【正文】 系已經(jīng)作為國(guó)家重點(diǎn)專業(yè)項(xiàng)目來(lái)培養(yǎng)。據(jù)悉，國(guó)家將投資15億來(lái)大力的鼓勵(lì)該項(xiàng)目的實(shí)施。北京預(yù)計(jì)有30000戶用戶將率先實(shí)施該項(xiàng)目。到2010年，我過(guò)已經(jīng)有70%的家庭都擁有了Internet設(shè)備。此外，更有50%以上的用戶擁有多臺(tái)設(shè)備。國(guó)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(shí)現(xiàn)家庭智能化。由于智能家居系統(tǒng)能夠給人們帶來(lái)方便，高效的生活方式，智能家居系統(tǒng)已經(jīng)和網(wǎng)絡(luò)一樣成為以后生活必不可少的部分。但是由于很多開(kāi)發(fā)商和媒體的大肆宣傳，消費(fèi)者們對(duì)智能化家居存在認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。據(jù)調(diào)查，在美國(guó)，有38%的家庭希望擁有家庭網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)該根據(jù)自己的實(shí)際需求來(lái)選擇，而不是盲目的追求。 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的功能模塊，基于國(guó)外智能家居標(biāo)準(zhǔn)的日益成熟，我們國(guó)家在軟硬件，開(kāi)發(fā)機(jī)制等方面也漸漸地向設(shè)備智能家居化發(fā)展。此外，為了解決當(dāng)前智能產(chǎn)品實(shí)用性差，使用復(fù)雜昂貴的缺陷，我國(guó)的技術(shù)創(chuàng)新也逐漸向國(guó)際先進(jìn)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(lái)。智能家居網(wǎng)關(guān)是智能家居的終端部件作為智能家居內(nèi)外連接通信的“大腦”，它主要是負(fù)責(zé)公網(wǎng)和家庭內(nèi)部之間的交互，能很好的實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)信息的互相交換。智能家居系統(tǒng)是為適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)家庭風(fēng)格而慢慢轉(zhuǎn)變成一種多變化，多形式化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時(shí)智能家居網(wǎng)關(guān)還和其他的四個(gè)部位相互連接，交互信息，能把他們的信息統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行管理。而且智能家居得網(wǎng)關(guān)還可以很好的接入到外部的網(wǎng)絡(luò)，使使用它的人即使出門(mén)在外的同時(shí)能對(duì)家庭內(nèi)部各個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行方便、安全的管理?，F(xiàn)在有許多廠家為了在市場(chǎng)上搶得先機(jī)，都推出了自己的家庭網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。下面是比較主要的幾種：（1）首先介紹的是開(kāi)放式服務(wù)網(wǎng)關(guān)組織，它誕生于1999年，好多國(guó)內(nèi)的知名供應(yīng)商都在里面。目的就是建立一個(gè)開(kāi)放式的服務(wù)規(guī)范，向家庭設(shè)備提供所需要的業(yè)務(wù)，從而制定了家庭外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭設(shè)備所需的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。（2）互聯(lián)網(wǎng)家庭聯(lián)盟；誕生于21世紀(jì)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(gè)聯(lián)盟主要是來(lái)解決一些家電怎么連接到家庭網(wǎng)絡(luò)中的問(wèn)題。（3）ECHONET協(xié)會(huì)；該協(xié)會(huì)誕生于1997年，它是一個(gè)國(guó)際組織。主要的目的是制定一套完整的家庭網(wǎng)絡(luò)體系，并把他們應(yīng)用到家庭醫(yī)療保健等服務(wù)上。同時(shí)還有好多的國(guó)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(bào)警，三表抄送，監(jiān)測(cè)，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(fù)雜的配置系統(tǒng)。例如，在網(wǎng)上買(mǎi)東西，遠(yuǎn)程報(bào)警，緊急情況和其他新功能是基于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越高的要求而設(shè)計(jì)的發(fā)展。本課題提出了一種基于ZigBee技術(shù)和GPRS無(wú)線通信的智能家居技術(shù)結(jié)合起來(lái)的技術(shù)，建立了一個(gè)無(wú)線智能家居系統(tǒng)，把現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，不僅避免了一些在現(xiàn)場(chǎng)布線所帶來(lái)的不必要的問(wèn)題，還能及時(shí)，準(zhǔn)確，全面地反映電設(shè)備的用戶使用，這樣也彌補(bǔ)了那些比較傳統(tǒng)接線方式的缺點(diǎn)。由于基于GPRS技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，用戶可以使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP / IP通信模式并利用互聯(lián)網(wǎng)格局和用戶計(jì)算機(jī)和手機(jī)直接進(jìn)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(yīng)用到更廣的范圍內(nèi)。所以本論文結(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)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(shù)介紹。通過(guò)和其他短距離通信方式對(duì)比詳細(xì)的介紹了ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)以及ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)和原理，簡(jiǎn)單介紹了ZigBee應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)所在。第3章: 智能家居總體設(shè)計(jì)方案。