ZigBee短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用.docx

MSP430F1491 SPI CC2420
图 1 基于 ZigBee 协议的无线通讯硬件结构
大连理工大学 张 军 刘广益
［摘 要］本文介绍 ZigBee 短程无线通讯技术在智能家居系统中的应用，说明了无线通讯技术的应用给智能家居系统
带来的方便灵活的优越性；讨论了 ZigBee 短程无线通讯在智能家居系统中软硬的实现方法并讨论了射频 PCB 板的 设计要点。
［关键词］无线通讯 智能家居 ZigBee
1. 引言
“智能家居系统”是将家庭中各种与信息相关的通讯设备、 家用电器、家庭安防装置等，通过家庭总线技术（网络技术）连 接到一个家庭智能化平台上，进行集中或远程监视和控制并管 理家庭事务，保持这些家庭设施与生活需求和住宅环境的和谐 与协调。与普通家居相比，智能家居由原来的被动静止结构转 变为具有能动智能的工具，除了提供全方位的信息交换功能， 还能帮助家庭与外部保持信息交流畅通。
当前设计的智能家居系统设备之间的连接方式多以综合 布线为主。综合布线是在楼宇和园区范围内，利用双绞线或光 缆来传输信息的一种方式，由于综合布线具有需要事先规划、 预留布线冗余，一经使用很难大规模改动布线格局等诸多弊 端，近年在很多场合综合布线技术被无线通讯设备网络所替 代。
无线通讯的智能家居网络就是将家庭内部的各种设备通 过无线通讯技术连接起来，这样做省却了大量用于综合布线的
人力和物力，随着无线通讯技术的迅猛发展，将其应用到智能
家居网络已经成为现实。
ZigBee 技术是以 为基础的一种短程无线通 讯协议，具有低功耗、低价格、低复杂程度的优点，特别是 Zig-
Bee 的 Mesh（网状网络）是一种特殊的网络拓扑结构，具有自动 配置、自动愈合和干扰小的特点，特别适合家居系统这类网络
拓扑结构不固定、具有移动性特征的网络使用。所以在无线家 居网络中使用 ZigBee 技术成为学术界和业界的研究热点。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进 程。
本文设计一种用于智能家居的以 MSP430 系列单片机和
CC2420 射频芯片为硬件平台的基于 ZigBee 技术的无线模组。 文章对无线模组软硬件设计问题进行了分析，并对如何设计射 频线路板提出了建议。
2. ZigBee 短程无线通讯技术在智能家居系统中的作用
“无线智能家居系统”，由一个系统控制中心和诸如门禁控 制终端、电源管理终端、Internet 网关管理终端、程控电话管理终 端等多个终端设备组成。终端与控制中心之间的通讯由基于 ZigBee 短程无线通讯技术的射频模组完成。
“系统控制中心”是利用嵌入式控制技术设计的用于家居 系统中分析、处理家庭事务，协调家居系统中各个终端节点完
成智能采集环境数据、控制节点设备工作的处于家庭网络中心
位置的主要控制设备。各个“终端设备”是具有智能传感器功能 或可以被触发具有一定控制功能的设备。系统控制中心采集数 据或控制终端设备的桥梁是基于 ZigBee 技术的无线通讯模组。
应用 ZigBee 技术组件无线网络具有以下优点。
（1）低功耗。在低耗电待机模式下，单个节点工作长达 24
个月。
（2）低成本。通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要 求，而且 Z