ZigBee無線技術 實現智能家居
閱讀：353發布時間：2011-11-18
ZigBee為目前市場上相當受到重視的無線通訊技術之一，而這項技術的特點及優勢也便于實現智能家居中的各項應用，本文特別從其技術面為您細細分析，讓您了解ZigBee技術如何實現智能家居的遠景!
智能家居的概念至今已十余年，但目前在依舊無法普及的原因主要在于：解決方案價格昂貴、缺乏相關產品設備、基礎設施布建困難，與無明確共通標準遵循，以上幾點原因，大約可涵蓋智能家居至今無法成功的八成因素。傳統的智能家居大約可分為幾個應用領域：個人電腦、家庭影音娛樂、自動化控制、家庭安全、語音應用、網路通訊等。想像在一個未來的世界，你是一個獨居在外的單身貴族，在公司下班之前你撥了通，連線至家中的家庭網路伺服器，透過家庭網路伺服器下命令給連結在家庭網路中的各式設備，利用語音訊息傳達各種命令指揮每一種設備。于是，在你回到家后，家里的電燈已經點亮，冷氣、微波爐、烤箱等家用電器也已經依照指令正確運作，這就是數位網路家庭運作模式的寫照。
ZigBee技術介紹
ZigBee一般翻譯為群蜂技術，ZigBee一詞源自于蜜蜂（Bee），系因蜜蜂看似隨意在跳著字形舞，但實際上卻是將有花和蜂蜜所在地的訊息正確的傳達給其他蜜蜂。而ZigBee也具備相似的通訊能力，可以將訊息透過ZigBee網路傳遞給其他ZigBee裝置。ZigBee包含了兩種不同單位所制定的通訊規格，一個是由ZigBeeAlliance所主導的標準，定義了網路層、安全層、應用層以及各種應用產品的Profile;另外一個則是由IEEE所制定的IEEE802.15.4標準，定義了實體層以及媒體存取層。
ZigBee的應用市場依據ZigBeeAlliance所公布的應用市場范圍界定，以目前的市場趨勢來看，ZigBee在工業控制、建筑自動化兩方面大有斬獲，不論中國臺灣、大陸甚至于國外皆有部分案例發生;目前亦開始有廠商使用ZigBee來當作遠距醫療居家端的傳輸媒介，甚至于消費性電子亦開始有使用ZigBee來制作通用遙控器的趨勢，以目前的發展狀況來說，ZigBee已經漸漸上了軌道并趨勢穩定。
以安全的課題來看，ZigBee在標準中定義了以128bitsAES作為其加∕解密的演算法，以基本安全考量而言，ZigBee已經提供了zui安全的傳輸環境。針對無線傳輸方面的優勢，ZigBee可以取代目前傳統的控制傳輸方式，如傳統保全感測器大多以有線方式建置，感測器本身必須連接電源線與訊號線，而ZigBee本身具備無線傳輸、低成本、低耗電特性，因此可以*取代電源線與訊號線，這也是廠商愿意投入ZigBee應用市場的原因之一。
基于IEEE802.15.4的規格，ZigBeeAlliance定義網路層（NWK）、應用層（APS）與安全層（Security）規格。NWKzui重要的工作，在于負責網路機制的建立與管理，并具有自我組態路由路徑（SelfConfigure），以及自我修復路由路徑（SelfHealing）的功能。在NWK中，ZigBee定義了三種角色，*個是網路協調者（WPANCoordinator），負責網路的建立（WPANFormation），以及網路位置（NetworkAddress）的分配;第二個是路由器（Router），主要負責找尋、建立以及修復資料封包路由路徑（RoutingPath），并負責轉送資料封包，同時也具有網路位置的分配的能力;zui后一個是末端裝置（EndDevice），只能選擇加入別人已經形成的網路（WPAN），可以收送資料，但不能幫忙轉送封包（Routing）。
