基于ZigBee与XBee的智能家居系统设计及其性能测试

方案，进行对比实验。

4.1 距离与抗干扰性测试

为考量无线通信方式在室内智能家居系统中的应用，对这两种无线通信方式进行室内（存在墙壁阻隔）与楼道（直线可视）两种环境下通信距离的测试，并且在空旷的室外也进行了测量。因为墙壁阻隔是影响通信距离与造成干扰的主要因素，所以距离与抗干扰性测试同时进行。抗干扰性能测试主要是系统在这两种通信方式下，通过穿透墙壁的数量进行对比分析，从而判断哪种通信方式抗干扰性更强，稳定性更高。图7为ZigBee模块接收效果图，接收端模块收发正常时信号指示灯由闪变为常亮，随着距离的增加，到达一定距离后信号收发性能变弱，指示灯变闪，最终指示灯变灭，达到最远通信距离。XBee模块效果图与其类似。

室内通信距离测试主要进行水平通信距离与垂直通信距离测试。水平通信距离即测试在室内同楼层间穿墙通信距离，垂直通信距离则是在不同楼层间进行通信距离测量。本设计选择房间宽度约为5 m，楼层高度约为3 m的建筑进行测试，经测试得出ZigBee水平通信距离大约为10 m，穿越一间房两堵墙，垂直通信距离约为10 m，穿越一层楼两块天花板。XBee水平通信距离约20 m，穿越三间房六堵墙，垂直通信距离同样约20 m，穿越六层楼七块天花板。两者在室内通信距离测试中，水平通信距离与垂直通信距离效果相似。

楼道通信距离测试，本设计楼道选择宽度约为1.5 m，楼道一侧为建筑本身，另一侧比较空旷，障碍物少，直线可视，符合大多数室内结构设计，经测试得出ZigBee楼道通信距离约为65 m，XBee楼道通信距离约为100 m。

室外通信距离测试，主要选择在比较空旷的室外进行测量，此参数方便用户安装智能路灯、室外监控设备等器件。经实验测试可知，ZigBee室外通信距离约为100 m，XBee室外通信距离大于200 m，都适用于不同需求的室外智能控制。

通信距离测试数据对照表如表1所示，由测试数据对比可知，XBee模块不管是在室内、楼道、还是在室外都比ZigBee模块通信距离远，并且由室内通信测试可知，XBee模块穿透的墙壁数量更多。综上可知，室内通信距离远、穿透力强，代表此通信方式抗干扰性强，在相同范围内进行通信时稳定性更高；楼道中的通信距离也同样说明上述优点；室外通信距离，说明用户可在更远的范围内安装所需的智能设备，更加满足用户的需求。

4.2 功耗测试

由于本设计除通信模块不同外，其余均采用相同电路，所以系统的功耗测试差异就为无线通信模块功耗的差异。利用变频电源器给发射部分提供稳定的输入，再通过智能电参数测量仪对发射部分电路工作时所需功率进行测量，如图8所示，图中仪器上有四个测试参数，左上代表市电输入，右上代表电流输入，左下为PF值，右下代表输入功率。图8（a）为ZigBee模块单独工作，系统无其他外围电路工作时，由变频电源提供稳定220 V市电，再通过电源转换器转换为5 V输入，ZigBee模块发射端所需的功率及电流参数。图8（b）为XBee模块通过相同的方式测出的所需电流与功率参数。

由图8中的测试数据可知，采用ZigBee模块的发射部分工作时所需功率为0.94 W，而采用XBee模块只需0.69 W，从所需功耗参数比较可得，XBee模块功耗更低，若采用电池，其使用寿命更长，更适用于室内智能家居。

5 结 论

本文设计了一个基于ZigBee技术与XBee技术的智能家居控制系统，并进行性能对比分析。经测试数据分析结果表明：应用XBee无线通信技术在室内、楼道、室外，其通信距离更远；XBee无线通信技术抗干扰性更强，更适用于存在诸多墙壁、家电等干扰的室内家居应用；在相同条件下，应用XBee无线通信模块功耗更低，若采用电池供电，其使用寿命更长。所以，XBee无线通信技术更加适用于室内家居智能控制系统，具有较高的实际应用价值。

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