ZigBee无线技术 实现智能家居
时间：2011-11-18 阅读：311
智能家居的概念至今已十余年，但目前在依旧无法普及的原因主要在于：解决方案价格昂贵、缺乏相关产品设备、基础设施布建困难，与无明确共通标准遵循，以上几点原因，大约可涵盖智能家居至今无法成功的八成因素。传统的智能家居大约可分为几个应用领域：个人电脑、家庭影音娱乐、自动化控制、家庭安全、语音应用、网路通讯等。想像在一个未来的世界，你是一个独居在外的单身贵族，在公司下班之前你拨了通，连线至家中的家庭网路伺服器，透过家庭网路伺服器下命令给连结在家庭网路中的各式设备，利用语音讯息传达各种命令指挥每一种设备。于是，在你回到家后，家里的电灯已经点亮，冷气、微波炉、烤箱等家用电器也已经依照指令正确运作，这就是数位网路家庭运作模式的写照。
ZigBee技术介绍
ZigBee一般翻译为群蜂技术，ZigBee一词源自于蜜蜂（Bee），系因蜜蜂看似随意在跳着字形舞，但实际上却是将有花和蜂蜜所在地的讯息正确的传达给其他蜜蜂。而ZigBee也具备相似的通讯能力，可以将讯息透过ZigBee网路传递给其他ZigBee装置。ZigBee包含了两种不同单位所制定的通讯规格，一个是由ZigBeeAlliance所主导的标准，定义了网路层、安全层、应用层以及各种应用产品的Profile;另外一个则是由IEEE所制定的IEEE802.15.4标准，定义了实体层以及媒体存取层。
ZigBee的应用市场依据ZigBeeAlliance所公布的应用市场范围界定，以目前的市场趋势来看，ZigBee在工业控制、建筑自动化两方面大有斩获，不论中国台湾、大陆甚至于国外皆有部分案例发生;目前亦开始有厂商使用ZigBee来当作远距医疗居家端的传输媒介，甚至于消费性电子亦开始有使用ZigBee来制作通用遥控器的趋势，以目前的发展状况来说，ZigBee已经渐渐上了轨道并趋势稳定。
以安全的课题来看，ZigBee在标准中定义了以128bitsAES作为其加∕解密的演算法，以基本安全考量而言，ZigBee已经提供了zui安全的传输环境。针对无线传输方面的优势，ZigBee可以取代目前传统的控制传输方式，如传统保全感测器大多以有线方式建置，感测器本身必须连接电源线与讯号线，而ZigBee本身具备无线传输、低成本、低耗电特性，因此可以*取代电源线与讯号线，这也是厂商愿意投入ZigBee应用市场的原因之一。
基于IEEE802.15.4的规格，ZigBeeAlliance定义网路层（NWK）、应用层（APS）与安全层（Security）规格。NWKzui重要的工作，在于负责网路机制的建立与管理，并具有自我组态路由路径（SelfConfigure），以及自我修复路由路径（SelfHealing）的功能。在NWK中，ZigBee定义了三种角色，*个是网路协调者（WPANCoordinator），负责网路的建立（WPANFormation），以及网路位置（NetworkAddress）的分配;第二个是路由器（Router），主要负责找寻、建立以及修复资料封包路由路径（RoutingPath），并负责转送资料封包，同时也具有网路位置的分配的能力;zui后一个是末端装置（EndDevice），只能选择加入别人已经形成的网路（WPAN），可以收送资料，但不能帮忙转送封包（Routing）。
