【正文】 具有家庭總線系 統(tǒng)； 通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能； 能和住宅以外的外部世界相連接。 80 年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為 一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念（ HA， Home Automation ）。在智能家居環(huán)境的認(rèn)定上，只有完整地安裝了所有的必備系統(tǒng)，并且至少選裝了一種及以上的可選系統(tǒng)的智能家居才能稱為智能家居 [3]。 通俗地說，它是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)。由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，不論哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)來(lái)完成所需的信號(hào)傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。 主要內(nèi)容如下：采用 Zigbee 技術(shù)，構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信機(jī)理。智能家居系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代化生活方式，是未來(lái)居住模式的必然發(fā)展趨勢(shì)。因此，智能家居系統(tǒng)逐漸成為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。 以及設(shè)計(jì)微處理器控制模塊，通信模塊、檢測(cè)模塊等硬件。安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。智能家居將讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過家觸摸屏、無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。 家居布線系統(tǒng) 對(duì)于一個(gè)智能住宅需要有一個(gè)能 支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體、家庭自動(dòng)化、保安等多種應(yīng)用的布線系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也就是智能化住宅布線系統(tǒng)。80 年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為 Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。 物聯(lián)傳感技術(shù)是全球第一個(gè)利用物聯(lián)網(wǎng)來(lái)控制燈飾及電子電器產(chǎn)品（我們現(xiàn)在 5 通稱為 ZigBee產(chǎn)品），并將其作為智能家居主流產(chǎn)品走向了商業(yè)化。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴(kuò)容，易使用，易維護(hù)、便于快速大規(guī)模部署等特點(diǎn)順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢(shì)。但較之于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的我國(guó)智能家居系統(tǒng)起步稍晚，所以目前市場(chǎng)主流的產(chǎn)品（系統(tǒng)）還無(wú)法很好地解決產(chǎn)品本身與市場(chǎng)需求的矛盾，使得智能家居市場(chǎng)的僵冰還沒有被完全打破，所以很大程度上阻礙了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。個(gè)子系統(tǒng)在交互平臺(tái)管理下運(yùn)行，平臺(tái)能采集各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。根據(jù)客戶及市場(chǎng)的變化不斷增加各種總線、系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軟件和硬件接口，豐富多樣的通訊、控制接口，為子系統(tǒng)的多樣選擇提供的基礎(chǔ)保障， 6 智能家居有了最大限度包容性，用戶有了更大的選擇余地。 控制軟件可編程（ DIY），提供信息服務(wù) 此系統(tǒng)方便用戶改變控制邏輯、控制方式、操作界面，用戶的控制邏輯、操作界面可以自定義、可以 DIY。 智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高 效，更能為家庭的日?；顒?dòng)節(jié)約不必要的能耗。廣泛應(yīng)用于音響鍵鼠等各項(xiàng)內(nèi)容，有很好的發(fā)展前景。 IEEE 草案： 使用 頻段，傳輸速度可達(dá) 300Mbps，目前標(biāo)準(zhǔn)尚為草案，但產(chǎn)品已層出不窮。缺乏集中的安全控制是無(wú)線 LAN只在一些相對(duì)較的小公司和特定應(yīng)用中得到使用的根本原因。 SSID 通常是無(wú)線 LAN 子系統(tǒng)中設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)名稱；它用于在本地分割子系統(tǒng)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。 簡(jiǎn)單的說， ZigBee 是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。與移動(dòng)通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。 ZigBee 協(xié)議棧各層結(jié)構(gòu) Zig Bee 協(xié)議棧各層的主要功能模塊主要包括 PHY 層功能、 MAC 層功能、 NWK 層功能、 APS 子層功能，應(yīng)用框架 AF(APhcationFram， ork)功能及各類應(yīng)用對(duì)象。 AMC 層的 ED 掃描調(diào)用 PHY 層的 ED 檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。 ZigBee 的技術(shù)特點(diǎn) ZigBee 是一種無(wú)線連接，可工作在 (全球流行 )、 868MHz(歐洲流行 )和915 MHz(美國(guó)流行 )3 個(gè)頻段上 ,分別具有最高 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳輸速率，它的傳輸距離在 1075m 的范圍內(nèi) ,但可以繼續(xù)增加。低成本對(duì)于 ZigBee 也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 可靠：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙 ,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。 ZigBee 聯(lián) 盟及標(biāo)準(zhǔn)制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個(gè)高速成長(zhǎng)的非盈利業(yè)界組織，成員包括國(guó)際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用 ZigBee 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來(lái)。 版本已經(jīng)發(fā)布。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá) 255 個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制?；谥悄芗揖拥淖钚露x，參考 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的本系統(tǒng)，在包含了智能家居必備系統(tǒng) (智能家居 (中央 )控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng) )的基礎(chǔ)上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、背景音樂系 統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。