基于zigbee的智能家居系统毕业设计

基于zigbee的智能家居系统毕业设计内容摘要：

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。 4 第二章 ZigBee 技术研究 ZigBee 技术简介 首先为大家介绍一下什么是 ZigBee， ZigBee 是 1 个由可多到 65000 个无线模块组成的一个无线数据传输网络平台，与现有的 CDMA 方式的移动通信网络或 GSM 网络是非常类似的，每一个 Zigbee 网络数据传输模块类似于移动网络中的一个基站，在整个网络中，彼此之间可以进行通信的范围内，各网络节点之间的距离从标准的 75 米到几百米，甚至几公里。 此外， Zigbee 网络还与其他各种现行的网络互连。 同时， ZigBee 是一种短距离，低复杂度，低功耗，低速率，低成本的双向无线通信技术，主要用于自动控制和远程控制，可以满足对小型的，价格低廉的设备的无线联网和控制。 ZigBee 技术的前身是“ HoneRFlite” 技术， 在 2020 年 12 月由 工作组制定了其核心协议，并由 2020 年 8 月组建的 Zigbee 联盟负责其高层应用、互联互通测试和市场推广。 ZigBee 协议组成 协议总体构架 ZigBee 协议与其他网络通信协议一样采用 了分层模型，对各层所实现的功能和在整个协议中所起的作用做出了明确的划分。 ZigBee 协议套件由高层应用层、应用支持层、网络层、数据链路层和物理层组成。 如图 21 所示： Application Framework 应用层（ AF） Application Support sub layer 应用支持层（ APS） Network Layer 网络层（ NWK） Medium Access Control Layer 数据链路层（ MAC） Physical Layer 物理层（ PHY） 图 21 Zigbee 协议总体架构 物 理层 (PHY)规范 物理层是遵循 协议的，是协议的最低层，承担的任务是与外界直接相互作用，控制 RF 收发器的工作，采用扩频通信。 物理层通过射频固件和硬件提供给 MAC层与物理无线信道之间的接口，物理层还包括物理层管理实体（ PLME） ,以提供调用物理层管理功能的管理服务接口，同时 PLME 还负责维护物理层 PAN 信息库（ PHY PIB）。 物理层通过物理层数据服务访问点（ PDSAP）提供物理层数据服务，通过物理层管理实体服务铜陵学院毕业设计 5 访问点（ PLMESAP）提供物理层管理服务。 物理层数据服务可以简单概括为以下作用：开启和关闭无线收发信机、能量检测（ ED）、链路质量指示（ LQI）、空间信道评估（ CCA）、信道选择、数据 发送和接收。 介 质传输控制层 (MAC)规范 同样遵循 协议，主要负责的是设备间的无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数据传输和接收，可以选时隙，实现低延迟传输，各种网络拓扑结构均支持，网络中每个设备有 16 位地址寻址。 MAC 子层提供两种服务： MAC 层数据服务和 MAC层管理服务。 前者保证 MAC 了协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发， MAC 层管理服务维护一个存储 MAC 子层协议状态相关信息的数据库。 MAC 子层主要功能如下： ①协调器产生发出网络信标帧。 ②其他设备 与信标帧同步。 ③支持 PAN 网络的关联 (Association)和取消关联 (Disassociation)操作。 ④保证设备的安全。 ⑤使用 CSMACA 机制访问信道。 ⑥支持 GTS（ Guaranteed Time Slot，时间槽保障）机制。 ⑦提供两个对等的 MAC 实体之间的可靠连接等。 网 络层 (NWK)规范 网络层在 MAC 层之间提 提供一个合适的接口，通过刺激 MAC 层动作执行寻址和路由功能。 它的关键任务包括： （ 1）启动网络和分配网络地址。 （ 2）移除网络中的设 备或者添加网络中的设备 （ 3）通过路由，将消息送往目的节点； （ 4）加密已发送的数据； （ 5）在网状网络中执行路由寻址并且储存路由表。 应 用层 (APL)规范 应用层用于支持维持器件的功能属性，发现该器件工作空间中其他器件的工作，根据服务和需求使多个器件之间进行通信 ， Zigbee 应用层中包含有应用程序支持子层，应用程序架构， 送往 Zigbee 装置管控对象和与各厂商定义的应用程序对象。 