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摘要
近年来人们对生活环境智能、舒适、安全要求越来越高，并伴随着计算机技术、通信技术的发展，智能家居便应运而生。然而随着智能家居的发展，所需要环境监测数据变越来越多，这就需要一种安装便捷，实用并且价格合适产品出现。有线传感器系统需要大量的布线，安装费用高的同时维护也很不方便，并且在一些建筑物中无法布线。随着物联网的发展，zigbee渐渐走入人们的视野。Zigbee 低功耗、低成本、低速率的短距离的优点。Zigbee组成的无线传感器网络具有维护成本低、组网灵活、部署方便的特点，仿佛是为了无线智能家具而生的。将zigbee技术与智能家具结合有很好的应用前景。基于此本文选择了zigbee无线通信技术来组件无线智能家具网络。本文组织结构如下：
首先，分析了智能家居的发展、以及无线传感器网络的发展，结合智能楼宇的特点，讨论了无线传感器网络在智能家居中应用的优越性。然后介绍zigbee 技术，深入研究ZigBee 协议各个通信协议层的结构与功能，在此基础上，选择采用ZigBee 星型网络拓扑模型实现智能楼宇传感器网络系统。
然后介绍本设计采用的硬件，硬件采用无线龙ZigBee开发套件。ZigBee网络无线传感器节点采用低功耗微控制器CC2530，节点采用96X16液晶显示，USB 接口，电池供电，具有经济、高效、方便、快捷、可视性、并可重复使用。软件方面，根据Zigbee联盟制定的标准，利用德州仪器(TI)推出业界领先的ZigBee 协议栈(Z-Stack)。Z-Stack装载在一个基于IAR开发环境的工程里。
经测试，本文的无线节点数据传输可靠，通讯距离满足需求；节点能量消耗少、估算电池使用寿命长，设计实现了能长时间工作的智能楼宇环境监测系统，具有智能化、低成本、低功耗的特点，同时对ZigBee 的其它扩展应用具有参考价值。
关键词：环境监测，智能楼宇，无线传感器网络，ZigBee，CC2530
ABSTRACT
In recent years,pepole more and more like a living environment more smart, comfortable, safety and accompanied by the development of computer technology, communication technology, intelligent home have come into being.With the development of the intelligent home, however, the required environmental monitoring data become more and more, which requires an easy to install, practical, and the price is right product.Wired sensor system requires a lot of wiring, installation costs, while maintenance is also very convenient, and in some buildings can not be wiring.With the development of Internet of Things, the zigbee getting into people's vision. Zigbee is low power, low cost, low-rate short-range .Zigbee wireless sensor networks have to maintain a low cost, flexible networking, and easily deployable, as if born to wireless smart furniture. Zigbee technology and intelligent furniture combined with a good application prospect. Then, this article select zigbee wireless communication technology to the components of wireless smart furniture network. The paper is organized as follows:
First of all, thisi article describe the development of the smart home, as well as the development of wireless sensor networks. Then combined with the characteristics of intelligent buildings, to discuss the advantages of a wireless sensor network applications in the smart home. And then introduce the zigbee technology, in-depth study of the structure and function of each communication protocol layer of the ZigBee protocol, and on this basis, select the ZigBee star network topology model of intelligent building sensor network system.
Then describes the hardware used in this design. Harware use wireless Long ZigBee development kit.Wireless sensor nodes in a ZigBee network using low-power micro-controller CC2530 nodes ,using 96X16 LCD, USB, battery-powered. This kits is economic, efficient, convenient, fast, visibility, and can be reused. Software, according to the standards developed by the Zigbee Alliance, Texas Instruments (TI) introduced the industry-leading ZigBee protocol stack (Z-Stack). Z-Stack is loaded in a works based on the IAR development environment.