本章主要制作了智能家居的總體設(shè)計(jì)流程圖，并簡(jiǎn)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(shè)計(jì)。主要完成了智能家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)立，設(shè)計(jì)智能家居的無(wú)線傳輸模塊，選擇數(shù)據(jù)在采集端端無(wú)線收發(fā)芯片及其外圍所需電路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)、ZigBee終端采集節(jié)點(diǎn)和其相應(yīng)的接口電路的硬件電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)和介紹。第5章: 智能家居的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試。建立智能家居ARM的網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，完成了數(shù)據(jù)采集端的軟件設(shè)計(jì)(包括ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì))，對(duì)相應(yīng)的程序進(jìn)行調(diào)試。第6章：實(shí)驗(yàn)結(jié)論與展望：通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)的出理想的結(jié)論，從而總結(jié)出本課題研究的成果及不足，以及對(duì)以后研究的展望和憧憬。 第2章 嵌入式及ZigBee技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)是為一種特定的應(yīng)用而專門(mén)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，又稱之為“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。嵌入式系統(tǒng)很難給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義，根據(jù)英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)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(wù)，而國(guó)內(nèi)認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專業(yè)性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)特定需求進(jìn)行合理的裁剪利用。嵌入式系統(tǒng)存在生活中的各個(gè)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(wù)、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(fēng)靡，嵌入式系統(tǒng)利用自身積累的底蘊(yùn)經(jīng)驗(yàn)，重視和把握這個(gè)機(jī)會(huì)，想辦法在已經(jīng)成熟的平臺(tái)和產(chǎn)品基礎(chǔ)上與應(yīng)用傳感單元的結(jié)合，擴(kuò)展物聯(lián)和感知的支持能力，發(fā)掘某種領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。作為物聯(lián)網(wǎng)重要技術(shù)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(zhì)。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?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制，這就是我們嵌入式系統(tǒng)所能做到的。誠(chéng)然，物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。 嵌入式系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)方面都得根據(jù)具體的應(yīng)用任務(wù)的，雖然說(shuō)不同的應(yīng)用所對(duì)應(yīng)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(duì)產(chǎn)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(guò)計(jì)算機(jī)走進(jìn)了人們的視線，被人熟知。從定義中我們總結(jié)了幾個(gè)嵌入式系統(tǒng)的重要特征：（1）內(nèi)核比較小。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心通常是一個(gè)只有幾K或幾十K的內(nèi)核，所以它一般用在小型的電子設(shè)備中，資源也相對(duì)的比較有限。它和windows的內(nèi)核簡(jiǎn)直沒(méi)有可比性。（2）專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化較強(qiáng)，它通常針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，所以它必須與具體的應(yīng)用結(jié)合在一起才能發(fā)揮它的最大優(yōu)勢(shì)。（3）系統(tǒng)簡(jiǎn)單。嵌入式系統(tǒng)一般在軟件方面沒(méi)有什么明顯的區(qū)分，不需要對(duì)它的設(shè)計(jì)太過(guò)于復(fù)雜，從而還減少了成本。（4）高實(shí)時(shí)性。嵌入式軟件基本上都是固態(tài)存儲(chǔ)，來(lái)提高速度；同時(shí)也要求有高可靠性和高質(zhì)量的軟件代碼。（5）嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用結(jié)合在一起的，更新?lián)Q代也是同時(shí)進(jìn)行的。所以嵌入式系統(tǒng)還是有比較長(zhǎng)的生命周期的。（6）嵌入式系統(tǒng)由于自身限制沒(méi)有開(kāi)發(fā)能力，用戶在它被設(shè)計(jì)完成后也不能對(duì)程序進(jìn)行修改，所以嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境。短距離無(wú)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(wú)線發(fā)射功率一般比較小。迄今為止，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的短距離無(wú)線通信技術(shù)主要有以下幾種： 藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth Technology）：藍(lán)牙技術(shù)在1994年問(wèn)世，在被大家所關(guān)注一些近距離的無(wú)線連接的技術(shù)中，它則是一個(gè)語(yǔ)音通信與無(wú)線數(shù)據(jù)開(kāi)放性的全球典范，并且它以其低成本短距離的無(wú)線連接為基礎(chǔ)，可以為固定或者移動(dòng)終端的設(shè)備帶來(lái)一些廉價(jià)接入的服務(wù)。