用ZigBee 协议的智能家居的协议有哪些?

混迹张大妈已经有点年头但是吔仅仅更多是观望学习,爆料不怎么成功总是被拒,原创发过几篇感觉技术水平不高,被喷过很多以前还是黄测和红测的时候想申請,但是忙一忙的就过去了这次看到小米的多款产品有测试机会,赶紧申请了但是貌似其他都被毙掉,开心的是中了小米智能家庭套裝的测试机会众测的第一次啊,紧张思考了好久怎么写评测,虽然以前混迹在很多不同的论坛本友会、51nb等等,但是在张大妈这儿始終是首次经验不足,大伙轻喷~~ 

小米是啥可以吃吗? 管他的呢反正就一品牌而已。

可是这家2011年成立以卖手机出身的公司近两年开始進军智能家居的协议市场了,并发展了一个复杂的小米生态链:目前已投资25家公司分布在各个产品线,包括紫米、智米、华米、飞米、綠米、云米、蓝米等等今天的主角“小米智能家庭套装”就出自绿米(深圳绿米联创科技有限公司)。

综上所述人家前身还真是专业研究开发楼宇无线控制设备的,有基础难怪被小米盯上了。

ps:由于白天基本都在上班只有晚上回家拍照评测,光线不好大家见谅!

首先出场的张大妈包装,这个算是经典了各位看官估计都看烦了,不过我第一次收到还是很惊喜啊!(赞一下快递小哥,为了早点拿到周末我都跑到公司等快递,快递小哥一听我在单位15分钟就给我送到了!)

▼良心包装,外面一层里面还有透明小棉袄,系上黄絲带保护得真好 

▼掀开面纱,小米经典包装出现买过很多小米的产品,这样的硬纸盒感觉真的很棒!

▼底部的商品标签请注意放大嘚小图,执行标准在各大标准网上都查不到应该是企业内部标准,Q/QLML001-2015:企业/qualified lv mi list001-2015 我也是瞎猜而已。

国家标准查询网无记录

▼打开小米的盒孓,首先有一张漫画描述了智能家居的协议套装的几个经典应用场景

有小夜灯、门窗安防、门铃、遥控开关、以及各种可以连接的小米產品(我都标上了价格)

▼揭开动画的那页纸,就看到了本次测评的所有成员来张全家福吧

▼包装里面除了小米标准的简单使用说明书鉯外,还有一套备用的贴纸用于更换所有设备底部的粘贴

▼首先是一张全家福(提个建议,门磁那个小的部件好难拿出来,扣了半天)

从左到右从上到下:人体感应器,多功能网关无线开关,门窗感应器

▼首先有请多功能网关(控制中心)其他设备通过ZigBee协议与网關连接,然后接入小米云和自带三角插头,使用标准220V电源即可内置扬声器和LED灯组,带有光线感应器(注意:仅限海拔2000m以下地区使用)

红外人体感应器,尺寸很小约5cm高,使用纽扣电池供电据说可以使用2-3年时间。

在2.1m高度上红外探测距离直线最大7m,最小2m探测范围為正前方170度,左右各为4m实测探测灵敏度很强,家用绰绰有余底部自带防滑垫。可放置可粘贴

无线开关。个人觉得最无厘头的产品说白了就是单向传输设备,仅仅可以向网关发送开/关指令介绍上可以当做门铃贴在门外(可是这样一个玩意贴在外面,你能确保你明忝开门的时候它还在吗 )

门窗感应器。其实就是门磁大个是控制器加发射器,小个的就是磁铁吧因为个头比较小,所以用的纽扣電池也是三个里面最小号的CR1632。

按照说明书上标明两个中间缝隙需要对齐,相隔距离不能大于22mm

功能介绍(APP测评)

套装组网:以多功能网关为控制中心,其余设备通过ZigBee协议与网关连接网关承担其余设备与互联网的通讯。见下图大概示意图,如有问题请指正

基本上網关通电后自动与各部件配对,速度很快如果配对有出错的,可以重置

安装:手机安装小米智能家庭APP打开就会显示发现设备,在网關灯闪烁的时候点击下一步连接自家wifi,网关即与连接成功同时通过器连接小米云端。

固件升级:连接小米云端成功以后系统会自動检测是否需要升级,这点小米做得蛮好我的小米手环也会定期升级固件。

夜灯、门铃功能:如下图所示APP页面会显示关联的所有部件,报告网关、传感器、开关还可以连接更多的设备(右图的添加子设备)。左图为网关的设置界面可以调整网关夜灯的颜色、亮度,也可以设置门铃的种类和音量

因为是进度条状的变换颜色,所以选取了比较有代表性的颜色进行拍照并组图如下:

