1 系统总体设计概述 (22)
3.2.2 ZigBee网络拓扑结构及各终端角色 (23)
3.2.3 系统实现目标及特色 (24)
3.3 系统实验方案 (25)
3.4 家电模拟控制及安防信息采集 (26)
3.5 本章小结 (27)
第四章系统功能实现详细介绍 (28)
4.1 基于ZigBee的无线信息采集与传输 (28)
4.1.1 信息采集与传输的安全性 (29)
4.1.2 ZigBee的CSMA/CA 机制 (30)
4.1.3 ZigBee的网络工作方式 (32)
4.1.4 网络协调器的收发数据 (32)
4.2 Linux环境下的远程控制端设计与实现 (33)
4.3 集中控制端的介绍 (35)
4.4 本章小结 (35)
第五章系统开发环境与测试 (36)
5.1 ZigBee 片上系统 (36)
5.2 软件平台 (37)
5.2.1 IAR 7.51 (37)
5.2.2 ZigBee协议栈 (38)
5.3 系统运行与测试 (39)
5.4 本章小结 (40)
第六章工作总结与展望 (41)
6.1 工作总结 (41)
6.2 展望 (41)
参考文献 (42)
致谢 (43)
附录A (44)
第一章绪论
1.1 研究背景及意义
随着人们生活水平的提高及生活节奏的加快，人们的住宅也开始电子信息化。家用电器、通信设备与安防设备逐渐的进入家庭，加之通信与信息技术的发展，家居越来越智能化。人们也希望能更加方便的对家用电器进行操作同时对家中的居住环境和安防状态进行监测，享有一个高效，安全，便捷，环保的家居环境，于是智能家居的概念被越来越多的人们提出。智能家居是一个多功能的综合技术系统,它以家庭住宅为平台,利用计算机、网络、传感、自动化与嵌入式技术,将与家居生活有关的各个子系统如灯光控制、安防预警、家电操作等整合在一起，并通过家居信息管理平台对其进行综合管理，使人们能够方便获取一体化，全方位的家居资源。
随着互联网技术的深入发展和成熟，“物联网时代”到来的呼声日益高涨，国家“十二五”规划中也明确将物联网作为战略性新兴产业来培育发展。而国内外各大家电生产厂商生产的各种高端家电也开始预留信息控制接口，准备着迎接物联网时代的到来。智能家居也是物联网产业的一部分，也是物联网在明生应用领域的重点部分，加之近年来房地产的迅猛发展和媒体宣传造势，智能家居呈现耳熟能详化，为此智能家居必将得到高速发展。
国内外的一些技术厂商都在进行市场推广和技术储备，以便在合适的时机退出自己的智能家居产品。虽然各种产品的功能标准和应用接口不太一样，但是不难想象，智能家居的功能都会基本涵盖一下几个方面：
(1) 灯光控制：不管哪个家庭都会有需要更加方便的对家中灯光进行控制。
(2) 家电控制：为了更加便捷的生活，人们可以在家中方便的对热水器，空调等进行控制，也希望需要时能通过有网路接入的设备对电器进行远程控制，如出差回来的路上打开热水器，回到家可以舒服的洗个热水澡。
(3) 安防预警：居家生活，平安是最大的愿望，通过对家中烟感，入侵等安防信息进行实时监测，免去后顾之忧。
为此设计出一套既有通用性，又可以方便的进行扩展的智能家居系统是前提，我们希望能简化家中控制系统的复杂性，降低安装成本和提高信息传送的安全性，解决实际推广中可能会出现的问题，为智能家居的大规模应用提供一定的借鉴和助推作用，真正的使高效便利的生活触手可及。
1.2 国内外研究概况及发展趋势
1.2.1 国外研究发展概况
自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了不同的智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。[1]
1998年新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。
这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。目前在新加坡也有近30个社区(住宅小区)近5000户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”，相信到了21世纪将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。目前美国有一种占据市场主流的产品X-10，销售已超过1亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过400万个家庭在使用。韩国三星从今年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。在日本智能家居也很发达，日本Secom(西科姆)安全公司是举世闻名的智能家居公司，他的产品能使家中的电器自动联网，甚至有了生物识别实现自动门禁功能，人只要站在门口几秒钟，就可以自动解除门禁。
由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止企业去争食智能家居市场。虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的信念：山那边遍地是金。
1.2.2 国内研究发展概况
智能家居在我国起步比较晚，最早从事智能家居的企业是天津瑞朗智能家居电子科技有限公司，这几年来，智能家居作为一个方兴未艾的产业，受到越来越多行业者的追捧，发展非常快，生产厂家非常多，产品也是各种各样，遍布智能家居生产的各
个环节。比如海尔的U-Home智能家居系统，现在已经比较成熟了，他构建室内家电、多媒体、环境检测、远程监护等全方位数字生活,利用“智能物联网”作为住区服务和管理系统,实现绿色低碳住宅产业，但是像这样的龙头企业却比较少。在外观和产品质量上，总体与国外还有较大的差距，但有些产品，比如家庭智能终端，中国的几个厂家的产品已经做得很好了，不但美观漂亮，而且功能很多，与国外的品牌比非常有竞争力。智能家居是未来居家生活的前进方向，受我国经济现状的限制，智能家居现在普及比较少，多是有一定经济能力的专属，不过现在已经慢慢有廉价的产品出现，进入普通百姓家，比如家庭的情景灯光系统，这个比较实用，价格也不是太高，目前也比较容易让老百姓接受。
特别是近几年以来，伴随着房地产业的火爆，给国内智能领域带来了发展的机遇。众所周知，中国人口众多，城市住宅建设也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区的角度来看智能化，也就出现了目前一统天下、无所不包的“智能小区”的模式。“智能小区”是一个多功能的系统，每个功能子系统都可以单独使用。诸多功能子系统还要具有协同配合的能力。这些系统包括：小区对讲系统、门禁系统、小区周界防范系统、监控系统、背景音乐系统、停车场系统、自动抄表系统等等。在房地产和媒体的助推下，与智能小区紧密相连的智能家居也会逐渐的进入千家万户，但是在发展的同时，也遇到了很多不容忽视的问题：
(1)没有统一的技术标准。没有标准就造成了百花齐放的局面，不同厂家的产品之间相互之间彼此不兼容，用户很难有选择性，换代或者升级很麻烦，成本也很高，用户在实际使用时存在很大的困惑。
(2)市场定位太高。大部分的智能家居品牌都是定位在高端客户，目标就是高档住宅和别墅，这就造成了市场非常的狭窄，初期投入非常的大，就是大客户也不会冒然的投资，市场局面无法打开。
1.2.3 智能家居发展趋势
智能家居的提出到现在已经有很多年了。从第一代单一智能家居产品到现
在的百花齐放，智能家居发展已经非常的迅速，特别是距互联网技术的又一革
命性的技术—物联网的提出和全世界对物联网的热情投入，物联网的发展也必
将推动智能家居的发展，智能家居作为物联网产业应用最广泛的一环也必将得
到迅猛发展。当今的智能家居产品品质参差不齐，相互之间兼容性也很差，规
范不统一。未来的智能家居将依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居
生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、淋浴器等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验并更加的人性化、实用、易用，真正的提高人们的生活品质，智能家居的发展趋势会朝着以下几个方面发展:
(1)家居内网无线化。以往的智能家居产品之间的信息交换大都是靠有线传输，有线传输带来的问题很明显，布线麻烦，系统升级困难，更重要的是有线控制限制了产品的智能化，除干线区域采用布线控制外，家居内网的无线化使得控制更加的方便，安装和维护也会更加的方便。
(2)控制系统的高度集成化。随着社会和经济的高速发展，人们的生活水平也相应的得到提高，电子产品越来越多，但是各个产品之间没有任何的联系，几乎每个产品都有单独的遥控器，如果能用一个终端控制、监控所有的家电，给生活带来的便利不言而喻。
(3)控制方式多样化。传统的智能家居控制方式单一，随着网络和电子终端产品的发展，控制软件可以运行在各种智能手机和有网络接入功能的其他电子产品中。特别是智能手机，将成为未来智能家居最重要的移动式智能控制终端，通过手机的智能家居客户端软件或WEB方式，实现对家庭内部的远程监控与控制，对家里远程开锁，客人图像确认，远程开启空调以及暖器设备。
(4)功能更加智能化。随着生活节奏的加快和生活压力的增大，人们都希望能有一个温馨的港湾能够放松疲惫的身心.回到家后人们希望能根据外部环境来调节室内的温度和湿度等，同时也希望能够在开电视的时候自动调暗灯光等。而随着物联网技术的发展，甚至家中的每一件物品的状态都能查询到，比如冰箱的存储状态，热水器的水温。而一旦家中有安全威胁或者家中老人的有突发情况，系统也会相应的进行报警。
1.3 研究内容及组织结构
本文根据国内外智能家居的历程，结合当前的发展现状的不足之处，选择ZigBee 无线网作为家庭内网。并以嵌入式为基础，结合网络，传感器等技术设计出一套简单，易操作，低成本和多方式控制的基于ZigBee的智能家居智能控制系统。实现对家用电器的现场无线遥控操作和安防信息的监控与预警，同时使得有网络接入功能的特定设备可以远程使用本智能控制系统。
本论文的研究内容如下：
(1) 开发不同环境的远程控制端的设计与实现，以方便用户多途径方便的控制家中电器设备和对家中安防信息进行监控。
(2) 开发集中控制端，验证远程控制端用户的控制权限，在权限合法后对远程指令进行解析后通过串口转发给相应的目标设备。
(3) 远程控制信息的加密处理，防止控制信息被截取后带来的安全隐患。
(4) 利用ZigBee技术来进行家居内部组网，以方便节点的灵活加入和离开，省去布线的麻烦。
(5) 开发简洁，美观，易操作的用户界面，方便用户使用。
本论文的组织结构安排如下：
第一章：介绍智能家居的研究背景和意义，以及智能家居在国内外的研究概况、展望智能家居在未来发展趋势，同时对本文研究内容、设计、实现和文章组织结构作安排。
第二章：介绍了无线通信技术的发展，并对ZigBee和其他几种无线技术进行对比介绍后，分析ZigBee在智能家居内部组网的适用性，然后对ZigBee协议的各层次进行比较详细的介绍。
第三章：根据对智能家居系统进行的需求分析，设计出智能家居系统的方案后，定位系统方案要能达到的目标，对系统各结构的具体功能作详细介绍。
第四章：详细介绍基于ZigBee的无线信息采集与传输和Linux下的远程控制端的设计与实现，同时简单介绍集中控制端。
第五章：介绍智能家居系统开发用到的硬件和系统开发平台，然后对系统进行的测试结果进行分析。
第六章：对工作进行总结，提出系统设计中还需要完善和改进的地方，并对
本文的意义和价值作介绍。
1.4 本章小结
本章首先介绍了智能家居的研究背景和意义，随着人们生活节奏的加快，智能
家居会扮演越来重要的角色。随后介绍了智能家居在国内外的研究概况和发展现状，智能家居在欧美日韩等发达国家起步早，现在也走在技术的前端，国内虽起步晚，但发展迅猛。最后综合现状和环境，展望了智能家居在未来的发展趋势。
第二章无线通信与ZigBee技术
2.1 无线通信概述
随着科学技术的不断发展，通信技术已深入到人类的各个方面,为了摆脱各种线缆对个人终端的束缚，人们对能够随时随地提供信息服务的移动计算和无线通信的需求越来越迫切。无线通信是指利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近些年在通信领域中，发展最快、应用最广泛的就是无线通信技术。自从马可尼发明无线电以来，无线通信技术一直向着不断提高数据速率、传输距离、安全和稳定的方向发展。
从七十年代开始，人们就开始了无线网的研究，而伴随着以太局域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补有线之短，也赢得了特定的市场认可，为了规范和更好的发展，IEEE制订了802.11无线局域网标准，主要对网络的物理层和媒质访问控制层进行规定，这样就使得无线网的多点接入和多网段互联能更加方便、廉价的实现。
无线通信已深入到人们生活和工作的各个方面，包括日常使用的手机、无线电话等，当然也有当今很热门的3G、WLAN、宽带卫星系统等应用。2000年成立的IEEE 802.15.4工作组将致力于提供一种廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、低成本、低功耗、低速率的无线连接技术，而ZigBee正是这种无线技术的商业命名。
2.2 ZigBee技术简介
2.2.1 ZigBee技术概述及特点
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个人区域网协议，是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。在标准化方面，IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层和MAC层，高层应用和市场推广等工作将由ZigBee联盟负责。
ZigBee技术具有低功耗、数据传输可靠、网络容量大、兼容性好、安全性高、实现成本低等特点，可以工作在2.4GHz、868MHz和915MHz这3个频段上，分别
具有250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，他的技术特点具体如下：
(1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
(2) 成本低：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—
2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee 技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
(4) 网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。
(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
(6) 安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
在ZigBee无线网络协议中定义了两种功能设备：全功能设备和精简功能设备。全功能设备FFD (Full-Function Device) 可以支持任何一种拓扑结构，主要作为网络协调器和路由器，能够和任何一种设备通信。精简功能设备RFD(Reduced-Function Device) 只支持星型结构，不能成为网络协调器，但可以和网络协调器进行通信，精简功能设备通常嵌入现场设备中使用。全功能设备之间以及全功能设备与精简功能设备之间都可以通信，但精简功能设备之间不能直接通信，只能与全功能设备通信。精简功能设备可以通过一个全功能设备向外转发数据，这个与精简功能设备相关联的全功能设备称为该精简功能设备的协调器。精简功能设备主要用于简单的控制应用，如灯的开关、被动式红外线传感器等，传输的数据量少，对传输资源和通信资源占用不多，这样精简功能设备可以采用非常廉价的实现方案。
由此可知ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
2.2.2ZigBee的网络拓扑结构
ZigBee技术可以组合出适合不同需求的网络，它有两种网络拓扑结构：星型的拓扑结构和对等的拓扑结构，如图2.1所示：[2]
图2.1 ZigBee网络拓扑结构图