Been tested, this design and implementation of intelligent building environment monitoring system has reliable data transmission of the wireless nodes, the communication distance to meet the demand; node energy consumption is low , battery can work long hours. This system has intelligent, low-cost, low powerconsumption characteristics. ZigBee expansion application has a reference
value
Key words：environmental monitoring, intelligent buildings, wireless sensor networks, ZigBee, CC2530
目□□录
本科毕业论文..................................................................................... 错误！未定义书签。基于zigbee的智能家居系统设计....................................................... 错误！未定义书签。XXXXXXX学院 ..................................................................................... 错误！未定义书签。ABSTRACT (3)
第一章绪论 (6)
1.1 课题研究背景 (6)
1.2智能家居的国内外发展现状 (7)
1.3基于zigbee的无线传感网络的起源与发展 (7)
1.4无线传感器网络和智能家居结合的必要性 (9)
1.5论文组织结构 (10)
第二章 zigbee技术介绍 (11)
2.1 短距离无线通信技术对比 (11)
2.1.1 zigbee的技术标准 (11)
2.2.2短距离无线技术对比 (11)
2.1.2蓝牙 (12)
2.1.4 IrDA (12)
2．1.5 Zigbee (12)
2.1.6 ZigBee 技术抗干扰特性分析 (13)
2.1.7 小结 (14)
2.2拓扑结构 (14)
2.3zigbee协议分析 (15)
2.3.1．物理层协议规范 (16)
2.3.2 MAC 层协议规范 (17)
2.3.3 网络层 (18)
2.3.4．应用层协议规范 (19)
第三章硬件设计 (21)
3.1 系统总体设计方案 (21)
3.2 核心部件的设计要求 (21)
3.2.1 处理器模块 (21)
3.2.2 无线通信模块 (22)
3.2.3 传感器模块 (22)
3.2.4 外围模块 (23)
3.2.5 小结 .......................................................................... 错误！未定义书签。
3.3硬件电路设计 (23)
3.3.1 CC2530简介 (23)
3.3.2 节点设计 (25)
3.4.1温度传感器模块 (29)
第四章系统软件设计 (34)
4.1 ZigBee无线软件开发平台 .................................................... 错误！未定义书签。
4.1.1 Z-Stack简介............................................................. 错误！未定义书签。
第一章绪论
1.1 课题研究背景
物联网被称为继计算机之后，世界信息产业的另一个的技术革命，备受各国家研究机构关注。互联网无处不在，智能家居，智能交通，环境监测，政府的工作，物流，快递，酒店管理，医疗保健都有广泛的应用。只要在日常的事物中配置的RFID标签，便可实现与物联网的联通，形成一个庞大的物联网系统。物联网的存在使得即使在千里之外，仍然可以很容易的得到物品的信息。
随着物联网概念的提出及相关技术的发展，随着人们对生活的更加舒适、安全、便利、环保得要求提高，智能家居系统成为物联网应用的一个具体领域便成为必然发展趋势。利用物联网技术，可以实现在住宅集成智能建筑、网络通信、环境监测、家电灯光的家庭自动化系统。
物联网需要的各种信息技术和手段，结合数字化社区和互联网可以发挥最好的功能就是生命系。在国内的智能家居物联网的概念尚未提出之前，已经将近十年，但智能家居行业的发展是非常曲折，规模仍然是有限的。事情推大力宣传和媒体企业，社会上的智能家居的关注已经达到前所未有的高度。
从传统的家庭不同，智能家居是住宅平台，综合布线技术，网络通信技术，安全技术，自动控制技术，音频和视频技术，和相关设施的家居生活一体化，建立高效的住宅设施的日常事务家庭管理系统，提高家庭安全，方便，舒适，美观，环保节能的居住环境。