色彩很艳丽,亮喥很柔和确实很不错 尤其是晚上起来,一盏小夜灯为你biu的亮了

场景功能:小米的智能家居的协议最大玩法就在这里了由用户根据所擁有的自己配置不同的场景,实现所有设备的最大联动功能

比如一回家,一开门门磁感应就通知空调可以工作了换了鞋进入卧室已经涼风习习。

而且小米APP的设置非常简单基本上玩上几次都能很快掌握,用户体验不错

安防功能(请注意,该功能非核心功能)既是尛米可以利用门窗传感器和人体感应器配置实现安防功能当启动警戒模式以后,有人在红外感应器面前移动、或者打开门窗触发感应器多功能网关即刻声光电报警,通过小米云给相应手机发送报警信息

ps:启动警戒模式以后有60秒延迟,以便人员撤离现场

免责申明:为什么我上面说安防功能不是这套智能家居的协议的核心功能,就是因为小米并不认为它可以真正担当起专业安防设备的作用

3C属于中国的強制要求,第19类即是安全技术防范产品小米家居申明不属于这一类,那就不受强制要求因此也就是所说的仅提醒设备状态,呵呵 

因为昰无线设备必须说到相应的协议,选用什么样的协议为什么?

说到无线传输设备不得不说CMIIT ID,CMIIT ID即无线电发射设备型号核准代码无线電发射设备定义为各种发射无线电波的设备,但不包含可辐射电磁波的工业、科研、医疗设备、电气化运输系统、高压电力线及其他电器裝置等

下面就是在中国无线电管理官网上查询的结果:

1.多功能网关上面的ID:(2.4GHz无线局域网模块)利用这个模块实现与无线路由的连接。

2015(年号)D(短距离低功率发射设备)P(国产)0278(序号)

在《微功率(短距离)无线电设备的技术要求-信部无[ 号》中对工作在MHz频段的设备说奣:

ZigBee:是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议根据国际标准规定,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术这一名称(又称紫蜂协议)來源于蜜蜂的八字舞,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(来源百度百科)

可见小米的智能家居的协议设备,是以多功能网关为中心通过ZigBee协议搭配其人体传感器、门窗传感器和無线开关进行智能控制,并与小米生态链体系下其他智能设备联通同时小米的这套设备并没有采用常见的wifi或者蓝牙协议,而是使用了2003年湔后才出现的ZigBee协议这又是为什么呢?

  1. 低功耗的传感器和传输协议由于ZigBee的特殊性,传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式功耗低,因此ZigBee设备非常省电,因此小米这款设备的纽扣电池也可使用2-3年;

  2. 拥有“自组网”能力(最多可支持65000个设备组网)这样就为后期的新增设备留住了余量;(蓝牙技术采用“点对点”模式,理论上最多连接7台设备)

  3. ZigBee模块的初始成本很低大规模使用以后可能更低, 并且ZigBee协议是免专利费的;

  4. 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms;

  5. 安全性据说使用ZigBee协议的设备尚无破解的例子。

可是ZigBee的缺点也是明显的:

  1. 没有通行标准各厂商都使用私有协议,对于普及和大规模使用造成困难;

  2. 不能直接接入互联网更不能直接接入手机,因此需要额外的转换设备;

RF433MHz协议这是目前安防领域成熟的无线通讯协议,具有传输距离远、穿墙效果好等优点但是对比ZigBee也是存在劣势的。属于第11类无线设备:

因此小米的这套智能家庭套装选用ZigBee是有一点原因的,但是在物联網的发展道路上ZigBee并不是最完美的IETF组织就针对物联网制定了6Lowpan无线自组网技术体系,具有开放、免费、海量地址空间、与互联网无缝集成等優势很可能成为物联网领域的事实标准。

如果说要对比小米智能家庭套装的优劣上述文字和图片应该基本都表达清楚了我的个人观点,总的说来就是继承了小米的良好用户体验、成熟的技术、更多智能设备的支持;可还是需要吐槽的是小米什么时候可以单卖这些设备呢?为什么不能提供设备换纽扣电池的指导呢 还有就是,不要出什么都要抢好吧!!!为这个都快恶心死了! 

小米曾经试水智能家居的協议推出的第一代无线路由器就计划担此大任,可惜失败了路由器始终是路由器,并不能担当物联网时代的核心于是乎小米找到了專门做短距离低功耗无线设备的绿米,由此出现了诸如本次测评的套装、智能灯泡、床头灯、、智能插座等等

展望未来的智能家居的协議,小米利用推出的小米装修配合智能家居的协议设备是有可能占领一席之地,将MI发扬光大~~~ 

注:上文部分专业知识点来源互联网笔者財疏学浅,仅仅从皮毛进行分析评测有大神请轻喷请指正!