星型拓扑网络结构有一个叫做PAN主协调器的中央控制器和多个从设备组成，主协调器必须为一个全功能的设备，从设备既可为全功能设备也可为简化功能设备，在实际应用中，应根据具体应用情况，采用不同功能的设备，合理的构造出需要的通信网络。
对于星型网络结构的形成当一个具有全功能的设备第一次被激活后，它就会建立一个自己的网络，将自身成为一个PAN主协调器。所有星型网络的操作独立于当前其它星型网络的操作，这就说明了在星型网络结构中只有一个唯一的PAN主协调器，通过选择一个PAN标识符确保网络的唯一性，目前其它无线通信技术的星型网络没有用这种方式。因此，一旦选定了一个PAN标识符，PAN主协调器就会允许其它从设备加入到它的网络中，无论是具有完整功能的设备，还是简化功能的设备都可以加入到这个网络中。
对等拓扑网络结构能够构成较为复杂的网络结构，网状态拓扑网络结构和树簇拓扑结构。对等拓扑网络结构在工业监测和控制、无线传感器网路偶、供应物资跟踪、农业智能化，以及安全监控等方面都有广泛的应用。对等拓扑结构可以是基于Ad hoc技术的，也可以是自组织式的和自恢复的，并且在网络中各个设备之间发送消息时，可通过多个中间设备中继的方式进行传输，即通常称为多跳的传输方式，以增大网络的覆盖范围。其中组网的路由协议，在ZigBee网络层中没有给出，这样为用户的使用提供了更为灵活的组一个对等网络的路由协议网方式。
在对等拓扑结构中，每一个设备都可以与在无线通信范围内的其他任何设备进行通信。任何一个设备都可定义为PAN主协调器，例如，可将信道中第一个通信的设备定义为PAN主协调器。未来的网络结构很可能不仅仅局限为对等的拓扑结构，而是在构造网络的过程中，对拓扑结构进行某些限制。例如，树簇拓扑结构是对等网络拓扑结构的一种应用形式，在对等网络中的设备可以为全功能设备，也可以为精简功能设备。而在树簇中的大部分设备为全功能设备，精简设备只能作为树枝末尾处的叶节点上，这主要是由于精简设备一次只能连接一个全功能设备。任何一个全功能设备都可以作为主协调器，为其它从设备或主设备提供同步服务。在整个PAN 中，只要该设备相对于PAN中其它设备具有更多计算资源，比如具有更快的计算能力、更大的存储空间以及更多的宫殿能力等，这样的设备都可以成为该PAN的主协调器，通常称该设备为PAN主协调器。在建立一个PAN时，首先，PAN主协调器将其自身设置成一个簇标识符（CID）为0的簇头（CLH），选择一个没有使用的PAN 标识符，并向临近的其他设备以广播的形式发送信标帧，从而形成第一簇网络。接收到信标帧的候选设备可以在簇头中请求加入该网络，如果PAN主协调器允许该设备加入，那么主协调器会将该设备作为子节点加到她的临近表中，同时，请求加入的设备将PAN主协调器作为它的父节点加到邻近列表中，成为从设备。
一个全功能设备可以扮演三个角色：协调器（Coordinator）、PAN 协调器（Personal Area Network coordinator）和设备（device)，其中协调器是一个全功能设备，它可以在网络中传递信息，主导信息的流向。如果一个协调器在一个PAN 网络中做主控制器，那我们把它叫做PAN 协调器，除此之外就是设备了。IEEE 802.15.4和ZigBee中定义的以上三中角色大体相同，对应的关系如表2.1所示：
表2.1 ZigBee与IEEE 802.15.4角色对应
在一个IEEE 802.15.4网络中，无论是哪种拓扑结构，网络总是由PAN Coordinator来创建，PAN coordinator 控制整个网络，一个被注入PAN coordinator 程序（软件）的FFD（硬件）开始工作后，开始着手构建网络，并至少完成以下任务：
（1）给本网络中每个设备指定一个16位或者64位的地址
（2）通过网络发起、结束和传递信息
（3）为本网络选定唯一的PAN 网络标识号，这个标识号允许本网络内的设备使用16位的短地址方式，并且可以与其他的独立网络进行通讯。
在整个网络中，只有一个PAN coordinator，所以PAN coordinator 往往需要长时间在工作状态，所以它常需要连接稳压电源，而不是电池。但其他设备往往都是用电池来供电的，一个最小的网络包括两个设备，一个PAN coordinator与一个device。
在任何一个拓扑网络上，所有设备都有唯一的64位长地址码，该地址码可以在PAN中用于直接通信，或者当设备发起连接时，可以将其转变为16位的短地址码分配给PAN设备，因此，在设备发起连接时，应采用64位的长地址码，只有在连接成功后，系统分配了PAN的标识符后，才能采用16位的短地址进行连接，因此，短地址码是一个相对地址码，长地址码是一个绝对地址码。
2.3 ZigBee在智能家居中的适用性
当今我们熟悉的短距离无线通信技术有Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、UWB、红外等。他们在不同的领域发挥着他们的特性，相互之间形成互补的作用。表2.2是几种无线通信技术的对比：
表2.2 几种无线通信技术的对比
由上表的数据对照综合可知，ZigBee的自动组网、功耗以及成本等方面都比其他的几种无线通信技术在智能家居中更有优势，唯一的竞争是Bluetooth，但ZigBee 更简单，速率更慢，功率及费用也更低，且大多数时间处于睡眠模式，更加适用于不需要实时传输或连续更新的场合。而且ZigBee是当前唯一面向无线传感器网络的技术标准，其网状网组网能力使其应用范围可伸延至数百、甚至数千米的广泛区域，而Bluetooth则只为10~100m范围内的短程网络而设。就制造成本而言，ZigBee
芯片远比Bluetooth芯片便宜，智能家居是ZigBee无线网络的一个主要应用方向，非常适合在组建家庭个人无线区域网。
2.3 ZigBee协议体系结构
ZigBee协议体系可以大体分为物理层、MAC层、网络层和应用层,详细的体系结构如表2.3所示所示：[3]
表2.3 ZigBee协议体系结构图
在介绍ZigBee协议的时候首先阐明一个概念：原语。ZigBee协议体系结构由一组称为层的块组成，每个层为上一层执行指定的一套服务：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供所有的其他服务。每个服务实体通过一个服务接入点（Server Access point：SAP）为上层提供一个接口，每个SAP支持一些服务原语来完成必须的功能。服务原语是抽象的概念，它仅仅指定提供的服务，而不指定谁提供服务。用“原语”的概念来描述相邻两个层间的服务，层间调用函数或者传递信息，都可以用原语来表示。虽然，在整个系统中，有很多不同的层，但是层间的通讯方式是非常相似的。比如PHY、MAC与NWK层都为他们的上一级提供数据服务，其请求数据服务的机制类似：高层通过D-SAP向下级请求传输，下级传输成功后将状态返回给上级。
正是由于这种相似性，才让“服务原语”这种方式显得格外重要。每一个原语要么执行一个指令，要么返回一个之前指令的运行结果。原语也会带着指令运行需要的参数,在对N用户与N层之间信息流的描述来指定服务时，通过描述服务原语和其特征参数来指定服务，参数带有要求提供服务的信息。一个服务可能有一个或多个相关的原语，这些原语组成特定服务相关行为。原语通常可以分为以下几种基本类型：
（1） Request：请求原语是从N用户传递到N层，用来请求发起服务。
（2） Indication：指示原语是从N层传递到N用户，用以指示一个内部N层事件对于N用户有重要的意义。
（3） Response:响应原语是从N用户传递到N层，用完成指示原语先前调用的程序。
（4） Confirm：确认原语是从N层传递到N用户，用以传送一个或多个先前相关的服务请求结果。
2.3.1 物理层
ZigBee物理层（Physical Layer,物理层）主要负责无线发射机的激活和关闭，在已有的信道上进行能量检测，基于CSMA-CA的空闲信道评估（CCA），信道频率选择，数据的传输和接收。最终把二进制‘0’和‘1’送到空气中。概括的说就是物理层数据服务和物理层管理服务。物理层操作两个分离的频率范围，低频的868MHz 欧洲频段和在澳大利亚和美国的使用的915MHz，2.4GHz的高频供全世界范围使用，物理层通过RF固件和硬件为MAC子层和物理层无线信道提供接口。
能量检测――ED