物联网需要各种信息技术和手段，结合数字化社区和互联网，才能发挥处物联网生活的最佳功能。在物联网的概念还未提出之前，智能家居在国内已经有了近十年的历史，但是智能家居行业的发展十分曲折，规模仍然有限。现在由于政府对物联网的极力推崇和媒体商家的大力宣传，社会各界对智能家居的关注达到了前所未有的高度。
与传统家居不同的是，智能家居是指以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术，将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日常事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
智能家居管理系统功能的实现需要获得大量环境数据作为调控基础，这些数据主要依靠各种类型的传感器获得。随着环境监测功能的增多，所需的传感器也越来越多。使用有线传感器组成的监测网络布线量大、安装和维护费用高、不易扩展，并且在部分建筑物的部分位置难以布线。而无线传感器网络具有成本低、安装和维护方便快捷、运作和更新费用低等优点，能够实时监测、感知和采集各
种环境或监测对象的信息[3-6]，适合应用于楼宇内的环境监测，正逐步走向实用。
1.2智能家居的国内外发展现状
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。
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各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。1998年5月新加坡举办的“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(住宅小区所5000户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国己有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”121
近几年，在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，我国智能家居行业逐渐形成，可用的、接近现实需求的产品不断增加，集成商、开发商以及装修公司己经积累了很多经验。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统己成为当前社会一个热点问题。而国家政府机构及各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家庭网络的标准化制定工作，为中国智能家居的发展提供了一个开放的标准化平台，指明了智能家居研究领域正确的发展方向。目前我国的家庭智能化系统还处于从无到有的初级发展阶段，家庭智能化系统构成形式和手段还没有统一的标准，各大厂家也适时推出了自己的智能家居系统，如科龙集团研制的“智能网络家居系统”，海信的“智能家居控制系统”，清华同方的“e-Home数字家园”等，一时间国内智能家居领域呈现百家争鸣的局面。尽管智能家居在我国起步较晚，但大有风行正健之势。
1.3基于zigbee的无线传感网络的起源与发展
随着通信技术、计算机网络技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，无线传感器网络(WSN Wireless Sensor Network) 成为当今国内外研究的一大热点。无线传感器网络是由大量的，具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布网络系统，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并具有控制、监视、计算等功能。无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注，世界各国的科研机构和科研人员对无线传感器网络的研究投入了极大的热情。在近年来，无线传感器网络发展迅速，技术已逐渐成熟。
无线传感器网络(WSN)最早出现20 世纪70 年代的美国，那时美国正处在冷战时期，为了在海底战争中进一步研究反潜战，每年投资1000 万美元，开发出了一套探测上百公里以外的引擎声音的声音监测系统。除海战以外，美国还相应为空军开发了空中预警及控制系统。这些早期的传感器网络都是采用单点对单点的通信手段，分级处理信息，结构简单且费用昂贵。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行无线传感器网络技术的研发。目前美国所有著名高校基=几乎都有研究小组在从事WSN相关技术的研究，欧洲很多国家也加入WSN的研究工作。
Zigbee 技术由于具有低能量消耗、低成本、低速率传输、构建多种网络等优点，被很多公司重视。像TI、Microchip、Ember、OKI、NEC 等都推出基于ZigBee 的开发平台，TI 推出了CC2430 的开发平台、Freescale 则推出MC13192 的评测平台。无线传感器网络技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。