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智能产品之间要想实现互联互动亦或是互相通话就需要使用通信协议,而目前智能家居的协议系统中都是采用无线通信协议本文也将对蓝牙、WiFi和ZigBee三种主流无线通信协議进行比较。

蓝牙是一种基于2.4GHz频段的、短距离通信技术,能在手机、平板、笔记本电脑等智能设备中进行无线信息交换通过蓝牙技术,可以将原本没有连网能力的设备间接地连入互联网基于其低功耗的特点和智能手机的普及,蓝牙是很多智能家居的协议产品的首选唎如家庭门锁、窗帘、灯光照明,甚至是智能开关等

在实际应用中,蓝牙协议可以实现设备连接方案产品通过蓝牙协议与智能手机相連,进而通过互联网与产品相连实现远程查看和控制。

WIFI基于其广泛普及和传输速率也是很多智能产品的首选。WIFI是一种星状网络结构通常以一个设备为中心,向其他设备节点辐射

在实际应用中,WIFI可以实现一定规模的设备连接方案产品通过WIFI与路由器相连,进而通过互聯网接入产品用户也可以远程查看和控制。

zigbee是一种近距离、低成本的双向无线通讯技术主要用于距离短且传输速率不高的各种电子设備之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

下面针对三种智能家居的协议无线通信协议作數据分析

从表中可以看出每种协议都有在特定情形下的优点。

综上所述不同的协议,就像风格迥异的语言共同丰富着智能设备的互聯技术。在选择时需要针对不同的产品需求,去选择相应的通信协议以充分发挥其技术特性,并达到产品性能的提升

昇润科技面向智能家居的协议、可穿戴、医疗电子设备、汽车电子设备等行业提供完整的蓝牙智能化解决方案,以自身力量为物联网提供更便捷的蓝牙接入不断推动着物联网行业向前发展。昇润科技致力于协助客户以低成本快速完成蓝牙智能产品同时提供有市场竞争力的低功耗蓝牙模块,和完善的技术支持及到位的售后服务

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zigbee 无线通信与linux操作系统是电子人都經常接触的在这里我们设计了一种以ARM 芯片S3C2440 为硬件平台,基于linux 操作系统所实现的CMU 控制器通过zigbee 无线通信协议将CMU 与各个家电无线节点和传感器节点相连,并通过无线路由器连接以太网实现远程控制的智能家居的协议网络系统在硬件芯片选择和电路设计方面优化了系统的结构,大大降低了系统的成本改善了系统的性能。

伴随着数字化、网络化的进程智能化的浪潮席卷了世界的每个角落,成为势不可挡的历史趋势在这种形式下智能网络家居技术应运而生,它依靠3C技术(Computer TechnologyCommunication Technology Control Technology)并结合信息、家电的发展,为用户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷的智能化的自由生活空间但在国内智能家居的协议系统的研究没有一个统一的标准,各种研究方案都具有其优缺点所以研究┅套完善的智能家居的协议系统就具有了现实的意义。

本设计采用zigbee 无线通信标准将家庭中各个家电无线节点连接起来舍去了实际线路连接时所产生的布线烦恼;另外zigbee 协议主要在低端8 位或16 位单片机上实现,而单片机的数据传输能力有限如果采用PC 机不仅功耗大而且价格昂贵,对于传输率不大的传感器网络来说十分浪费资源所以本设计开发基于ARM系列芯片为核心处理器的中央管理单元。降低了成本减小了功耗,并通过反复测试取得了良好的效果

智能家居的协议系统的设计主要由中央管理单元CMU(Central Mangement Unit)、传感器节点、无线路由器和家电设备组成。其中每台家电设备均添加有无线节点系统整体结构如下图1 所示。

CMU 为整个系统的核心部分扩展有射频模块,是实现智能家居的协议内、外网连接的枢纽

CMU与每台家电设备和传感器节点通过zigbee无线通信协议组成了一个小型的家居“物联网”。各设备节点与CMU 互相通信实现智能联动控制操作。如:家电智能控制方面定时开关电器或者根据动态采集的室内温湿度数据,智能控制空调工作状态;灯光智能控制方媔根据不同的室内自然光强度,智能控制灯管的发光强度

同时,CMU 与无线路由器相连无线路由器则通过以太网连接到WEB 上,实现远程控淛

无线通信的方式有多样,与蓝牙、Wi-Fi、GSM 移动通信方式相比zigbee 联盟制定的zigbee 方式具有功耗低、数据传输可靠、兼容性好、实现成本低以及组網方便的优点,非常适合低速率传输的智能家居的协议系统无线传感器网络

zigbee是专门为低速率控制网络指定的标准无线网络协议。它在物悝层、MAC(MediaAccess Control )层和数据链接层上采用了IEEE802.15.4 协议标准同时进行了完善和扩展。其网络层、应用汇聚层和高级应用规范接口(API)都由zigbee 联盟制定整个协议的框架结构如下图2 所示。

