基于嵌入式和ZigBee技术的智能家居系统设计

ZigBee 是一种新兴的无线通信技术，它具有短距离、低功耗、低成本和低数据速率等特点。而智能家居的特点就是网络传输数据量小，对带宽要求低，但是需要的网络实时性好，延迟要短，要求接入方便，系统续航能力久、可扩展性强并且后期维护简单。这无疑使ZigBee技术成为了首选，因为ZigBee 技术的主要应用领域就是工业控制、电子设备和楼宇自动化等，它的特点决定了ZigBee 技术能很好地满足智能家居系统的需求。

系统总体方案

智能家居系统网络大致可分为外部网（因特网）、内部网（ZigBee 自组网）和家庭网关。其中，家庭网关是核心部分，本系统以移植在tiny6410 开发板上的Boa 服务器作为家庭网关，它负责家庭内部网络和外部网络的连接和协议转换。下面介绍内部网， 这里的内部网就是ZigBee 自组网，根据家庭布局采用树状或者星形网络拓扑。ZigBee 自组网包括各个终端节点，这些节点配合继电器控制家庭中各种电器开关、温湿度传感器等家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能。从通信的角度讲，每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee 协议进行无线通信。这里暂不考虑内部网络不同的协议转换问题。

智能家居系统的总体结构框图如图1 所示。


智能家庭网关设计

本文设计的家庭网关要处理来自Internet 的数据，要求实现家庭网关的硬件必须提供强大的网络支持，同时需要支持TCP/IP 协议，因此需要操作系统来支持多任务。家庭网关是一个由硬件和软件共同组成的功能实体，将Boa 服务器移植到ARM 开发板作为网关使用。Boa 是一个单任务的小型HTTP 服务器，源代码开放、性能优越，特别适合应用在嵌入式系统中，家庭网关结构图如图2 所示。