国内在传感器网络系统方面的研究起步较晚，首次正式启动出现于1999 年中国科学院《知识创新工程点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中，该领域是五大重点项目之一；2001 年中国科学院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心，旨在引领中科院WSN 的相关工作；2002 年，北京大学、清华大学、南京大学、哈尔滨工业大学等高校的研究机构都开始了传感器网络系统研究；国家自然科学基金已经审批了与WSN 相关的一个重点课题和多项课题，2003 年国家自然科学基金作为面上项目资助，上海市科学技术委员会列为2003 年度第三批重大科研攻关课题。2004 年，将一项无线传感器网络项目(面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论)列为重点研究项目，2005 年，将网络传感器中的基础理论和关键技术列入计划。2006 年将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究项目。国家发改委下一代互联网(CNGI)示范工程中，也部署了WSN 相关的课题。在一份我国未来20 年预见技术的调查报告中，信息领域157 项技术课题中有7 项与传感器网络直接相关。2006 年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了3 个前沿方向，其中2 个与WSN 的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。我国2010 年远景规
划和“十五”计划中，将WSN 列为重点发展的产业之一。
总体上国内关于无线传感器网络的研究还处于刚刚起步的阶段，大部分工作仍是在针对网络协议的设计仿真和实验阶段，而且国内自行研制的无线智能传感节点较少，都是购买Mote 产品进行前期探索，这方面同国外的差距较大。由国内外无线传感器网络的研究现状可见，无线传感器网络系统研究有着巨大的科学意义和应用前景，已经成为当今前沿性的热点研究方向之一，必将成为对21 世纪产生巨大影响力的高新技术之一。
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
目前，市场上存在诸多无线技术，大多数的应用目标旨在提高所传输数据的速率和传输距离。而对于诸如工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制网络等应用中，系统所传输的数据量小，传输速率低，系统所使用的终端设备通常为采用电池供电的嵌入式设备，如无线传感器网络，因此，这些系统必须要求传输设备具有成本低、功耗小的特点，针对这些特点和需求，由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司及荷兰飞利浦等公司在2002年共同宣布组成Zigbee技术联盟，共同研究开发Zigbee技术。目前该技术已吸引了上百家芯片公司、软件开发商、系统集成商等公司等的加盟，而且，这个技术联盟还在不断地发展壮大
1.4无线传感器网络和智能家居结合的必要性
目前国内智能家居控制仍多采用传统控制方式，传统控制系统一般是通过有线的方式来组建的，功能需求越多安装越复杂，它具有以下几个弊端：
1.布线复杂，安装空间大
2.电缆用量大，浪费材料
3.系统功能固定，扩展性差
4.运行维护成本高，损耗能量
5.移动性能差，且影响美观
随着Zigbee无线通讯技术的发展，智能家居行业能够冲破这种“有线”的束缚，使民众有望体验安装简单、调试维护方便、价格合适的无线智能家居带来的轻松、便捷的生活。
随着时间的推移，Zigbee技术将会变得越来越完善，它在智能家居的应用也
会变得越来越多，Zigbee无线智能家居将逐渐成为主流。试想一下，家居设备之间不用通过任何“线”的连接，而是通过Zigbee协议连接成一个物联网络进行通讯。在家居空间内，人们在任意地方可以随意地控制家居环境中的设备，享受智能家居带来的惬意和轻松。
新一代的无线智能家居网络，将以无需布线和使用相对自由，建立起人们对无线家居设备的全新体验和享受。它组网灵活，成本低廉，消除了开槽、穿墙等繁琐的工作程序，总体费用低；移动性强、扩张性强，可摆脱“线”的限制，在设定的覆盖范围内，用户可轻松接入到家居设备网络系统。
无线家居智能家居主要具有以下几点优势特征：
（1）维护简单；由于没有复杂的布线，使智能家居的系统维护变得非常简单，无需破坏墙面等设施就可以轻松进行维护。
（2）无线自动组网；它能实现无线短距离通信传输，感知信息通过自组织联网实现信息传输。自动组网、自主修复的能力。和上一代采用315M射频技术的智能家居系统相比，Zigbee可以实现自动组网，免去主控机和外围设备之间的手动对码的麻烦，大大简化了智能家居系统的调试，是智能家居系统真正实现智能化。
（3）实现双向通讯功能；Zigbee网络具有双向通讯的功能，使安防报警等需要方向通讯的模块可以通过无线接入到智能家居系统，彻底摆脱布线的烦恼。