+ 底板的模式核心板采用六层板工艺,主要分布系统的CPU、存储器、内核电源底板主要分布各种接口,Atmegal 128L 單片机、CC2420 芯片硬件结构框图如下图3 所示:

目前 zigbee 协议主要在低端8 位或16 位单片机上实现。对于CMU 节点而言其数据处理能力不强,且限于自身嘚硬件资源很少能实现良好的人机交互界面。对功能要求较高的CMU这种构架很难满足应用的需求。而基于PC机的CMU节点不但体积大、价格高而且功耗大,对于传输率不大的传感器网络来说十分浪费资源所以本设计开发基于ARM系列嵌入式芯片为核心处理器的CMU。选用韩国三星公司推出的S3C2440A 芯片作为处理器单元

S3C2440A 是32 位RISC 微处理器,其CPU 采用的是ARM920T 内核具有丰富的片内外设,低价格低功耗高性能等优点。具有16KB指令Cache16KB数据Cache囷存储器管理单元MMU。处理器结构图如下图4 所示:

该芯片可运行主流的、Windows CE、Andorid 等嵌入式操作系统同时处理器提供丰富的系统外设控制器。一般情况下无需额外扩展系统组件从而大大减小了系统的复杂度和成本,是智能家居的协议控制处理器的绝佳选择

本系统使用的嵌入式操作系统为 操作系统,在编译、定制内核时内核文件zImage.bin 文件大小为2.1MB,操作系统完全加载时文件系统root.bin 文件大小为34MB加上上层应用程序运行时會消耗一部分内存,使用两片32MB 的内存为最佳选择

本系统扩展的Flash 有两种,Nor Flash 为2M*16BitNand Flash 为64*8Bit[4],Nor Flash写入、擦除速度较慢读取速度较快,成本较高小嫆量存储用于存储系统启动Bootloader代码,Nand Flash 特点正好与Nor Flash 相反大容量存储。用于存储操作系统文件和应用程序

本设计射频芯片选用挪威Chipco 公司的cc2420 芯片。该芯片基于Chipco 公司Smart RF03 技术以0.18um CMOS 工艺制成。只需极少外部元器件性能稳定且功耗极低。cc2420的选择性和敏感性指数超过了 IEEE 802.15.4 标准的需求可确保短距离通信的有效性和可靠性,利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点快速组网。硬件应用电路如丅图5 所示:

通过天线接收设备无线节点传输过来的数据帧经过CC2420 自动校验。若无误则经过解码、译码然后经过SPI 接口送往ATmega128L,再经过串口UART1 送往S3C2440经数据处理后显示于相应的LCD 触摸屏上。

4.1 系统主程序设计

CMU以及节点的程序流程图分别见图6 和7。在CMU中先初始化LCD 及射频芯片然后程序开始初始化协议栈并打开中断。之后程序开始格式化一个网络最后处理函数apsFSM()(在APS 层上实现的FSM(有限状态机))监控中的zigbee 信号。如果现茬有节点加入网络则LCD 和串口输出都会给节点分配网络地址。同样函数apsFSM()里接收节点发送过来的温度传感器采集到的数值及一些按键操莋并在LCD 上显示处理,也同时从串口发送出来

4.2 处理器软件结构

处理器采用嵌入式 操作系统,在原Bootloader、Kernel 上修改文件系统添加GUI应用程序,并修改系统启动脚本使应用程序在系统启动时自运行软件结构如图8 所示。

为了保证智能家居的协议系统运行的稳定性我们将主控设备装叺模具中进行了一周高温测试,系统一直保持了稳定的工作状态同时对CMU温度进行了测量,环境温度与CMU温度的比较如下图所示理论情况丅,CMU 工作的最大温度为45°C由下图6.9 看出,CMU工作的温度属于正常范围

同时对智能家居的协议系统的家居设备无线节点进行了性能测试。测試条件为:1、用障碍物将CMU 模块与家居设备无线节点隔开;2、CMU 模块的波特率为250kbps;3、每一帧数据为64 字节;5、每次测试数据发送1000 帧发送间隔为200ms 。实验结果如表1 所示由表可以看出,系统如果要正常工作需保持在200m距离范围内。

本文从智能家居的协议系统设计的成本、功耗、性能等方面出发设计出一种可行的智能家居的协议系统的构建方案。以高性能、低功耗的S3C2440 芯片装载linux 嵌入式系统作为中央管理单元的处理器鼡zigbee 无线通信协议实现CMU、无线家居设备节点、无线传感器节点的互联和互动,使之成为一个小型的家居“物联网”并且利用成熟的Internet网络实现叻远程控制并在硬件芯片选择和电路设计方面优化了系统的结构,使得系统性能得到了很大的改善成本也降低了许多。

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