在1998年的時(shí)候，該藍(lán)牙技術(shù)的協(xié)議則由多家的公司最后達(dá)成共識(shí)。 ISM頻段，它傳輸?shù)乃俾蕿?Mpbs，傳輸?shù)木嚯x則為10米。 ，則由藍(lán)牙小組 (SIG)負(fù)責(zé)進(jìn)行開(kāi)發(fā) 。最初的標(biāo)準(zhǔn)是藍(lán)牙 ，而后來(lái)已經(jīng)構(gòu)建到現(xiàn)在很多的藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備中[7]。 WiFi技術(shù)（Wireless Fidelity）：。和藍(lán)牙技術(shù)一樣，不同的是，它的數(shù)據(jù)傳輸率最大可以達(dá)到54Mbit/s。但在數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩苑矫?，它比Bluetooth技術(shù)稍微差一些。不過(guò)它的電波覆蓋范圍達(dá)到了100m左右，相對(duì)于藍(lán)牙技術(shù)略勝一籌。WiFi技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)在于它不需要現(xiàn)場(chǎng)布線，可以不受到布線條件所帶來(lái)的缺點(diǎn)。所以它非常滿足那些移動(dòng)辦公的用戶，此外由于它的發(fā)射信號(hào)功率低于100mw，比手機(jī)發(fā)射功率還低，所以選擇WiFi上網(wǎng)相對(duì)也是最安全最健康的。 紅外技術(shù)（IrDA技術(shù)）：IrDA在1993年成立。目前有SIR、FIR、UFIR等幾個(gè)協(xié)議版本，它的通信距離是從5cm~1m之間。不過(guò)IrDA技術(shù)對(duì)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(shù)：它是一種不用載波，而采用時(shí)間間隔極端的脈沖進(jìn)行通信的技術(shù)，也稱作脈沖無(wú)線電、時(shí)域或無(wú)載波通信。，頻譜范圍有點(diǎn)寬但是發(fā)射功率低。通信速度在250Kbit到10Mbit之間。超寬帶技術(shù)最初是用來(lái)雷達(dá)開(kāi)發(fā)的，認(rèn)為它屬于一種無(wú)載波通信技術(shù)。和藍(lán)牙相比，它的抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速率高，最高可達(dá)到藍(lán)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(shí)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(shí)候才發(fā)送，所以消耗點(diǎn)能小。ZigBee技術(shù)：是一種新型的技術(shù)，其目標(biāo)是實(shí)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(guó)），傳輸速率在10kbps到250kbps，有效的覆蓋范圍為10M~75M。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量最多可以達(dá)到65536個(gè)。ZigBee和其他幾種短距離無(wú)線通信技術(shù)的比較如下圖21所示： 表21 ZigBee和其他幾種短距離無(wú)線通信技術(shù)的比較 ZigBee技術(shù) ZigBee的特點(diǎn)（1）低功耗。在低耗電待機(jī)模式狀態(tài)下，2節(jié)5號(hào)的干電池就可以支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作長(zhǎng)達(dá)24個(gè)月，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。這是ZigBee相比較藍(lán)牙和WiFi的優(yōu)勢(shì)所在。（2）低成本。通過(guò)大幅度的簡(jiǎn)化協(xié)議，具體點(diǎn)就是不到Bluetooth的1/10，極大降低了其對(duì)通信控制器的要求，按照預(yù)測(cè)值來(lái)分析，用8051的8位微控制器進(jìn)行計(jì)算，它的全功能主節(jié)點(diǎn)需要32Kb代碼，而其子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee免去協(xié)議專利費(fèi)。它的每一塊芯片價(jià)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(yīng)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(guò)路由器和節(jié)點(diǎn)間通信接力，傳輸距離將可以達(dá)到更遠(yuǎn)。（5）短時(shí)延。ZigBee響應(yīng)的速度比較快，一般的從睡眠轉(zhuǎn)入到工作狀態(tài)只需要短短的15ms，節(jié)點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)需要30ms，進(jìn)一步的節(jié)省了其電能。相比較而言，藍(lán)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(luò)結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)控制著若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)，最多的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)甚至可以控制多達(dá)254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；與此同時(shí)，主節(jié)點(diǎn)還可以由上一層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可形成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)。（7）免執(zhí)照頻段。其使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療頻段，915MHZ（美國(guó)），（全球），868MHZ（歐洲）。ZigBee/：物理層PHY和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC，ZigBee聯(lián)盟在它的基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層NWK和應(yīng)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(wù)提供層。應(yīng)