（4）性价比高；无线家居移动灵活、扩张性强，还具有低成本，低功耗的特点，符合“低碳生活”的绿色家居概念。
（5）安装简易；无需复杂的布线，用一种简易的方式实现家庭设备联网，实现“物与物”、“人与物”之间的信息交互，进而轻松实现家庭设备控制智能化。
1.5论文组织结构
简要介绍了物联网和智能家居的发展，以及二者结合的可能性和发展前景。介绍了基于zigbee技术的无线传感器网络的发展，zigbee无线传感器网络具有低成本、低数率、功耗低的优点，组网灵活方便，非常适合用在智能家居系统当中。
介绍了短距离无线技术，并将它们的优缺点经行对比，最后选择zigbee技术应用在智能家居系统当中。介绍zigbee的三种设备以及zigbee的协议分析。
第三章介绍了系统选用的硬件系统，介绍了节点电路，传感器器电路、节点的供电电路、USB转串口电路、扩展接口电路等。
第四章介绍了系统的软件开发平台，介绍了协调器节点的软件设计流程，终端节点的软件设计流程，介绍了灯光控制器、窗帘控制器的工作方式。
第五章介绍了系统调试结果，以及zigbee发展的前景和展望。
第二章zigbee技术介绍
2.1 短距离无线通信技术对比
2.1.1 zigbee的技术标准
为了实现工业、家庭和楼宇的自动化控制，将人类从有线的环境中解放出来，以取代线缆为目标，用于无线个人区域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）范围的短距离无线通信技术标准得到了迅速的发展，典型技术标准有蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、无线USB（WirelessUSB）、无线局域网Wi-Fi（IEEE 802.11b/g）等。
WPAN标准的IEEE 802.15的任务组TG4，即IEEE 802.15.4标准为核心的zigbee 技术标准适用于低功耗、低速率传输、低成本的无线传输和控制系统。国际电工协会IEEE致力于WAPN网络的网络层和媒体访问层的标准化工作，任务组TG1是蓝牙无线标准；任务组TG2是共存组，为所有工作在2.4GHz的IEEE 802.11解决共存问题；任务组TG3是WAPN在多媒体高速率传输和服务品质应用；任务组TG4针对低俗的WAPN而制定，并成为zigbee协议的底层标准。IEEE802.15.4标准适用于低速率数据传输，是zigbee、wireless和MiWi规范的基础，最大传输速率为250KBps，与目前其他成熟的无线技术比较，zigbee的缺点在于理论传输距离不到100米，但是对于家庭自动化范围内的数据采集和控制信号的传输来说，综合考虑低成本、低功耗、合适的距离和速率参数，zigbee是完全可以胜任的解决方案。
2.2.2短距离无线技术对比
如今无线传输技术已日渐成熟，各种无线技术的特点都各有千秋，因此用户可以根据不同的要求来选择最适合的技术标准。表2-1是目前主流短距离无线网路标准参数的比较：
内容频段传输距离速率协议标准网络大小电池寿命Bluetooth 2.4G射频10m 1Mbps 802.15.1a 7 较短
WiFi 2.4G射频1~100m 11Mbps 802.11b 30 短
IrDA 980nm红外定向1m 16Mbps 红外协议 2 长
Zigbee 2.4G射频1~100m 20~250 K 802.15.4 255/65536 最长
由上表可知，zigbee的传输速率是最低的，最高速率不超过250Kbps，可见很适合为了家庭自动化这类数据量较低的场合；电池寿命最长，是通过zigbee设备大部分都处于睡眠状态，激活工作周期很短来实现低功耗的；网络节点大大超过其他短距离传输技术。虽然与蓝牙、WiFi同处于2.4G频段，但是并不会相互间产生
干扰。
2.1.2蓝牙
蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。
蓝牙协议的标准版本为802.15.1，由蓝牙小组（SIG）负责开发。802.15.1的最初标准基于蓝牙1.1实现，后者已构建到现行很多蓝牙设备中。但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵，这就使得许多用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。
2.1.3 Wi-Fi技术
802.11Wi-Fi(Wireless Fidelity)即无线保真技术是另一种目前流行的技术。它使用的是2.4GHz附近的频段。Wi-Fi基于IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和IEEE802.11n。不仅传输的有效距离很长，而且速率还高达上百兆，与各种802.11DSSS设备兼容。目前最新的交换机能把Wi-Fi无线网络从接近100米的通信距离扩大到约6.5公里。另外，使用Wi-Fi的门槛较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路即可接入因特网。
2.1.4 IrDA
