【正文】 系已經(jīng)作為國家重點專業(yè)項目來培養(yǎng)。據(jù)悉，國家將投資15億來大力的鼓勵該項目的實施。北京預計有30000戶用戶將率先實施該項目。到2010年，我過已經(jīng)有70%的家庭都擁有了Internet設備。此外，更有50%以上的用戶擁有多臺設備。國家建筑部提出了要求：到2010年，各大小城市要60%的住宅都能實現(xiàn)家庭智能化。由于智能家居系統(tǒng)能夠給人們帶來方便，高效的生活方式，智能家居系統(tǒng)已經(jīng)和網(wǎng)絡一樣成為以后生活必不可少的部分。但是由于很多開發(fā)商和媒體的大肆宣傳，消費者們對智能化家居存在認識上的誤區(qū)。據(jù)調查，在美國，有38%的家庭希望擁有家庭網(wǎng)絡。但是很少有人需要帶有電子郵件功能的冰箱，熱水器等。所以，用戶應該根據(jù)自己的實際需求來選擇，而不是盲目的追求。 產品開發(fā)的功能模塊，基于國外智能家居標準的日益成熟，我們國家在軟硬件，開發(fā)機制等方面也漸漸地向設備智能家居化發(fā)展。此外，為了解決當前智能產品實用性差，使用復雜昂貴的缺陷，我國的技術創(chuàng)新也逐漸向國際先進水平靠攏，讓我們真正的享受舒服溫馨的的家庭生活，這是值得期待的未來。智能家居網(wǎng)關是智能家居的終端部件作為智能家居內外連接通信的“大腦”，它主要是負責公網(wǎng)和家庭內部之間的交互，能很好的實現(xiàn)外部網(wǎng)絡和家庭內部網(wǎng)信息的互相交換。智能家居系統(tǒng)是為適應當今社會家庭風格而慢慢轉變成一種多變化，多形式化的網(wǎng)絡系統(tǒng)。同時智能家居網(wǎng)關還和其他的四個部位相互連接，交互信息，能把他們的信息統(tǒng)一起來進行管理。而且智能家居得網(wǎng)關還可以很好的接入到外部的網(wǎng)絡，使使用它的人即使出門在外的同時能對家庭內部各個網(wǎng)絡進行方便、安全的管理?，F(xiàn)在有許多廠家為了在市場上搶得先機，都推出了自己的家庭網(wǎng)關標準。下面是比較主要的幾種：（1）首先介紹的是開放式服務網(wǎng)關組織，它誕生于1999年，好多國內的知名供應商都在里面。目的就是建立一個開放式的服務規(guī)范，向家庭設備提供所需要的業(yè)務，從而制定了家庭外部網(wǎng)絡對家庭設備所需的服務標準。（2）互聯(lián)網(wǎng)家庭聯(lián)盟；誕生于21世紀初期，主要的成員包括現(xiàn)在知名的松下，惠普微軟等公司。這個聯(lián)盟主要是來解決一些家電怎么連接到家庭網(wǎng)絡中的問題。（3）ECHONET協(xié)會；該協(xié)會誕生于1997年，它是一個國際組織。主要的目的是制定一套完整的家庭網(wǎng)絡體系，并把他們應用到家庭醫(yī)療保健等服務上。同時還有好多的國家都相繼提出了不同的智能家居方案，例如，包括早期的新加坡模型的智能家居系統(tǒng)：安全報警，三表抄送，監(jiān)測，控制，家居智能布線箱，寬帶上網(wǎng)等。具有智能家居目前更優(yōu)越的切削復雜的配置系統(tǒng)。例如，在網(wǎng)上買東西，遠程報警，緊急情況和其他新功能是基于現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們越來越高的要求而設計的發(fā)展。本課題提出了一種基于ZigBee技術和GPRS無線通信的智能家居技術結合起來的技術，建立了一個無線智能家居系統(tǒng)，把現(xiàn)代通信技術和計算機技術結合在一起，不僅避免了一些在現(xiàn)場布線所帶來的不必要的問題，還能及時，準確，全面地反映電設備的用戶使用，這樣也彌補了那些比較傳統(tǒng)接線方式的缺點。由于基于GPRS技術的數(shù)據(jù)傳輸終端系統(tǒng)的設計，用戶可以使用標準的TCP / IP通信模式并利用互聯(lián)網(wǎng)格局和用戶計算機和手機直接進行數(shù)據(jù)交換，不必在乎的是如何傳輸數(shù)據(jù)的。所以，有很多類似的有線通信系統(tǒng)都可以用本課題所研究的模式所替代，而且系統(tǒng)還可以應用到更廣的范圍內。所以本論文結構安排如下:第1章:緒論。主要講解本課題所研究背景和意義，闡述本課題的國內外發(fā)展現(xiàn)狀、研究的目的和意義以及本文所要去完成的主要工作。第2章：ZigBee技術介紹。通過和其他短距離通信方式對比詳細的介紹了ZigBee技術的特點以及ZigBee協(xié)議棧結構和原理，簡單介紹了ZigBee應用在物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢所在。第3章: 智能家居總體設計方案。本章主要制作了智能家居的總體設計流程圖，并簡要介紹了該系統(tǒng)各部分主要功能和作用。第4章: 智能家居系統(tǒng)的硬件設計。