就像航空领域中一样，“比特”想要“飞”起来，也是有“航空管制”的，在起飞前要确认下航道有没有被占用，这可不能像开车，塞车了就等会，飞机要在空中停了，就会掉下来（当然不是所有的飞机）。能量检测就是用来实现这个目的的，当然，这只是个“能量”检测，它不会去区分到底是谁在占用“航道”，它只检测有或者没有。
这也是物理层的上级-MAC层给他的任务之一，不过允许他不用百分百准确，允许10db的误差，结果会以一个8比特的字节向上报告。
载波检测――CS
载波检测也是检测当前频道能不能用的，但与ED不同，上面说了ED不会去区分到底是谁在占用“航道”，但是CS会的，它会根据载波的特征去判断当前占用“航道”的是不是与自己一样的IEEE 802.15.4物理层信号，如果是，那不管ED 值是多少，都会返回一个“频道忙”的信息。
连接质量指示――LQI
我们大多数都用过带无线网卡的笔记本，在进行无线连接的时候，会看到连接名后面有对应的信号强度表示信号质量，在802.15.4中，有两种检测连接质量的
基于ZigBee技术的智能家居系统
一、智能家居的背景 从宏观上来讲，事物的每个发展阶段都是当时从业人员认识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几个原因共同作用的结果。每个阶段都会局限于当时的技术水平、市场接受程度等，都会有其无法突破的瓶颈和困难。即便智能家居系统在中国已发展20多年，且经过这么多年的发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。只要产品或技术处于高速发展中，它必然需要不断地去解决一些技术上或者产品上的问题。智能家居产品未来会还向节能环保，舒适度方面发展。比如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身的功能去调节温度。而智能家居必须结合这些建筑上的功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居的适应性发展。对与现阶段的智能家居来说，没有专用的对讲或智能家居数字处理芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。如果能够很好的解决，未来数字对讲将会取得更好的应用。而随着中国城镇化趋势的加剧，大型小区会越来越多，人们对安保的重视程度也会日益加强，将来小区的多个安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正一些过往的虚假概念。只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展未来新技术的系统，才能更好地为用户服务。除此之外，各家产品的兼容性也是一个急需解决的问题。目前各厂家的产品均采用自家的协议，无法很好地做到兼容，而不同品牌的可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是今后需突破的难点 二、智能家居系统旨在实现的以下主要功能： (1)可以控制和相应的状态查询，如查询室内和室外的温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更方便。 (2)在光线方面我们可以依照家庭装修环境背景或者用户的其他层次的要对
基于zigbee智能家居控制系统的设计2
基于Zigbee的智能家居控制系统的设计 王超，高峰，姜洋 （东北石油大学电气信息工程学院黑龙江大庆163318） 摘要：本文是基于Zigbee技术，采用CC2430模块构成传输网络，与中心控制板STM32之间进行2.4GHz的无线通信。控制板由STM32驱动触屏显示器，由编制的GUI（用户自定义）界面，使用户简单方便的对家具环境进行控制与监视。可增加WIFI（无线路由）上网功能实现远程控制功能等，具有良好的可扩展性。 关键字：Zigbee；触屏控制板；STM32；WIFI； Design of Smart-home System Based on Zigbee Wangchao,Gaofeng,Jiangyang (Department of Electrical Information Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing, Heilongjiang ,China,163318) Abstract：This paper is based on Zigbee technology, using the 2.4GHz wireless communication between CC2430 module transmission network and center panel STM32. Panel STM32 drive by touch screen display, compiled by the GUI interface and the user is simple and easy to control the furniture with the monitoring environmental. It also can increase the WIFI Internet function to make the remote control function come true, It has good expansibility. Keyword：Zigbee；touch-screen-panel；STM32；WIFI； 1引言 现代科技的发展驱使人们寻求更加简便更加快捷的生活方式，即使你是住在最偏远的城市，你也会感受到这种速度，所以，基于我们所学的知识，我们畅想一种用于控制我们切身生活的新方式，运用Zigbee技术和网络技术，将家中所有的可控部件集中在一个触屏控制板上，我们所用的Zigbee是一种高可靠性的无线数传网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站，支持无限扩展。同时，Zigbee具有低功耗、低成本、抗干扰、易组网的优点[1]。 本文是基于具有Zigbee无线传输技术的CC2430和STM32芯片，通过触摸屏控制板实现对家里的安防报警、室内温度和照明灯具、家用电器的控制。因为系统由自己开发，具有可扩展性和个性化，控制方便，更加贴近用户需求等特点。 2系统实现 2.1 系统总体结构 系统整体框图结构如图1所示，具有显示控制功能的中央的控制板我们采用具有高性能、低功耗的特点，而且不用外加射频功放，通信距离就可达到百米左右的STM32W108芯片（内置128KB FLASH和8KB SRAM它同时支持人机交互，可与CC2430进行通信[2]。 用于作为下级传输的Zigbee模块，我们采用TI 公司的CC24430 无线射频芯片，它有显著的低成本、低消耗、网络节点多等的无线传输功能。可以将一个节点作为路由，由一个主节点管理若干子节点,同时可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网，实现组网，也有效的延长了Zigbee的传输距离。同时其具有高容量优点，可采用星状、片状和网状网络结构,通过对与STM32通信和传感数据采集传输的开发，形成对家中照明、安防、电器等日常工具的进程和远程控制，实现家居的智能化。 我们采用SDIO WIFI模块芯片实现数据的远程传输，具有的USB 2.0接口，与STM32 的连接非常简单，二者可以通过标准的USB 接口直接相连。该模块用来实现家庭网关与Internet 连接。通过WIFI可以在家中随时上网，同时也可以通过家庭网关实现远程控制。 图1 智能家居控制系统结构图 Control Board W I F I 安防传感器 控 制 显 示 测量传感器 空 调 报 警 照 明 作者简介：王超，黑龙江大庆，东北石油大学电气气信息工程学院，学生
基于ZigBee的智能家居系统