主動式RFID技術（ActiveRadioFrequencyIdentification）是一種以電池作為電力的來源，使辨識標簽能主動發射無線電波，并透過主動式讀取器讀取標簽內資訊，依據不同資訊進行不同應用。由于感應距離較長，比被動式RFID可靠度高，但是價格較為昂貴，且有電力上的考量，因此在實用上并沒有被動式RFID好。主動式RFID主要使用的頻率是433MHz及2.45GHz，而其讀取器的讀取距離zui遠可達到100公尺以上，可依據不同的條件，如考量便于人員攜帶、物品附著等因素，針對體積大小、材質與外形設計皆有不同考量，因此目前在市面上有許多不同的外形設計可供選擇。藍牙則是一種小范圍的無線通訊網路，由In、Nokia、Ericsson、IBM及Toshiba大廠組成了SIG小組，并由Ericsson主導，共同發起藍牙技術。在網路拓樸上，藍牙設備可以組成「點對點」和「點對多點」的無線連接，其工作頻段為2.45GHz，可提供電子元件在小范圍網路中，以無線的方式相互連結傳輸，每個元件zui多一次可同時連接另外七個元件。目前在家庭中的應用大多為藍牙的天下，不過由于藍牙價格還是偏高，加上電力消耗問題一直無法獲得解決，因此目前已經有許多廠商改以ZigBee取代藍牙裝置的趨勢出現。
智能化居住空間的領域
未來智慧化居住空間的發展策略方向，zui終目的是讓在此環境居住的人們，享有安全、健康、便利及舒適的生活品質，并配合資訊電子與通訊產業技術與平臺開發使得普及運算概念于智慧化居住空間或環境中實現?？萍忌罨母拍睿浞懂牥ㄖ腔奂彝?、智慧建筑、智慧社區與智慧都市。在應用上短期將以安全監控、能源管理、健康照護為優先。簡單來說，智慧化居住空間可簡單分為三個領域：家庭與社區空間、辦公室與大樓空間及公眾環境空間。家庭與社區空間包含一般住宅，公寓、集合式大樓、獨棟住宅等;辦公室與大樓空間包含辦公室、辦公大樓等;公眾環境空間包含博物館、展覽館、購物中心、醫院、政府機關等。建筑物導入電子、電機、資訊、通訊及自動化等相關產業技術，建構主動感知及滿足使用者需求之生活空間，以創造安全、健康、便利、舒適、節能與永續的生活環境，這就是目前一般普遍對于智慧化居住空間的解釋。
智能家居方案選擇
作為一個標準的智能家居,需要覆蓋多方面的應用,但前提條件一定是任何一個普通消費者都能夠非常簡單快捷地自行安裝部署甚至擴展應用，而不需要專業的安裝人員上門安裝。一個典型的智能家居系統通常需要下列設備：
1、無線網關
2、無線智能調光開關
3、無線溫濕度傳感器
4、無線智能插座
5、無線紅外轉發器
6、無線紅外防闖入探測器
7、無線空氣質量傳感器
8、無線門鈴
9、無線門磁、窗磁
10、太陽能無線智能閥門
11、無線床頭睡眠按鈕
12、無線燃氣泄漏傳感器
相關設備簡要說明：
無線網關：是所有無線傳感器和無線聯動設備的信息收集控制終端。所有傳感、探測器將收集到的信息通過無線網關傳到*手機、平板電腦、電腦等管理設備，另外控制命令由管理設備通過無線網關發送給聯動設備。
比如家中無人時門被打開，門磁偵測到有人闖入，則將闖入報警通過無線網關發送給主人手機，手機收到信息發出震動鈴聲提示，主人確認后發出控制指令，電磁門鎖自動落鎖并觸發無線聲光報警器發出報警。
無線智能調光開關：該開光可直接取代家中的墻壁開光面板，通過它不僅可以像正常開光一樣使用，更重要的是它已經和家中的所有物聯網設備自動組成了一個無線傳感控制網絡，可以通過無線網關向其發出開關、調光等指令。其意義在于主人離家后無需擔心家中所有的電燈是否忘了關掉，只要主人離家，所有忘關的電燈會自動關閉。或者在你睡覺時你無需逐個房間去檢查燈是否開著，你需要做的只需按下裝在床頭的睡眠按鈕，所有燈光會自動關閉，同時你夜間起床時，燈光會自動調節至柔和，從而保證睡眠的質量。
無線溫濕度傳感器：主要用于探測室內、室外溫濕度。雖然絕大多數空調都有溫度探測功能，但由于空調的體積限制，它只能探測到出風口空調附近的溫度，這也正是很多消費者感覺感覺其溫度不準的重要原因。有了無線溫濕度探測器，你就可以確切地知道室內準確的溫濕度。其現實意義在于當室內溫度過高或過低時能夠提前啟動空調調節溫度。比如當你在回家的路上，家中的無線溫濕度傳感器探測出房間溫度過高則會啟動空調自動降溫，等你回家時，家中已經是一個宜人的溫度了。另外無線溫濕度傳感器對于你早晨出門也有著特別意義，當你呆在空調房間時，你對戶外的溫度是沒有感覺的，這時候裝在墻壁外的溫濕度傳感器就可以發揮作用，它可以告訴你現在戶外的實時溫度，根據這個準確溫度你就可以決定自己的穿著了，而不會出現出門后才穿多或者穿少的尷尬了。