主动式RFID技术（ActiveRadioFrequencyIdentification）是一种以电池作为电力的来源，使辨识标签能主动发射无线电波，并透过主动式读取器读取标签内资讯，依据不同资讯进行不同应用。由于感应距离较长，比被动式RFID可靠度高，但是价格较为昂贵，且有电力上的考量，因此在实用上并没有被动式RFID好。主动式RFID主要使用的频率是433MHz及2.45GHz，而其读取器的读取距离zui远可达到100公尺以上，可依据不同的条件，如考量便于人员携带、物品附着等因素，针对体积大小、材质与外形设计皆有不同考量，因此目前在市面上有许多不同的外形设计可供选择。蓝牙则是一种小范围的无线通讯网路，由In、Nokia、Ericsson、IBM及Toshiba大厂组成了SIG小组，并由Ericsson主导，共同发起蓝牙技术。在网路拓朴上，蓝牙设备可以组成「点对点」和「点对多点」的无线连接，其工作频段为2.45GHz，可提供电子元件在小范围网路中，以无线的方式相互连结传输，每个元件zui多一次可同时连接另外七个元件。目前在家庭中的应用大多为蓝牙的天下，不过由于蓝牙价格还是偏高，加上电力消耗问题一直无法获得解决，因此目前已经有许多厂商改以ZigBee取代蓝牙装置的趋势出现。
智能化居住空间的领域
未来智慧化居住空间的发展策略方向，zui终目的是让在此环境居住的人们，享有安全、健康、便利及舒适的生活品质，并配合资讯电子与通讯产业技术与平台开发使得普及运算概念于智慧化居住空间或环境中实现。科技生活化的概念，其范畴包括智慧家庭、智慧建筑、智慧社区与智慧都市。在应用上短期将以安全监控、能源管理、健康照护为优先。简单来说，智慧化居住空间可简单分为三个领域：家庭与社区空间、办公室与大楼空间及公众环境空间。家庭与社区空间包含一般住宅，公寓、集合式大楼、独栋住宅等;办公室与大楼空间包含办公室、办公大楼等;公众环境空间包含博物馆、展览馆、购物中心、医院、政府机关等。建筑物导入电子、电机、资讯、通讯及自动化等相关产业技术，建构主动感知及满足使用者需求之生活空间，以创造安全、健康、便利、舒适、节能与永续的生活环境，这就是目前一般普遍对于智慧化居住空间的解释。
智能家居方案选择
作为一个标准的智能家居,需要覆盖多方面的应用,但前提条件一定是任何一个普通消费者都能够非常简单快捷地自行安装部署甚至扩展应用，而不需要专业的安装人员上门安装。一个典型的智能家居系统通常需要下列设备：
1、无线网关
2、无线智能调光开关
3、无线温湿度传感器
4、无线智能插座
5、无线红外转发器
6、无线红外防闯入探测器
7、无线空气质量传感器
8、无线门铃
9、无线门磁、窗磁
10、太阳能无线智能阀门
11、无线床头睡眠按钮
12、无线燃气泄漏传感器
相关设备简要说明：
无线网关：是所有无线传感器和无线联动设备的信息收集控制终端。所有传感、探测器将收集到的信息通过无线网关传到*手机、平板电脑、电脑等管理设备，另外控制命令由管理设备通过无线网关发送给联动设备。
比如家中无人时门被打开，门磁侦测到有人闯入，则将闯入报警通过无线网关发送给主人手机，手机收到信息发出震动铃声提示，主人确认后发出控制指令，电磁门锁自动落锁并触发无线声光报警器发出报警。
无线智能调光开关：该开光可直接取代家中的墙壁开光面板，通过它不仅可以像正常开光一样使用，更重要的是它已经和家中的所有物联网设备自动组成了一个无线传感控制网络，可以通过无线网关向其发出开关、调光等指令。其意义在于主人离家后无需担心家中所有的电灯是否忘了关掉，只要主人离家，所有忘关的电灯会自动关闭。或者在你睡觉时你无需逐个房间去检查灯是否开着，你需要做的只需按下装在床头的睡眠按钮，所有灯光会自动关闭，同时你夜间起床时，灯光会自动调节至柔和，从而保证睡眠的质量。
无线温湿度传感器：主要用于探测室内、室外温湿度。虽然绝大多数空调都有温度探测功能，但由于空调的体积限制，它只能探测到出风口空调附近的温度，这也正是很多消费者感觉感觉其温度不准的重要原因。有了无线温湿度探测器，你就可以确切地知道室内准确的温湿度。其现实意义在于当室内温度过高或过低时能够提前启动空调调节温度。比如当你在回家的路上，家中的无线温湿度传感器探测出房间温度过高则会启动空调自动降温，等你回家时，家中已经是一个宜人的温度了。另外无线温湿度传感器对于你早晨出门也有着特别意义，当你呆在空调房间时，你对户外的温度是没有感觉的，这时候装在墙壁外的温湿度传感器就可以发挥作用，它可以告诉你现在户外的实时温度，根据这个准确温度你就可以决定自己的穿着了，而不会出现出门后才穿多或者穿少的尴尬了。