主要完成了智能家庭網(wǎng)關的設立，設計智能家居的無線傳輸模塊，選擇數(shù)據(jù)在采集端端無線收發(fā)芯片及其外圍所需電路的設計數(shù)據(jù)，對ZigBee節(jié)點、ZigBee終端采集節(jié)點和其相應的接口電路的硬件電路的詳細設計和介紹。第5章: 智能家居的軟件設計與調試。建立智能家居ARM的網(wǎng)關平臺，完成了數(shù)據(jù)采集端的軟件設計(包括ZigBee協(xié)調器、路由器和終端節(jié)點的設計)，對相應的程序進行調試。第6章：實驗結論與展望：通過這次實驗的出理想的結論，從而總結出本課題研究的成果及不足，以及對以后研究的展望和憧憬。 第2章 嵌入式及ZigBee技術 嵌入式系統(tǒng)是為一種特定的應用而專門設計的計算機系統(tǒng)，又稱之為“嵌入式計算機系統(tǒng)”。嵌入式系統(tǒng)很難給它下一個準確的定義，根據(jù)英國電氣工程師協(xié)會的定義，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特殊要求的事先定義好的任務，而國內認同的嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結合的，它具有很強的專業(yè)性，必須結合實際系統(tǒng)特定需求進行合理的裁剪利用。嵌入式系統(tǒng)存在生活中的各個地方，如交通管理、工業(yè)控制、家電信息、家庭智能管理系統(tǒng)、電子商務、環(huán)境工程與自然等。 隨著醫(yī)療電子、智能家居、物流管理和電力控制等方面的不斷風靡，嵌入式系統(tǒng)利用自身積累的底蘊經(jīng)驗，重視和把握這個機會，想辦法在已經(jīng)成熟的平臺和產品基礎上與應用傳感單元的結合，擴展物聯(lián)和感知的支持能力，發(fā)掘某種領域物聯(lián)網(wǎng)應用。作為物聯(lián)網(wǎng)重要技術組成的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的視角有助于深刻地、全面地理解物聯(lián)網(wǎng)的本質。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制，這就是我們嵌入式系統(tǒng)所能做到的。誠然，物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)[15]，以適應不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應用領域和應用模式。 嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)和設計方面都得根據(jù)具體的應用任務的，雖然說不同的應用所對應的嵌入式系統(tǒng)差距很大，但它的基本要素都是一樣的，由于現(xiàn)在的人們對產品成本、功耗、可靠性等要求逐漸提高，嵌入式系統(tǒng)慢慢的通過計算機走進了人們的視線，被人熟知。從定義中我們總結了幾個嵌入式系統(tǒng)的重要特征：（1）內核比較小。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心通常是一個只有幾K或幾十K的內核，所以它一般用在小型的電子設備中，資源也相對的比較有限。它和windows的內核簡直沒有可比性。（2）專用性強。嵌入式系統(tǒng)的個性化較強，它通常針對一項特殊的任務。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產品、面向應用的，所以它必須與具體的應用結合在一起才能發(fā)揮它的最大優(yōu)勢。（3）系統(tǒng)簡單。嵌入式系統(tǒng)一般在軟件方面沒有什么明顯的區(qū)分，不需要對它的設計太過于復雜，從而還減少了成本。（4）高實時性。嵌入式軟件基本上都是固態(tài)存儲，來提高速度；同時也要求有高可靠性和高質量的軟件代碼。（5）嵌入式系統(tǒng)是與應用結合在一起的，更新?lián)Q代也是同時進行的。所以嵌入式系統(tǒng)還是有比較長的生命周期的。（6）嵌入式系統(tǒng)由于自身限制沒有開發(fā)能力，用戶在它被設計完成后也不能對程序進行修改，所以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。短距離無線通信系統(tǒng)的工作范圍一般從幾厘米到幾百米，大多數(shù)都工作在高頻段，無線發(fā)射功率一般比較小。迄今為止，已經(jīng)得到廣泛應用的短距離無線通信技術主要有以下幾種： 藍牙技術（Bluetooth Technology）：藍牙技術在1994年問世，在被大家所關注一些近距離的無線連接的技術中，它則是一個語音通信與無線數(shù)據(jù)開放性的全球典范，并且它以其低成本短距離的無線連接為基礎，可以為固定或者移動終端的設備帶來一些廉價接入的服務。