此外， Zigbee 还定义了应用规格，它是针对各种不同的应用情境来定义的概略的行为蓝图，让特定应用中采用此规格的装置之间 能够互相操作。 ZigBee 网络配置 定义的网络设备 IEEE 工作组是 1998 年成立，致力于无线个人区域网络（ WPAN）物理层和媒体访问子层的标准化工作， 2020 年 ,zigbee Alliance 成立， 2020 年 ,zigbee 诞生 .它是 zigbee 的第一个规范 .但由于推出仓促 ,存在一些错误， 2020 年 ,推出 zigbee 2020,比较完善， 2020 年底 ,zigbee PRO 推出， zigbee 的底层技术基于 ，物理层和MAC 层直接引用了 IEEE。 IEEE 标准定义的 LRWPAN 网络 具有如下特点： 6 在不同的载波频率下实现了 20kbps、 40kbps 和 250kbps 三种不同的传输速率；支持星型和点对点两种网络拓扑结构；有 16 位和 64 位两种地址格式，其中 64 位地址是全球惟一的扩展地址；支持冲突避免的载波多路侦听技术（ carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMACA）；支持确认（ ACK）机制，保证传输可靠性。 提供两种物理层的选择 868/915MHz 和 的直接序列扩频 (DSSS)物 理层频段。 物理层的数据传输速率为 250kb/s， 868/915MHz 物理层数据传输的熟虑为 20kb/s 和 40kb/s， 物理层传输速率高是由于采用 DSSS 方法准正交调制技术，而 868/915MHz 物理层使用每个 PPDU 数据传输为被最大长为 15 的 CHIP 序列所扩展的简单DSSS 方法。 支持多种网络拓扑结构，包括星形和点 点拓扑，拓扑结构需要根据应用设计需求来定，一些 PC 外设应用适合星形低延时的连接，其他安全方面应用适合大面积点 点的拓扑结构。 ZigBee 定义的网络设备 Zigbee, 在中国被译为 紫蜂 ,它与蓝牙相类似 .是一种新兴的短距离无线技术，用于传感控制应用。 Zigbee 是基于 标准的低功耗个人区域网协议。 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。 Zigbee 这个字，从英语的角度来分析，它是由“ Zig”和“ bee”两个字组成。 前者“ Zig”中文的意思是“之“字形的路径，后面一个英文单词“ bee”就是蜜蜂的意思 .Zigbee 网络技术，就是模仿蜜蜂通过跳舞来传递信息的方式，通过网络节点之间信息的相互互传，来将一个 信息从一个节点传输到远处的另外一个节点。 总的来说， ZigBee 是一种基于 的低功耗、低传输速率、架构简单的短距离无线通信技术，它在自动控制领域的应用正越来越引起业界的瞩目。 ZigBee 网络拓扑结构 Zigbee 网络有三种网络拓扑结构：星型拓扑结构，树状拓扑结构和网状拓扑结构， 而 中所支持的对等结构就是树状结构和网状结构。 三种网络拓扑 结构如图 22所示： 星状网络 （ Star） 树状网络 （ cluster tree） 铜陵学院毕业设计 7 协调器 、 路由器 终端节点 网络网状 （ mesh） 图 22 Zigbee三种网络拓扑结构 Zigbee 技术的特点 ZigBee 是近年来兴起的一种短距离，低功耗，低成本，灵活的组网，无线通信技术，适用于数据传输量小，功率有更高的要求，网络节点需要更多的场合。 具有以下特点： （ 1）低功耗：由于工作时间比较短、接受和发送信息功能消耗比较低并且多数情况下采用了休眠模式，使得 ZigBee 节点很省电。 （ 2）低成本：目前低速率低功率的 UWB 芯片组的价格不低于 20 美元，而 ZigBee 的价格 目前只有几美分，并且 ZigBee 协议是不收专利费的。 （ 3）数据传输速率低： ZigBee 工作在 20～ 250kbps 的较低速率，分别提供250kbps()、 40kbps(915MHz)和 20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。 （ 4）时延短： ZigBee 针对时延敏感的应用做了改进，通信时延和休眠状态激活的时延都很的短。 （ 5）网络容量大：每个 Zigbee 网络最多可支持 255 个设备，也就是说，每个 Zigbee设备可以与另外 254 台设备相连接。 （ 6）。