無線智能插座：主要用于控制家電的開關，比如通過它可以自動啟動排氣扇排氣，這在炎熱的夏天對于密閉的車庫是一個有趣的應用。當然它還可以控制任何你想控制的家電，只要將家電的插頭插上無線智能插座即可，比如飲水機、電熱水器等等。
無線紅外轉發器：這個產品主要是用于家中可以被紅外遙控器控制的設備，比如空調、電動窗簾、電視等等。通過無線紅外轉發器，你可以遠程無線遙控空調，你也可以不用起床就關閉窗簾等。這是個很有意義的產品，它可以將傳統的家電立即轉換成智能家電。
無線紅外防闖入探測器：這個產品主要用于防非法入侵，比如當你按下床頭的無線睡眠按鈕后，關閉的不僅是燈光，同時它也會啟動無線紅外防闖入探測器自動設防，此時一旦有人入侵就會發出報警信號并可按設定自動開啟入侵區域的燈光嚇退入侵者?；蛘弋斈汶x家后它會自動設防，一旦有人闖入，會通過無線網關自動提醒你的手機并接受你手機發出的警情處理指令。
無線空氣質量傳感器：該傳感器主要探測臥室內的空氣質量是否混濁，這對于要回家休息的你很有意義，特別是有嬰幼兒的家庭尤其重要。它通過探測空氣質量告訴你目前室內空氣是否影響健康，并可通過無線網關啟動相關設備優化調節空氣質量。
無線門鈴：這種門鈴對于大戶型或別墅很有價值。出于安全考慮，大多數人睡覺時會關閉房門，此時有人來訪按下門鈴，在房間內很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠將按鈴信號傳遞給床頭開光提示你有人造訪。另外在家中無人時，按門鈴的動作會通過網關傳遞給你的手機，而這對你了解家庭的安全現狀和來訪信息非常重要。
無線門磁、窗磁：主要用于防入侵。當你在家時，門、窗磁會自動處于撤防狀態，不會觸發報警，當你離家后，門、窗磁會自動進入布防狀態，一旦有人開門或開窗就會通知你的手機并發出報警信息。與傳統的門窗磁相比，無線門窗磁無需布線，裝上電池即可工作，安裝非常方便，安裝過程一般不超過2分鐘。另外對于有保險柜的家庭來說，這種傳感器還能夠偵測并記錄下保險柜每次被打開或者關閉的時間并及時通知*手機。
太陽能無線智能閥門：這是通過太陽能供電的無線澆灌系統。一般工作流程是土壤濕度傳感器將土壤含水情況發送給無線網關，一旦土壤缺水，無線網關就會發出控制指令給無線智能閥門通知供水，同時將供水時間和供水量傳遞給網關，并通過網關保存在手機或其它設備上。
無線床頭睡眠按鈕：這是個可以固定或粘貼在床頭木板上的電池供電裝置，它的作用主要是幫助你在睡覺時關閉所有該關閉的電器同時啟動安全系統進入布防狀態。比如啟動無線紅外防闖入探測器、窗磁、門磁等進入預警布防狀態。另外它也能幫助你啟動夜間的照明模式，比如當你夜間起床時，打開的燈光就會很柔和，而不會像進餐時那么明亮，即使這是同一盞燈。
無線燃氣泄漏傳感器：該傳感器主要是探測家中的燃氣泄漏情況，它無需布線，一旦有燃氣泄漏會通過網關發出報警并通知*手機。
無線輻射傳感器、無線空氣污染傳感器：對于一些對太陽輻射敏感的人來說，這種傳感器具有特別的意義，通過它你可以準確知道出門前是否需要采取防太陽輻射或者防污染防塵措施，而你*要做的就是看一下手機屏幕，因為戶外的輻射、污染等情況已經通過無線網關傳到了你手機上了。
以上是一個典型的物聯網智能家居系統，當然物聯網帶來的神奇之處在于你可以根據自身的需要自由組合或DIY（詳細介紹請參見南京物聯傳感技術有限公司的www.wulian.cc），所有的安裝都不需要專業人員的參與，一個普通的消費者即可完成，而整過系統的安裝完成過程一般不超過半個小時，這也是物聯網型智能家居產品與傳統智能家居產品的一個重要區別。