基于ZigBee的智能家居系统 摘要： 基于ZigBee的智能家居系统是针对家居高度自动化、智能化的要求提出的一种新的解决方案。主要用ZigBee手持控制器无线采集室内环境参数，远程控制各种家居电器，实现家居控制、参数检测的完全自动化、智能化。设备以C8051F020单片机为控制核心单元，检测湿度，负责驱动电机，处理和传输数据。采用高精度传感器作为湿度检测器件，直流电机等为执行机构，完成环境参数检测，对窗帘、交流电电器等的控制功能。用手持设备通过IP-LINK1270模块串口实现了室内无线通信，可以接收湿度数据，控制简单家居。本系统具有良好的开发和应用前景。 关键词：ZigBee 无线通信湿度检测智能家居 由于生活质量的日益改善，各种家电设备的高度自动化和智能化已经成为一种消费需求，同时科学技术的飞速发展，让这种需求的达到已经不再遥远。新的ZigBee协议在无线传感器网络和各种无线终端控制方面有良好的前景，为传感器网络和控制设备提出了新的方案。基于ZigBee的网络控制系统就可以实现对各种家电设备的控制和调节，只需要对旧式家电（家居）进行改装，或加入必要的驱动电路，便可以实现小信号对交流电器的控制。室内温度、湿度等环境参数直接影响生活质量，同样可以通过ZigBee控制器对室内温度、湿度检测设备进行较远距离的适时采集，然后根据个人意愿对家电（家居）进行不同程度的调节。 我们对实用小功率电扇进行了改装，对窗帘装上直流电机和定滑轮，可以由ZigBee控制器向单片机发送命令对电扇和窗帘的开关程度控制和调节。室内参数检测方面，开发了湿度检测设备，可以有效的反馈实时数据。 一、系统（主设备）结构及各部分功能 在整个系统设计方案中，以C8051F020为核心，作为数据处理器和设备控制器，整个设备也可作为工业现场设备，从属于ZigBee核心控制器。 系统（主设备）结构如图所示， 图1 系统（主设备）总体结构图
基于ZigBee的智能家居系统设计与实现
毕业设计（论文）题目：基于ZigBee的智能家居系统设计与实现 学院：软件学院 专业名称：软件工程 班级学号：08201124 学生姓名：曾刘保 指导教师：苗利 二O一二年三月
毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计(论文)题目： 基于ZigBee的智能家居系统设计与实现 II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 1、摘要扼要叙述本论文的主要内容、特点，文字精炼，摘要500字左右。 2、正文：一般包括引言、本、结论三个部分。字数不少于13000字。 3、收集资料：a历史资料；b理论资料；c实践资料 4、技术要求：在论文写作中进行一定程度的创新性活动，如提出一个新问题、对现 实问题进行新的解释等。 III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间： 1、查阅并收集与论文相关的国内外文献资料，完成开题报告。（第1-2周） 2、毕业论文资料调研，进行实地调查研究，掌握第一手资料。（第3周） 3、撰写毕业论文详细提纲。论文提纲应分为几个部分或几个层次。写明论文的中心、重点、主要观点、结论等。（第4周） 4、完成论文绪论部分，说明本课题的意义、目的、研究范围及要求达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题。（第5周） 5、完成毕业论文正文部分，包括问题的提出，研究工作的基本前提、假设和条件，理论论证，理论在课题中的应用，课题得出的结果等。（第6-7周） 6、完成结论部分。即对整个研究工作进行归纳和综合得出的总结，对所得结果比较和课题尚存在的问题，以及进一步开展研究的见解与建议。结论应该明确、精炼、 完整、准确。（第8周） 7、完成毕业论文（设计）初稿。（第9周） 8、完成毕业论文二稿。（第10周） 9、毕业论文定稿；毕业论文打印；毕业答辩准备。（第11周）
【标准】基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方 家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数 本项目所使用开发板为Real6410 开发板，采用三星公司的ARM11 内核的处理器 S3C6410.开发板上还集成了123 M的DDR 内存以及1 GB NandFlash, 同时预留了
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计 方案 摘要：对基于ZigBee 技术对嵌入式Web 的智能家居远程监控系统进行研究和设计。对家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上，在因特网上设立一个"无线视频网关"WEB 服务器，可供外部访问；实现将家居信息如温度进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑 （Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各
种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数
基于ZigBee的智能家居系统研究与实现
2019年5月 来实现显隐性病毒的有效清除,降低恶性事件发生的可能性。3结束语 总而言之,随着互联网信息技术的快速发展,各种各样的网络安全因素对人们工作生活所造成的影响越来越大,网络信息安全也受到了越来越多人的重视。并且网络信息拥有应用性与综合性相对较强的特征,其不单单属于一项技术问题,还属于一项管理问题,和方方面面的知识都有着十分密切的联系。所以,在进行计算机网络信息安全问题预防管理的时候,应该将各项可能对其造成影响的因素都考虑进去,并以此为基础对网络完全体系进行健全完善,这样才可以将其作用更大程度地发挥出来,给人们的工作生活提供更大的便利,进而为中华民族伟大复兴中国梦的实现提供更有力的支持和保障。 参考文献 [1]强龙龙.计算机网络安全技术的影响因素分析与防范措施探讨[J].信息与电脑(理论版),2019(03):206-207. [2]马保银,王佳星,罗振邦,刘美宏,刘征,麦麦提阿吉·买买提沙吾提,钱基恒,刘赢赢.计算机网络信息安全中的虚拟专用网络技术运用分析[J].中国新通信,2019(03):74. [3]尚永强.基于计算机网络技术的计算机网络信息安全及其防护策略[J].电子技术与软件工程,2018(24):180-181. [4]张艾玲,姜婧娆.项目教学法在《计算机网络管理与安全》课程的应 用探究[J].大连教育学院学报,2018,34(04):61-62. [5]郭军武.涉密计算机信息安全管理体系在测绘行业的设计与实现[J]. 资源信息与工程,2018,33(06):187-188. [6]公安部检测中心成为“计算机信息系统安全专用产品销售许可”检测机构[J].中国安全防范认证,2017(06):3. 收稿日期：2019-4-15 作者简介：李长隆,男,湖北潜江人,工程师,硕士研究生,研究方向为信息安全。 基于ZigBee的智能家居系统研究与实现邵羿晗（江苏省南通市如东高级中学，江苏省南通市226400） 【摘要】随着社会经济的持续发展和居民生活水平的不断提高，家庭室内智能设备被越来越多地应用于人们的日常生活中，基于物联网和人工智能的综合性智能家居系统应运而生。智能家居系统主要由各种家居单元、控制系统和通信网络组成。作为近场通信中的关键技术分类， ZigBee通信技术可以有效提高智能家居系统的信息交换效率，同时有着功耗低、可靠性高的优势。本文从智能家居的概况和发展讲起，就Zig-Bee技术及其在智能家居系统中的作用进行了分析。 【关键词】智能家居；ZigBee；网络协议；系统架构 【中图分类号】TP273.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2019）05-0015-02 1智能家居概况及其发展 1.1智能家居概况 进入21世纪以来,信息化社会的发展不断提速,我们的 生活已经被各种信息化科技产品所包围,人工智能技术和互 联网技术极大改变了人类的生活方式。在新时代的家居生活 中,家居不再只是满足人们休息居住的需求,更多地则是承担 着家庭娱乐、信息交互、提高生活质量的功能,人们试图将家 庭中的各种家具连接在一起,智能地实时控制整个家居系统。 在这样的市场需求下,智能家居应运而生,其以智能控制、网 络通信和传感器技术为平台,在家庭中通过若干传感器收集 家庭的环境信息,例如温度、湿度、亮度、声音等,并采集用户的指示,智能调节家庭中各种家居设备,例如空调、窗帘、灯具等。