IrDA(InfraredDataAssociation)是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0到1米之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。其传输具备小角度(30度锥角以内)，短距离，直线数据传输，保密性强，传输速率较高的特点，适于传输大容量的文件和多媒体数据。并且无需申请频率的使用权，成本低廉。IrDA已被全球范围内的众多厂商采用，目前主流的软硬件平台均提供对它的支持。
IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而只适用于2台(非多台)设备之间的连接。
2．1.5 Zigbee
紫蜂(ZigBee)技术，新一代的无线传感器网络将采用802．15．4(Zig．Bee)协议。ZigBee是一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入在各种设备中，同时支持地理定位功能。
Zigbee技术的特点主要有：
(1)低速率：ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2．4GHz)、40kbps(915MHz1和20kbps(868MHz)I~原始数据吞吐率，满足低速率传输
数据的应用需求。
(2)低时延：ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms．节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要-10s，Wi—Fi则需要3s。
(3)低功耗、实现简单：设备可以在电池的驱动下运行数月甚至数年。低功耗意味着较高的可靠性和可维护性，更适合体积小的大量日常应用。
(4)低成本：对用户来说，低成本意味着较低的设备费用、安装费用和维护费用。ZigBee设备可以在标准电池供电的条件下，而不需要任何重换电池或充电操作(低成本、易安装)。
(5)网络容量高：ZigBee通过使用IEEE 802．15．4标准的PHY和MAC层，支持几乎任意数目的设备，这对于大规模传感器阵列和控制尤其重要。ZigBee技术的应用范围非常广泛，其中包括智能建筑、军事领域、工业自动化、医疗设备、智能家居及各种监察系统等。ZigBee技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。
2.1.6 ZigBee 技术抗干扰特性分析
在人们享受方便快捷的时候，这些技术的电磁兼容问题日益凸现。由于这些技术均选择了2.4GHz（2.4～2.483GHz）ISM 频段，再加上无绳电话和微波炉等干扰源，就使得该频段日益拥挤，
2.4GHz 频段日益受到重视，原因主要有三：首先它是一个全球性的频段，开发的产品具有全球通用性；其次，它整体的频宽胜于其他ISM 频段，这就提高了整体数据传输速率，允许系统共存；第三就是尺寸，2.4GHz无线电和天线的体积相当小，产品体积也更小。虽然每一种技术标准都进行了必要的设计来减小干扰的影响，但是为了能让各种设备正常运行，对他们之间的干扰、共存分析显然是非常重要的。
ZigBee 技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰，即来自共用相同频段的其他技术的干扰。对于同频干扰的抵御能力是极为重要的，因为它直接影响到设备的性能。ZigBee在2.4GHz频段内具备强抗干扰能力就意味着能够可靠地与Wi-Fi、蓝牙、WirelessUSB以及家用的无绳电话和微波炉共存。
IEEE802.15.4标准中提供了很多机制来保证ZigBee在2.4GHz频段和其他无线技术标准的共存能力。
IEEE802.15.4物理层在碰撞避免机制（CSMA/CA）中提供空闲信道评估（CCA，Clear Channel Assessment）的能力，即如果信道被其他设备占用，允许传输退出而不必考虑采用的通信协议。
空闲信道评估（CCA，Clear Channel Assessment）
IEEE 802.15.4 物理层在碰撞避免机制（CSMACA）中提供CCA的能力，即如
果信道被其他设备占用，允许传输退出而不必考虑采用的通信协议。
DSSS
ZigBee芯片数字高频部分，采用了直接序列扩频（DSSS）技术，不仅能够非常方便的实现802.15.4短距离无线通讯标准兼容，而且大大提高了无线通讯的可靠性。
CSMA/CA
即载波侦听多点接入/避免冲撞CSMA/CA（with Collision Avoidance）。一方面，载波侦听----查看介质是否空闲；另一方面，避免冲撞----通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，优先发送。。
2.1.7 小结
由上述分析可知Zigbee技术的出现仿佛是天生为无线智能家居准备的。在住宅最多100米有限范围内，家庭安防、灯光控制、窗帘控制、环境监控等实用智能家居控制网络非zigbee莫属。引以为豪的低功耗，使电池的使用寿命可以达一年之久。20~250Kbps的传输速率足够满足各种数据和控制信息的传输。较低成本味着较低的设备费用、安装费用和维护费用。
