ZigBee技术在智能校园中的应用研究

黄婉盈 朱娜 张少华 刘文亮

摘要：ZigBee技术具有短距离性、高安全性与低功耗等优点，因此被广泛利用于智能家居中。本次课题主要是根据人们对智能校园系统功能的具体需求进行分析，并对之进行针对性的应用研究，同时解决校园整体系统中存在的成本、故障率高等问题，从而构建一套功能满足需要、成本低、安全较高、覆盖范围广等集诸多优点的ZigBee智能校园内部系统。

关键词：智能校园；ZigBee技术；应用研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）01-0264-02

一、引言

人们生活质量的提高使智能生活方式成为主流。作为一种低成本、低功耗的无线通讯技术，ZigBee技术在智能校园系统中有着良好的应用前景。将ZigBee技术应用于智能校园系统中，构建一个基于ZigBee技术的现代、智能校园系统，从而实现全新的数字化、智能管理和服务校园运营模式。在不同的领域，各种系统通过先进的无线网络技术相互连接，实现数据的共享和管理，使智能化、人性化的校园生活成为现实。

二、ZigBee技术

（一）ZigBee技术简介与应用

ZigBee一种是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本和自组织的双向无线通信技术。主要适合用于自动化控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。它是一种低速、低功耗、低传输速率的近距离无线组网通讯技术，并且可以自动组成网络。该技术始于2002年，在过去几年发展迅速，有着广阔的应用范围，尤其是智能家居领域。市面上的现有产品如无线开窗器、无线光照传感器、场景开关、温湿度传感器等。以无线光照传感器为例，作为一款环境监测类的产品，不仅可以实时读取当前环境光照数值，还可以通过场景内的联动，调整室内灯光、窗帘等。

（二）与其他同类技术比较

Wi-Fi是现代应用最广泛的无线传输技术，最大特点是方便人们随时随地接入互联网。但是也存在明显的缺点，功耗高、组网专业性强、安全性低等。另一种就是无线射频技术，运用在车辆监控、遥控、小型无线网络等，但抗干扰能力弱、组网不便、可靠性一般。ZigBee则使用128K加密技术，研发至今在全球没有被攻破的先例，而Wi-Fi与射频技术产品，利用截码器五分钟就能轻易破解。ZigBee在稳定性方面也是远胜Wi-Fi，独有的组网功能即使大面积断电后依旧能自主网络，恢复如初。

三、ZigBee技术的智能校园

（一）校园远程监测监控系统

针对现有的校园整体监测监控装置成本高、安装维护难度大等缺点，将ZigBee无线通讯技术引到校园监测监控系统中，设计了基于ZigBee技术的校园监测监控系统。利用无线传输的监测监控系统对整个校园中的各个角落、突发状况等进行快速、准确的监测并进行处理分析，实现高效率的远程监控并很大程度上减少人力支出。例如，ZigBee技术和太阳能路灯结合的智能路灯系统，能够远程实时监控在第一时间判断故障并排除，当路灯损坏时可以进行报警并显示出具体位置，还可以根据需要调节单盏路灯的亮度并对功耗和亮灯率等数据进行显示，大大提高使用寿命和经济效益并降低维护成本，从而节约社会资源以实现生态校园的目的。一般来说，校园需要更多的数据采集或监控站点，而ZigBee技术可以在提高可靠性数据传输的同时大大降低设备的成本，也可以覆盖现有的移动网络的盲区，以实现低数据量传输的远程检测监控系统。

（二）数据采集系统

随着校园各类数据的增多，数据系统的故障率也逐渐提高。因此利用ZigBee技术的功率小、成本低等优点设计出一个校园无线数据采集系统，该系统具有覆盖范围广、适应性强、性能安全稳定、操作简单等特点，实现了稳定数据实时采集和准确传输的同时保证数据的安全性。

该系统利用ZigBee无线网络的独特技术优势构建长链型网络，数据在网络中进行多跳路由传输。ZigBee中心节点即数据汇聚点，连接到系统管理中心，每个监测点都是ZigBee的路由节点或终端节点，负责发送和接受数据或路由。以基于ZigBee技术的低速网络数据采集无线传感网络数据采集系统为例，配合现有的软硬件系统，能够实现准确稳定的数据传输。因此在校园智能系统中的应用前景十分广泛。

（三）无线点餐

现有的传统餐饮服务模式信息化程度低，存在诸多不便。例如，單据多、出现漏单等。为满足餐饮数字化、网络化智能校园的要求，结合ZigBee技术独特的网络优势与智能设备建立一个无线点餐系统，提高食堂餐饮的服务质量和工作效率，减少人力支出、优化管理流程、降低出现差错的几率，实现各种信息的快速操作、餐饮管理的数字化、智能化。

ZigBee无线节点网络通过在餐厅、厨房、收银台和处理中心部署的ZigBee节点设备及RFD的软件程序形成一个完整的无线通讯网络。使这个网络能够自动处理信息，用户可以使用内置无线ZigBee通信模块无线点餐终端进行点餐、加餐、催餐、结账等操作。例如，点餐时用户或服务员的订单通过终端和大厅内的ZigBee网络自动上传到厨房和收银台，在有效范围内能及时将数据由无线通讯传达到数据服务器，再经过后台处理，将菜品信息无线传送至厨房终端。从而完成整个点餐流程。无线通讯系统对数据传输速率要求较低，更注重功耗与成本。而低成本、低功耗的ZigBee无线点餐系统极大程度满足了需求。

（四）智能交通

1.ZigBee技术的智能交通。随着校园的发展和汽车数量的迅速增长，现有的校园交通已经无法满足日益增长的交通需求。新一代信息技术中智能交通占据着重要地位，而ZigBee技术具有成本低、功耗低的优点，很适用于智能交通系统。采用ZigBee无线传感器网络技术，设计智能校园交通系统。通过ZigBee网络发送到无线控制系统子控制模块，子控制模块将数据传输到主控制模块进行处理，并根据实时路况进行交通信号灯的管制，从而提高交通效率。不仅能在GPS覆盖不到的楼内或隧道内继续使用，还能通过ZigBee无线网络传输信息实时采集路况，使每台设备间通过无线网络连接，实现无需挖掘路面进行布线，在智能交通领域具有一定的价值。

2.校园智能公交。开发一种基于ZigBee和GSM/GPRS的校园智能公交运行监测管理系统，利用各自的特点从而较好地解决学生出行问题。每辆校园公交上的无线识别器就是一个ZigBee设备，而每一个站台上的站台监控器则是ZigBee网络协调器。每个站台系统与到达的车辆形成一个ZigBee网络。ZigBee组成的智能交通系统可以使车辆在行驶过程中有效检测车辆状态、信息方位等，还可以将导航、地理等信息及时传送给车辆，并且能调度交通系统，提高行车安全性且有效缓解交通压力。

四、结语

本文主要对ZigBee在智能校园系统中的应用进行分析和研究，随着ZigBee技术的不断进步，将会在更多的设备中进行投入和使用。我国相关研究部门也正将这种ZigBee技术进行研发，并且在不久的将来，无线点餐系统、智能交通系统等都会安装大量低成本、低耗能的ZigBee设备。而基于ZigBee技术的智能校园系统也将更加完善，与人们的生活更加贴近。

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