智能家居完全颠覆了现有的家居生活方式,家居生活不仅变得更加舒适,同时被赋予了更多功能,家庭主人足不出户便可所示访问各种信息,享受各种服务,智能家居将家庭变成了一个个对外的接口,互联网中的所有信息变得触手可及,如图1所示[1]。 智能家居的特点主要有以下几点: (1)家居自动化管理; (2)家居物联网化、信息化; (3)家居信息数字化。 1.2智能家居的发展 智能家居起源于20世纪的美国,著名的企业家,微软公司的创始人—— —比尔·盖茨最早提出了智能家居的概念,当时很多科技企业都纷纷加入智能家居的研发中。1980年,芯片企业霍尼韦尔公司研发了一种全家庭自主智能控制系统,通过此系统主人可以实时控制家庭中的所有用电器,并且可以对各种电器的属性和工作模式统一进行配置,该系统也被认为是史上首款具有真正智能家居意义的智能系统。几乎同一年代,美国麻省理工学院研制出一款名为MAVHOME的智能家居系统,该系统对于家庭中电器的常见设置都有备选,可供用户选择各种情景模式,同时功耗很低,但是连接性和扩展性稍显不足,只可连接最多8个设备。经过几十年的发展和变革,智能家居在全球范围内增长迅速,据统计,截止2108年,美国的智能家居市场规模已接近300亿,同时有超过十万户家庭享受着智能家居带来的便利[2]。 智能家居的发展可以概括为以下的四个重要时期:①20世纪80年代:概念产生期;②21世纪初:产品定型期;③2007-2010年:技术突破期;④2011年至今:融合发展期。智 能 图1智能家居示意图 通信设计与应用15
基于Zigbee的智能家居控制系统
基于Zigbee的智能家居控制系统 摘要:本文介绍了基于Zigbee的智能家居控制系统的组成、开发方案、具体的硬件和软件设计方法以及测试结果。测试表明，本系统能够成功地利用Zigbee技术对家居设备进行无线组网，配合以NiosII软核为核心的系统终端，完成家居信息的实时显示、家居设备的自动控制和自动根据险情进行短信报警等功能，系统工作快速、灵活、稳定，市场前景广阔。 关键词：Zigbee；智能家居；NiosII；远程报警 1 引言 智能家居控制系统是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。随着科技的提高和经济的发展，人们对家居环境的要求越来越高，作为家居智能化的核心部分—智能家居控制系统也越发显得重要。本系统采用Zigbee技术、FPGA技术、自动控制技术和传感器自动检测技术，利用以CC2530为核心的Zigbee模块完成系统组网、传感器数据的采集和传输功能。系统终端以NiosII 软核为核心，完成显示、综合控制和报警等功能。 2系统概述 基于Zigbee的智能家居控制系统以充分利用系统资源完成对家居环境的监测和家居设备的综合控制，为用户提供更方便舒适的家居生活体验为实现目标。用户通过终端查看家居信息、操作系统运行和设定温湿度等环境参数；各家用电器和窗帘等处的电机等家居设备根据传感器采集的相应数据和用户设定等因素，在终端的控制下工作；组网功能由隐藏在家中各处与终端和各传感器、家居设备相连的Zigbee模块完成。 2.1 系统组成 本系统由一个多个节点、一个终端和一台上位机组成。节点由Zigbee模块接入系统终端和传感器、家用电器、电机构成，节点之间的网络拓扑结构为星型网络]1[，其中位于星型网络中心的终端收发节点与作为终端的DE2开发板相连。终端通过上位机软件连接家中的台式电脑，同时终端还与GSM 模块连接以便完成发送短信的功能。系统组成框图如图2.1所示： 图2.1 系统组成框图 2.2 系统功能 为了给用户提供一个安全、舒适、方便的居住环境，使系统对家居设备的控制更便捷高效，同时为用户家庭节约能耗，本系统可以实现以下功能。 （1）检测室内温度并显示在终端显示屏上，同时自动控制空调完成温度调节； （2）结合温湿度和用户是否在家及用户起床的情况自动开启空调、电视机和微波炉； （3）检测家中非法入侵、着火、漏水等情况，同时根据险情对用户进行本地报警和短信报警； （4）早上用户起床后，微波炉、热水器等自动开启，窗帘自动打开； （5）用户可通过上位机控制系统，设定温湿度等参数。 3系统开发方案 本系统利用Zigbee和FPGA技术，以IAR、Nios II和Visual Basic软件作为开发环境，使用DE2开发板和以CC2530为核心的Zigbee模块作为开发工具进行开发。对系统的开发主要分成节点、终端和上位机三个部分进行。 节点间利用Zigbee协议进行无线通信，网络拓扑结构采用星型结构。以CC2530为核心的Zigbee模块不但是无线收发器，还能够作为微控制器完成对传感器、继电器等外围设备的控制。而星型网络结构便于用户在系统中增加和减少节点，且系统可以随时为增加的节点建立无线通信链路。在对Zigbee模块进行开发时，本系统在官方协议栈基础上，对应用层进行开发，使其完成系统组网、传感器数据的采集和传输功能。 终端利用FPGA技术，以NiosII为核心，在DE2开发板完成开发。终端的功能是显示、对家居设备的综合控制和报警等，其中报警功能由终端控制GSM
基于ZigBee的智能家居系统设计
基于ZigBee 的智能家居系统设计 朱同 武汉理工大学智能信息研究所，武汉 (430070) E-mail ：woozie.cj@https://www.wendangku.net/doc/375802720.html, 摘 要：本文主要介绍了基于ZigBee 通信协议的智能家居系统。阐述了该系统的组成和特点。给出了智能家居系统中RF 无线节点模块的软硬件设计方法。并通过该系统分析了ZigBee 在短距离无线通信领域的发展趋势。 该系统符合IEEE802.15.4 协议，便于系统与其它符合该标准的产品联网, 具有良好的通用性和可扩展性。 关键词：ZigBee ，智能家居，无线射频通信 1. 引言 如今，利用无线网络构建智能家居网已经成为势不可挡的发展趋势。相对于有线网，无线网络不仅接入灵活、操作方便而且符合家庭网络的通讯特点，其应用必将大大促进家庭网络智能化的进程。目前实现组建智能家居网络的技术括蓝牙、WiFi 、以及极具发展潜力的ZigBee 。ZigBee 技术是近几年发展起来的一种短距离无线通信技术，合应用在控制和监控场合的无线通信方式。它使用2.4GHz 波段，采用跳频和扩频技术。鉴于ZigBee 技术的低成本、低功耗，低速率的特点，其必将是最符合智能家居控制的无线通信方式之一[1]。 2. 智能家居系统结构 智能家居系统以家庭为单位进行设计, 每个单位都拥有一个独立的协调器、多个无线通讯ZigBee 节点模块。在协调器和每个子节点上都接有一个ZigBee 无线通信收发模块, 数据通过这些模块在协调器和子节点之间进行传送。系统组成如图1。 ZigBee 家电设备 RF 模块 协调器
3.RF无线通信收发模块设计 3.1 RF无线通信收发模块硬件设计 RF节点的硬件电路主要由控制模块和无线通信收发模块组成。控制模块通过与RF芯片之间的数据交换。完成节点收发数据处理。并根据通讯数据完成对外围器件的控制。RF模块符合IEEE802.15.4协议，完成节点与协调器之间无线通讯。 3.1.1 RF协议芯片的选择 CC2500是Chipcon推出的一款符合IEEE802.15.4标准的片上ZigBee产品，RF的频率范围从2400 MHz到2483.5 MHz。该芯片具有体积小（4x4 mm package, 20pins）价格低，功耗低，灵敏度高的基本特点。此外CC2500配置自由度非常高，可以对频率使用范围，数据率，发送接收功率，接收滤波器的带宽，以及信号收发模式进行自由配置。CC2500收发数据包的格式也可以用户根据自己需要进行配置。如图2所示，CC2500共有6个引脚与MCU的I/O口连接，其中SI、SO引脚完成RF数据的传送，对CC2500芯片的用户功能配置是通过GDO0和GDO1引脚来完成的，此外GDO0和GDO1引脚还可以作为功能检测引脚，通过这两个引脚上的输出数据，用户可以查看RF芯片的工作模式、信号的强度、FIFO数据状态等等，为开发和使用者提供了一个直观的系统监控平台。 3.1.2处理器的选择 处理器是传感器节点的核心，在选择时，必须满足体积小、集成度高、功耗低且支持睡眠模式、速度足够快、成本尽量低等几个要求。TI公司的MSP430F135，系列的单片机同样以低功耗著称，这样的选择使整个硬件系统功耗极低，非常适合各种小型无线应用。该款单片机只有一个标准UART接口，作为与上位机通信的接口。CC2500与MCU之间使用I/O 口模拟SPI总线时序来实现数据通信。 另外系统中采用了CP2102作为系统的USB接口，以便于二次开发， CP2102内部的电压转换器为MCU和CC2500提供了3V的工作电压。在开发中只用使用一根USB线就可以达到供电和节点与上位机通信的目的。