2.2拓扑结构
ZigBee规范定义了三种类型的设备：
ZigBee协调器是启动和配置网络的一种设备。协调器可以保持间接寻址用的绑定表格，支持关联，同时还能设计信任中心和执行其它活动。协调器负责网络正常工作以及保持同网络其它设备的通信。一个ZigBee网络只允许有一个ZigBee 协调器。
ZigBee路由器是一种支持关联的设备，能够将消息转发到其它设备。ZigBee 网格或树型网络可以有多个ZigBee路由器。ZigBee星型网络不支持ZigBee路由器。
ZigBee终端设备可以执行它的相关功能，并使用ZigBee网络到达其它需要与其通信的设备，它的存储器容量要求最少，其可以实验ZigBee低功耗设计。
上述的三种设备根据功能完整性可分为全功能(FFD)和半功能(RFD)设备。其中全功能设备可作为协调器、路由器和终端设备，而半功能设备只能用于终端设备。一个全功能设备可与多个RFD设备或多个其它FFD设备通信，而一个半功能设备只能与一个FFD通信。
网络拓扑结构决定了消息的传播是如何从一个节点路由传输到其他相邻节点的。Zigbee支持星型、树型、网络型拓扑：星型网络是通过中心节点向周围邻近节点传递消息，中心节点是协调器，周围节点是终端节点，整个网络只有一个核心，结构简单；树型网络使用一个分级路由策略在网络中传递数据和控制信息，每一级的父节点是上一级的子节点，就像树叶一样繁衍，消息传递时先向父节点
汇合，然后向下一级传播；网状网络与树型网络不同之处在于它的某些枝叶之间可以相互连接，因此更加复杂多变。三种网络拓扑如下图2-2所示
2-2网络拓扑
2.3zigbee协议分析
ZigBee基础是IEEE 802.15.4，它是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4(ZigBee)技术标准。ZigBee不只是802.15.4的名字，IEEE 802.15.4 定义了最低两层：物理层和MAC 层，位于最低层，且与硬件相关；ZigBee 联盟在此基础上定义了网络层(NWK)和应用层(APL)，建立在PHY 和MAC层之上，并且完全与硬件无关。分层的结构脉络清晰、一目了然，给设计和调试带来极大的方便。
2-3ZigBee 协议栈框架
图2-3为ZigBee协议栈结构图，从图中可以看出，ZigBee协议栈由一组子层构成，不同层之间通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务，是用于下层与上层之间进行互访的接口。为实现必需的功能，每一个SAP都支持
很多服务原语。ZigBee协议栈的大多数层有两个接口：数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的服务。
2.3.1．物理层协议规范
物理层定义了物理无线信道和 MAC 子层之间的接口，还提供物理层管理服和物理层数据服务。物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库，物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。
数据服务接入点
PD-SAP 物理层实体服务接入点PLME-SAP
无线射频服务接入点RF-SAP 物理层管理实体
PLME
物理层个域网络基
本信息PHY PIB
物理层
PHY
2-4物理层协议规范
物理层是最接近硬件的层，可以直接控制无线收发器并通信。物理层主要负责下列事件：
1）启动和关闭无线收发器；
2）选择信道频率；
3）通过物理媒体发送和接收数据；
4）进行能量检测，评估所选信道的频带内信号的能量，以确认信道是否为空能否发送数据；
5）生成LQI，来指示收到的数据包的质量；
6）ZigBee 技术不同于其他无线技术，对于不同的国家和地区，为其提供的工作频率范围不同，
IEEE802.15.4工作在工业科学医疗(ISM)频段，定义了两个工作频段，即2.4GHz频段和868/915MHz频段。在IEEE802.15.4中，总共分配了27个具有3种速率的信道：在2.4GHz频段有16个速率为250kb/s的信道，在915MHz频段有10个40kb/s的信道，在868MHz频段有1个20kb/s的信道。
表2-1 zigbee工作频段
信道编号中心频率(MHz) 信道间隔(MHz) 频率上限(MHz) 频率下限(MHz) K=0 868.3 868.6 868.0
K=1,2,3…10 906+2(k-1) 2 928.0 902.0
K=11,12,13…26 2401+5(K-11) 5 2483.5 2400.0
图2-5信道
一个IEEE802.15.4可以根据ISM频段、可用性、拥挤状况和数据速率在27个信道中选择一个工作信道，如图3.3所示。从能量和成本效率来看，不同的数据速率能为不同的应用提供较好的选择。例如，对于有些计算机外围设备与互动式玩具，可能需要250kb/s速率，而对于其他许多应用，如各种传感器、智能标记和家用电器等，20kb/s这样的低速率就能满足要求。
