“你看，zigbee無線技術就是好，只要拿著一部手機，就搞定了一天的吃喝拉撒睡，智能家居給我帶來了很多便利和快捷，真是想不到啊”。隨著時代的發展，人們將更多的注意力放在了生活環境的安全性、舒適性和便利性上，從而出現了智能家居的概念。智能家居控制系統使人們可以對家居內的任意電器進行數字化控制，利用計算機技術、網絡通訊技術將與家居生活有關的各種設備有機地結合在一起，進行集中管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。本文以ZigBee技術對智能家居內部進行無線網絡組網，通過ZigBee無線傳感器網絡節點的設計，實現節點對各種傳感器信息的采集、傳輸和控制功能。
一、Zigbee無線技術
ZigBee無線技術是一種強調極低耗電、極低成本的短距離無線網絡技術，遵循IEEE802.15.4標準。它專注于低速率傳輸控制，網絡容量大，時延短，提供數據完整性檢查，加密算法采用AES-128，網絡擴充性強，有效覆蓋范圍為10～75m，具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭環境，通信頻率采用2.4GHz免執照頻段。
ZigBee是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發的，有關組網、安全和應用軟件方面的技術標準。IEEE802.15.4僅定義了MAC層和物理層協議，而ZigBee聯盟則對其網絡層和應用層進行了標準化。ZigBee聯盟還開發了安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網絡的遠距離傳輸不會被其他節點獲得。
二、zigbee無線傳感器網絡系統結構設計
無線傳感器網絡系統主要由傳感器、無線網關構成。
無線傳感器網絡采用樹狀結構，網絡中有一個網關，負責整個網絡中數據的處理、轉發以及網絡的管理。終端節點（傳感器節點）上電復位后，會搜索協調器節點，當能夠搜索到協調器時，直接申請加入網絡。當終端節點搜索不到協調器時，這時就會通過路由器節點找到協調器來加入網絡。
加入網絡后保持待機狀態，當有數據需要發送時，按照組網時的路徑來收發數據信息。無線網關通過串口與PC機相連，利用超級終端實現發送命令或者顯示數據。
三、傳感器模塊與無線網關模塊
傳感器模塊亦即是終端節點模塊，由傳感器、處理器CC2430、天線、LED指示燈、時鐘等部分組成。LED指示燈由P1.0、P1.1口控制。傳感器模塊就是在協調器模塊的基礎上去掉了LCD，而加入了傳感器。傳感器選用了DHT11溫濕度傳感器，與P0.0口相連，來負責數據采集。無線網關模塊與傳感器模塊的硬件電路相同，只是在編程實現功能上有所不同。
四、無線網絡系統軟件設計
在ZigBee網絡中，只有那些可以成為ZigBee協調器的設備才能建立新網絡。協調器首先執行信道掃描，如果發現了一個合適的信道，協調器就要為新網絡選擇一個PANID，然后協調器進入*狀態，隨時響應其他節點的入網請求。
ZigBee網絡有兩種設備類型：全功能節點（FFD）和半功能節點（RFD）。RFD為終端節點，FFD可以作為協調器或路由。軟件設計包括網絡協調器程序以及路由器、終端節點程序。它們均包括初始化程序、協議棧配置、組網方式配置程序、各處理層設置程序以及發射程序和接收程序。初始化程序主要是對CC2430、協議棧、UART串口等進行初始化；發射程序將所采集的數據通過CC2430調制并通過DMA直接送至射頻輸出；接收程序完成數據的接收、遠傳及返回信息處理。
程序主要分為2部分，網絡協調器程序以及路由器、終端節點程序。
對于網絡協調器主程序，首先初始化CC2430，然后初始化協議棧。之后程序建立一個新的網絡，確定網絡的ID號和頻道號。之后程序開始進入監測狀態。如果有新的設備請求加入網絡，則為其分配網絡地址，批準其加入網絡。同樣，協調器接收終端設備無線發送來的信息，并通過串口發送給上位機，或者從上位機得到命令，發送過終端設備。
對于路由器、終端節點程序，首先初始化CC2430，然后初始化協議棧。之后程序開始搜索網絡，當附近存在網絡時，則申請加入網絡。之后程序進入待機休眠狀態。如果終端傳感器有信息要發送，或者接收到協調器的命令，則喚醒設備，進行無線發送或接受。當事件處理完時，重新進入待機休眠狀態。
五、系統實現
系統的功能主要包括以下幾個方面：建立樹狀網絡拓撲結構；查詢網絡中各節點信息和傳感器數據，如電池電量、節點溫度信息等；控制節點的開關功能。本系統使用了4個無線網絡節點，這樣能夠組成一個基本的無線網絡。并且根據情況做了多種組網測試：
1）1個協調器節點，3個終端節點；
2）1個協調器節點，1個路由器節點，2個終端節點；
3）1個協調器節點，2個路由器節點，1個終端節點。
在2）和3）情況下，根據節點與協調器節點之間距離、各節點彼此之間距離的不同，又會產生多種組網方式。例如2）情況下，終端節點離協調器近的話，會直接與協調器連接；而當搜索不到協調器時，就會通過路由器來連接。
智能家居系統的終端節點可以包括許多內容，從而實現一些子系統。例如：照明系統，調溫系統，報警系統，家電控制系統等。在我們設計的無線網絡系統中，實現了遠程控制燈開關照明；利用DHT11溫濕度傳感器實現終端節點的溫濕度監測，其信息能夠在PC機上很好的顯示出來。
六、結束語
針對我國智能家居快速發展的背景，南京物聯傳感對基于ZigBee技術的智能家居組網進行了軟硬件設計。ZigBee無線傳感器網絡系統以CC2430無線射頻芯片為核心，節省了成本，并且終端節點小巧，放置靈活，功耗極低，提高了監控能力，再加上采用樹狀網絡結構使得通信更加可靠，易于控制，非常方便實用，并且成本低廉。因此，ZigBee無線技術在智能家居方面將會有廣闊的應用前景。