智能家居论文：基于ZigBee技术的智能家居系统
智能家居论文：基于ZigBee技术的智能家居系统 【中文摘要】智能家居就是利用网络连接设备将家庭生活中的各种电子设备、电器等关联起来,以便实现对家用设备和生活环境的智能化管理、远程监控以及资源共享。目前,市场上流行的智能家居产品功能不尽完善,因此在一定程度上远不能满足人们对智能化生活的需要。鉴于此,我们以ATmega8、ATmega128L+CC2420开发套件为核心硬件,基于ZigBee技术设计了智能家居系统。该系统模拟实现了如下功能:控制有线连接的模拟家电;通过ZigBee模块实现远程控制模拟家电;利用传感器收集家居环境并反馈;设计了多个可扩展模块,用来加入后续的家电。本文设计的智能家居系统由三大功能模块组成,即用户控制模块、模拟家电模块、ZigBee控制模块,用户可以通过用户控制模块中的按钮实现对模拟家电工作状态的查询和控制。模拟家电模块用于模拟家电状态,并在界面上显示。ZigBee模块实现了无线通信和远程控制,并提供了监视系统环境的功能,该模块将家居环境信 息以帧的形式发送给主控制器。实验结果表明,我们设计的智能家居系统界面简洁易于操作,可以满足用户对特定家电的控制要求,同时 通过观察界面上的环境系数,实时监控整个家居环境。测试结果表明本系统达到了预期的设计目标。 【英文摘要】Smart Home is the using of network-connected devices to connect various electronic equipments in the family life, in order to achieve intelligent management, remote
基于Zigbee无线技术的家用电器自动控制的研究
基于Zigbee无线技术的家用电器自动控制的研究 摘要：随着时代的发展，人们对于日常生活的智能化要求越来越迫切。随着上世纪80年代美国康乃迪克州哈特佛市的第一栋智能建筑稍微的诞生，全世界掀起了智能家居的建设热潮。当今时代可以说是信息时代，当今时代最重要的特点就是信息的数字化、网络化。互联网的飞速发展，互联网骨干网的带宽每半年的发展速度倍增。宽带接入网络的日益普及，信息高速公路的最后一个问题已经得到解决。目前智能家电正在不断普及，大多数智能家电都有自动控制部件，即所有的信息已经数字化，这为家电的网络化打下了技术基础。 关键词：嵌入式ARM；Zigbee；家电控制 1 研究现状和发展趋势 1.1 国外发展状况 在欧洲，数字家庭网络的核心主要是指建设的多媒体家庭平台，它的核心是电视网络，利用机顶盒对卫星广播和有线信号的接收和发送，实现完整的电子商务，银行的交互式操作转让等服务。美国数字家庭网络主要是在运营商带动的情况下提供智能信息服务。英国电信利用家庭网关技术控制数字家庭网络，家庭网关技术可以为用户提供有线，无线上
网，调制解调器，防火墙，家长控制等服务。 1.2 国内发展状况 我们的家庭网络处于起步阶段，随着家庭网络产品和产业的成熟，在国内的发展家庭网络系统显示以下特点：（1）市场潜力。因为房地产是热点，因为其下游产业的一部分，家庭网络市场前景非常乐观。（2）市场竞争的无序阶段。家庭网络行业正处于导入期，没有统一的标准，大多数产品都是相似的。（3）市场是一个需要逐步培育和引导阶段。大规模的价格战，广告战，服务战还没有爆发，比较分散，市场认知和接受，市场占有率不高。与服务供应商争先恐后的产品相比，智能家居产品到用户终端的步伐有点慢。（4）为面向家庭网络市场的巨大需求，市场区域存在不均衡的状态。 1.3 智能家庭的问题与发展趋势 智能家居的发展面临着以下四个主要方面的问题：（1）产品成本：目前的高价位的智能家居市场。（2）系统功能。复杂的操作系统，产品性能缺乏稳定性和可靠性。（3）标准协议：设备厂商的接口标准和协议有很大的不同，使他们生产的家庭设备不能与智能家居系统兼容更好。（4）售后服务：中国的智能家居厂家配套还不成熟，未能形成售后服务匹配系统，当出现问题时，该产品销售和维修是不能够满足用户的需要。 未来的智能家居管理终端将基于嵌入式Linux，Android
基于Zigbee的智能家居系统毕业设计
henhuangmahenshuang 毕 业 论 文 课 题基于Zigbee 的智能家居系统设计 学生姓名 基于Zigbee 的智能家居系统设计 系 别基于 Zigbee 的智能家居系统设计 专业班级 09通信（1）班 指导教师 二 ○ 一 年 学 号_______ ___
铜陵学院毕业设计 目录 摘要.............................................................. III Abstract............................................................... IV 第一章绪论......................................................... - 1 - 1.1本课题的背景和意义.......................................... - 1 - 1.2国内外智能家居发展概况...................................... - 1 - 1.2.1 国外智能家居发展概况.................................. - 1 - 1.2.2 国内智能家居发展概况.................................. - 1 - 1.3智能家居系统组网技术........................................ - 2 - 1.4智能家居系统设计需要解决的问题.............................. - 3 -第二章 ZigBee 技术研究.............................................. - 4 - 2.1 ZigBee技术简介............................................. - 4 - 2.2 ZigBee协议组成............................................. - 4 - 2.3 ZigBee网络配置............................................. - 5 - 2.4 Zigbee技术的特点........................................... - 7 -第三章智能家居系统总体设计方案..................................... - 8 - 3.1智能家居系统需求分析........................................ - 8 - 3.2智能家居系统功能描述........................................ - 8 - 3.3智能家居系统结构............................................ - 8 -第四章系统硬件设计..................................................................................................... - 10 - 4.1 ZigBee通信模块硬件设计. ................................... - 10 -第五章系统软件设计................................................ - 12 - 5.1 ZigBee网络设备软件........................................ - 12 - 5.2Zigbee绑定机制的引入....................................... - 15 - 5.3智能家居管理界面设计....................................... - 15 -第六章总结与展望.................................................. - 17 -参考文献........................................................... - 18 -