不同的数据传输率适用于不同的场合。例如：868/915MHz频段物理层的低速率换取了较好的灵敏度和较大的覆盖面积，从而减少了覆盖给定物理区域所需的节点数。2.4GHz频段物理层的较高速率适用于较高的数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合。
2.3.2 MAC 层协议规范
类似于物理层，MAC 层也提供了管理服务和数据服务。MAC 层的结构如图2.5 所示。
MAC 公共部分子层服
务接入点MCPS-SAP MAC 层管理实体服务接入点MLME-SAP
物理层数据服务接入点PD-SAP
物理层管理实体服务接
入点PLME-SAP MAC 公共部分子层MAC 层管理实体
MAC 层个域网络基
本信息
图2-6 MAC 层协议
MAC 层主要负责以下几项功能：
1) 生成并发送信标帧（如果该设备是一个网络协调器）；
2) 将设备与信标同步；
3) 使用 CSMA-CA 机制访问信道；
4) 管理时槽保障信道访问；
5) 为两个不同设备中对等的MAC 实体提供可靠连接；
6) 支持 PAN 网络的关联和取消关联操作；
7) 提供安全支持，MAC 有自己的安全进程，但使用的安全级别是由上层协议规定的。
2.3.3 网络层
网络层提供数据和管理两种服务，如图2.6 所示。网络层有自己的参数和常量所有的常量都以nwkc 开头，所有的参数都以nwk 开头并存储在网络层信息库中。应用层可以通过NLME-GET 和NLME-SET 原语分别对网络层参数进行读写操作。
ZigBee 网络协调器在网络层中为网络中的设备分配16 位地址，如果一个新加入的节点需要一个MAC 地址，网络协调器也在网络层为之分配，并保证网络地址与分配给设备的16位IEEE802.15.4 的MAC 地址相同。网络层还限制了帧在网络中的传输距离，每个网络层的帧都带有一个叫做半径的参数以确定“跳”数的最大值。
网络层的功能主要有：
1）配置一个新的设备，可将其配置为网络协调器，也可尝试加入现有的网络；2）启动一个新的网络；
3）加入和离开网络；
4）应用网络层安全；
5）发现和维护设备之间的路线；
6）发现单跳邻居并存储相关信息，单跳邻居是不需要通过中继服务就能直接通信的设备；
7）为加入网络的设备分配地址，ZigBee 的终端节点(RFD)无此功能。
2.3.4．应用层协议规范
应用层是ZigBee 协议栈的最高层，由三部分组成：应用程序支持(APS)子层、ZigBee 设备对象(ZDO)和应用层架构，如图2.2 所示。APS 为网络层和应用层提供接口，如下图2.7 所示，和其他各层类似，APS 也支持数据和管理两种服务类型。
APS 的主要功能有：
1）维持绑定表；
2）在绑定设备之间传输信息；
3）管理群地址；
4）把IEEE 的64 位地址映射为16 位的网络地址或其逆向映射；
5）支持可靠的数据传输。
ZDO 为APS 和应用框架提供接口，它包含所有ZigBee 协议栈的应用函数，把ZigBee 设备配置成协调器、路由器或是终端设备就是它的功能之一。ZDO 通过原语来实现自身的功能，
它的功能主要有：
1）定义设备在网络中的作用，；
2）发现网络中的设备及其应用；
3）发出或响应绑定要求；
4）执行与安全相关的任务。
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 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
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）
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 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
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 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 朱同 武汉理工大学智能信息研究所，武汉 (430070) E-mail ：woozie.cj@https://www.doczj.com/doc/a416060101.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 【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 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
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 -
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：
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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 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