无线智能插座：主要用于控制家电的开关，比如通过它可以自动启动排气扇排气，这在炎热的夏天对于密闭的车库是一个有趣的应用。当然它还可以控制任何你想控制的家电，只要将家电的插头插上无线智能插座即可，比如饮水机、电热水器等等。
无线红外转发器：这个产品主要是用于家中可以被红外遥控器控制的设备，比如空调、电动窗帘、电视等等。通过无线红外转发器，你可以远程无线遥控空调，你也可以不用起床就关闭窗帘等。这是个很有意义的产品，它可以将传统的家电立即转换成智能家电。
无线红外防闯入探测器：这个产品主要用于防非法入侵，比如当你按下床头的无线睡眠按钮后，关闭的不仅是灯光，同时它也会启动无线红外防闯入探测器自动设防，此时一旦有人入侵就会发出报警信号并可按设定自动开启入侵区域的灯光吓退入侵者。或者当你离家后它会自动设防，一旦有人闯入，会通过无线网关自动提醒你的手机并接受你手机发出的警情处理指令。
无线空气质量传感器：该传感器主要探测卧室内的空气质量是否混浊，这对于要回家休息的你很有意义，特别是有婴幼儿的家庭尤其重要。它通过探测空气质量告诉你目前室内空气是否影响健康，并可通过无线网关启动相关设备优化调节空气质量。
无线门铃：这种门铃对于大户型或别墅很有价值。出于安全考虑，大多数人睡觉时会关闭房门，此时有人来访按下门铃，在房间内很难听到铃声。这种无线门铃能够将按铃信号传递给床头开光提示你有人造访。另外在家中无人时，按门铃的动作会通过网关传递给你的手机，而这对你了解家庭的安全现状和来访信息非常重要。
无线门磁、窗磁：主要用于防入侵。当你在家时，门、窗磁会自动处于撤防状态，不会触发报警，当你离家后，门、窗磁会自动进入布防状态，一旦有人开门或开窗就会通知你的手机并发出报警信息。与传统的门窗磁相比，无线门窗磁无需布线，装上电池即可工作，安装非常方便，安装过程一般不超过2分钟。另外对于有保险柜的家庭来说，这种传感器还能够侦测并记录下保险柜每次被打开或者关闭的时间并及时通知*手机。
太阳能无线智能阀门：这是通过太阳能供电的无线浇灌系统。一般工作流程是土壤湿度传感器将土壤含水情况发送给无线网关，一旦土壤缺水，无线网关就会发出控制指令给无线智能阀门通知供水，同时将供水时间和供水量传递给网关，并通过网关保存在手机或其它设备上。
无线床头睡眠按钮：这是个可以固定或粘贴在床头木板上的电池供电装置，它的作用主要是帮助你在睡觉时关闭所有该关闭的电器同时启动安全系统进入布防状态。比如启动无线红外防闯入探测器、窗磁、门磁等进入预警布防状态。另外它也能帮助你启动夜间的照明模式，比如当你夜间起床时，打开的灯光就会很柔和，而不会像进餐时那么明亮，即使这是同一盏灯。
无线燃气泄漏传感器：该传感器主要是探测家中的燃气泄漏情况，它无需布线，一旦有燃气泄漏会通过网关发出报警并通知*手机。
无线辐射传感器、无线空气污染传感器：对于一些对太阳辐射敏感的人来说，这种传感器具有特别的意义，通过它你可以准确知道出门前是否需要采取防太阳辐射或者防污染防尘措施，而你*要做的就是看一下手机屏幕，因为户外的辐射、污染等情况已经通过无线网关传到了你手机上了。
以上是一个典型的物联网智能家居系统，当然物联网带来的神奇之处在于你可以根据自身的需要自由组合或DIY（详细介绍请参见南京物联传感技术有限公司的www.wulian.cc），所有的安装都不需要专业人员的参与，一个普通的消费者即可完成，而整过系统的安装完成过程一般不超过半个小时，这也是物联网型智能家居产品与传统智能家居产品的一个重要区别。