在1998年的時候，該藍牙技術的協(xié)議則由多家的公司最后達成共識。 ISM頻段，它傳輸?shù)乃俾蕿?Mpbs，傳輸?shù)木嚯x則為10米。 ，則由藍牙小組 (SIG)負責進行開發(fā) 。最初的標準是藍牙 ，而后來已經(jīng)構建到現(xiàn)在很多的藍牙技術設備中[7]。 WiFi技術（Wireless Fidelity）：。和藍牙技術一樣，不同的是，它的數(shù)據(jù)傳輸率最大可以達到54Mbit/s。但在數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩苑矫?，它比Bluetooth技術稍微差一些。不過它的電波覆蓋范圍達到了100m左右，相對于藍牙技術略勝一籌。WiFi技術最主要的優(yōu)勢在于它不需要現(xiàn)場布線，可以不受到布線條件所帶來的缺點。所以它非常滿足那些移動辦公的用戶，此外由于它的發(fā)射信號功率低于100mw，比手機發(fā)射功率還低，所以選擇WiFi上網(wǎng)相對也是最安全最健康的。 紅外技術（IrDA技術）：IrDA在1993年成立。目前有SIR、FIR、UFIR等幾個協(xié)議版本，它的通信距離是從5cm~1m之間。不過IrDA技術對于方向性的要求很高，它的核心部件（紅外線LED）的使用壽命也是十分有限的。超寬帶（UWB）技術：它是一種不用載波，而采用時間間隔極端的脈沖進行通信的技術，也稱作脈沖無線電、時域或無載波通信。，頻譜范圍有點寬但是發(fā)射功率低。通信速度在250Kbit到10Mbit之間。超寬帶技術最初是用來雷達開發(fā)的，認為它屬于一種無載波通信技術。和藍牙相比，它的抗干擾能力強，傳輸速率高，最高可達到藍牙的100倍。帶寬極寬，UWB使用的寬帶在1GHz以上，它可以和通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。消耗電能小，UWB不使用載波，只需要發(fā)出瞬間脈沖電波，并且在需要的時候才發(fā)送，所以消耗點能小。ZigBee技術：是一種新型的技術，其目標是實現(xiàn)低能耗，低成本短距離的雙喜雙向通信。它有3種可供選擇的頻段，、868MHZ（歐洲）及915MHZ（美國），傳輸速率在10kbps到250kbps，有效的覆蓋范圍為10M~75M。每個ZigBee網(wǎng)絡設備的數(shù)量最多可以達到65536個。ZigBee和其他幾種短距離無線通信技術的比較如下圖21所示： 表21 ZigBee和其他幾種短距離無線通信技術的比較 ZigBee技術 ZigBee的特點（1）低功耗。在低耗電待機模式狀態(tài)下，2節(jié)5號的干電池就可以支持1個節(jié)點工作長達24個月，甚至更長時間。這是ZigBee相比較藍牙和WiFi的優(yōu)勢所在。（2）低成本。通過大幅度的簡化協(xié)議，具體點就是不到Bluetooth的1/10，極大降低了其對通信控制器的要求，按照預測值來分析，用8051的8位微控制器進行計算，它的全功能主節(jié)點需要32Kb代碼，而其子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee免去協(xié)議專利費。它的每一塊芯片價格在2美元左右。（3）低速率。ZigBee一般工作在20~250kbps速率，分別提供250kbps、40kbps和20kbps的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足其低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用要求。（4）短距離。其傳輸范圍一般在10~100m間，在增加了發(fā)射功率之后，也可以增加到1~3km。如果其能通過路由器和節(jié)點間通信接力，傳輸距離將可以達到更遠。（5）短時延。ZigBee響應的速度比較快，一般的從睡眠轉入到工作狀態(tài)只需要短短的15ms，節(jié)點連接網(wǎng)絡需要30ms，進一步的節(jié)省了其電能。相比較而言，藍牙則需要3~10s，WiFi則需要3s。（6）比較高的容量。ZigBee可以采用3種網(wǎng)絡結構，它由一個主節(jié)點控制著若干個子節(jié)點，最多的一個主節(jié)點甚至可以控制多達254個子節(jié)點；與此同時，主節(jié)點還可以由上一層的網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可形成65000個節(jié)點的大型網(wǎng)絡。（7）免執(zhí)照頻段。其使用工業(yè)科學醫(yī)療頻段，915MHZ（美國），（全球），868MHZ（歐洲）。ZigBee/：物理層PHY和介質訪問控制子層MAC，ZigBee聯(lián)盟在它的基礎上定義了網(wǎng)絡層NWK和應用層APL這兩層。 。（PHY）和控制層（MAC），以及ZigBee堆棧層：APL、NWK和安全服務提供層。應