基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计—课程设计论文
机器人3课程设计（论文） 题目：基于Zigbee技术的智 能家居控制系统设计
基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计 摘要 随着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。信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。 关键词: Zigbee ；Z-Stack；CC2530芯片；智能家居
The Design of Smart Home Control System Based on ZigBee Technology Technology ABSTRACT With the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment. Information society has changed people’S lifestyle and work habits to make intelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches more and more people’S attention.Therefore the topic about the integration and management of various communication equipments in home，household appliances and home security devices combined by the intelligent home c ontrol system remotel， has become a hot research point in recent years． Key words: Zigbee; Z-stack;CC2530;Smart Home
基于ZIGBEE的智能窗帘控制系统
基于Z I G B E E的智能窗 帘控制系统 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
河南科技学院 2015-2016学年第二学期期终考试 无线传感器网络 题目：基于ZIGBEE的智能窗帘控制系统 专业班级： 成员：（包括学号、姓名） 教师：曲培新 完成时间：
目录
1.需求分析 基于 Zigbee技术的智能窗帘控制器作为物联网智能家居中的核心部分，可以大大提高智能家居系统给用户带来的体验度。它可以定义为一个过程或者一个系统，通过无线传感器网络技术、射频识别技术等，将物理世界中的实体连接到因特网上，从而实现智能识别和管理。在物联网环境下，人们可以通过各种设备全天候获得特定服务。不仅仅是通过个人电脑，那些连接到互联网的智能终端也可以方便地为人们提供信息和执行决策。作为物联网的典型应用，智能家居业务发展备受瞩目。智能家居可以让用户有更便捷的方式来管理家用设备，使多个设备形成联动；而且，智能家居中的各个设备可以相互间通信，在没有用户指挥的时候也能根据不同的状态互动的运行，从而为用户带来更高效、舒适、方便和安全的家居环境。【前人研究进展】以往的智能家居系统以及各类智能传感模块都PC 为控制心，采用有线的方式连接。每次安装智能家居系统都需要做大量的布线工作。随着我国物联网进发展的快车道，Zigbee正逐步被国内越来越多的用户接受，并在部分智能传感器场景应用。简单的说，Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，类似于 CDMA 和 GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站，通讯距离从标准的75m 到几百米、千米，并且支持无限扩展。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、高速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输以及典型的有周期性、间歇性和低反应时间数据传输。基于Zigbee技术的物联网智能家居系统与以前的主机式集中控制系统的最大区别是采用基于Zigbee组网通信方式，省去了复杂、困难的布线工作，降低了成本，实现了家居的智能化。【本研究切入点】以嵌入式家庭网关为核心，采用基于Zigbee无线方式对系统中的各类智能模块进行通信。【拟解决的关键问题】基于基于Zigbee技术的智能窗帘控制系统作为智能家居的有机组成部分，在其中加入基于Zigbee模块，使得该智能窗帘控制系统可以和整个智能家居系统组成一个网络，达到对家庭窗帘环境的全天候、多手段的监视和控制 2. 总体设计 CC2530是用于、ZIGBEE和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SOC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和
基于ZigBee的物联网智能家居系统设计
基于ZigBee的物联网智能家居系统设计 摘要基于ZigBee技术的物联网智能家居系统的设计实现是针对传统嵌入式家庭网智能家居系统中存在的问题和不足，通过对于家居内环境设备以及人员等数据信息的采集，借助物联网实现数信息的传递，进而通过用户界面实现智能家居系统运行状况的监视，以实现家居环境质量与生活水平的改善提升的一种智能化信息系统。本文将在对于ZigBee技术特征与优势分析基础上，对于基于ZigBee技术的物联网智能家居系统结构与设计实现进行分析研究，以促进在实际中的设计应用。 【关键词】ZigBee技术物联网智能家居系统结构组成设计实现分析研究 智能家居系统是一种通过家居平台应用自动控制技术以及通信技术、计算机网络信息技术等先进技术手段设计实现的家居设施互联管理系统，能够实现家居环境以及生活质量的改善提升，具有积极作用和意义。近年来，随着社会经济的发展以及人们生活水平的不断改善提升，对于居住环境质量以及生活品质要求也越来越高，为了满足人们对于家居生活这一需求，智能家居系统在实际中设计应用也越来越多。早期的智能家居系统设计实现主要是以嵌入式家庭网关
作为系统设计与应用实现的中心，在实际家居环境与质量的运行监控中有很大的局限和不足，基于ZigBee技术的物联网智能家居系统则是以物联网作为智能家居系统的设计应用中心，同时在对于ZigBee技术应用实现的基础上，实现对于家居环境、设备以及人员信息的采集，并传给物联网，通过物联网将收集信息传送到互联网的服务器只中，从而通过用户界面在与服务器连接基础上实现对于智能家居系统中各个系统结构的运行情况进行监控管理，以保证家居环境与质量情况等处于良好运行状态，整个系统与传统的智能家居系统相比，具有更为突出的稳定性和可靠性，系统的运行应用优势更为突出。 1 ZigBee无线传感网络技术及其特征优势分析 在网络信息技术中，ZigBee无线传感网络技术作为一种新技术，本身具有无线网络通信技术的特征优势，能够进行近距离的无线连接传输，并且在实际的网络通信传输中主要是以实现近距离、低成本以及低能耗、高安全性的双向网络通信传输作为发展应用目标的，其在进行数据信息的无线通信与传输过程中，主要是以IEEE802.15作为技术标准，具有突出的网络传输信息容量大以及安全可靠性强、兼容性高等突出的特征优势，在实际通信传输中的应用相对比较多。 首先，ZigBee无线传感网络技术在实际通信传输应用中的网络通信传输数据信息容量大特征，主要体现在应用