隨著全 11 球?qū)δ茉春铜h(huán)境的要求越來(lái)越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢(shì)非常明顯，因此具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。 重點(diǎn)注意： 軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。 針對(duì)智能家居中采 用有線方式存在的問題，本文提出了一種采用 ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)的新型智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)中的檢測(cè)、中央處理、控制等各個(gè)模塊。并為家居設(shè)備的 功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其與相應(yīng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)房間放置的充當(dāng)路由器功能的分節(jié)點(diǎn)和智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器主節(jié)點(diǎn)組成 ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)需要對(duì)某一個(gè)家具設(shè)備 進(jìn)行控制或者檢測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)找到與該家具設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的 ID 信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的路由器，路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)，分節(jié)點(diǎn)收到信息后，切入功能驅(qū)動(dòng)模塊，功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而完成智能家居的控制。路由節(jié)點(diǎn)只有在樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在； 終端設(shè)備：不具備成為父節(jié)點(diǎn)或路由器的能力，一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通訊，具體的 信息路由則全部交由其父節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成 [11]。星形網(wǎng)的控制和同步都比較簡(jiǎn)單，通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的場(chǎng)合。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) (Mesh 網(wǎng) )一般是由若干個(gè) FFD 連接在一起組成骨干網(wǎng)，它們之間是完全的對(duì)等通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與它的無(wú)線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信，即允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點(diǎn)直接互連，但它們中也有一個(gè)會(huì)被推薦為 ZigBee 協(xié)調(diào)器。 設(shè)計(jì)方案的總體分析 本著模塊化的設(shè)計(jì)思想，本文提到的設(shè)計(jì)方案被分為三個(gè)模塊，即中央控制模塊、信息檢測(cè)模塊，以及家電控制模塊。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的 ISM 波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。 紅外報(bào)警模塊： 一開始的設(shè)計(jì)思路是圍繞著激光技術(shù)來(lái)做，鑒于價(jià)格過高，且實(shí)用性不好，放棄了使用激光技術(shù)的想法。 光照檢測(cè)模塊： 與紅外報(bào)警模塊類似，使用一個(gè)比較器，當(dāng)光線充足的時(shí)候，光敏電阻阻值很小，輸出端送出低電平，當(dāng)光線變暗的時(shí)候，光敏電阻 阻值很大，輸出端送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號(hào)。 原理主要就是利用變壓器線圈降壓后用橋式電路整流與濾波，從而實(shí)現(xiàn)從交流220V 到直流 5V，為模塊穩(wěn)壓供電。這可實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器， RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器 整合在同一個(gè)硅晶片上。 8k字節(jié)靜態(tài) RAM，其中的 4k字節(jié)是超低功耗 SRAM。一個(gè) AES 協(xié)處理器被集成在CC2430，以支持 MAC 安全所需的（ 128位關(guān)鍵字） AES 的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。 CC2430 包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè) 16 位 MAC 定時(shí)器，用以為 的CSMACA 算法提供定時(shí)以及為 的 MAC 層提供定時(shí)。這包括： * 自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器 * 同步字插入 /檢測(cè) * CRC16 校驗(yàn) * CCA * 信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè) /數(shù)字 RSSI 18 * 連接品質(zhì)指示 (LQI) * CSMA/CA 協(xié)處理器 CC2430 的 射頻及模擬收發(fā)器 CC2430 的接收器是基于低 中頻結(jié)構(gòu)之上的，從天線接收的 RF 信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?2MHz 的中頻信號(hào)。 在發(fā)射模式下，位映射和調(diào)制是根據(jù) IEEE 的規(guī)范來(lái)完成的。 射頻的輸入輸出端口是獨(dú)立的，他們分享兩個(gè)普通的 PIN 引腳。集成在內(nèi)部的頻率合成器可去除對(duì)環(huán)路濾波器和外部被動(dòng)式壓控振蕩器的需要。 CC2430 芯片采用 m CMOS 工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27 mA 或 25 mA。 19 ◆ 優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。 ◆ 較寬的電壓范圍（ ～ ）。 ◆ 集成 AES 安全協(xié)處理器。全部引腳可分為 I/O 端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。 ◆ 在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。 8， 9（ P1_0， P1_1） ： 有 20 mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 20 腳（ AVDD_SOC）：為模擬電路連接 ～ 的電壓。 27 腳（ AVDD_CHP）：為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供 電壓。 31 腳（ AVDD_RF1） ： LNA、前置 偏置電路和 PA 提供 V 的電壓。 37 腳（ AVDD_IF2） :為低通濾波器和 VGA 的最后部分電路提供 V 電壓。 41 腳（ AVDD_DREG） :向電壓調(diào)節(jié)器核心提供 ～ V 電壓。 19 腳（ XOSC_Q2） : 32 MHz 的晶振引腳 2。 1%。 44 腳 (P2_4/XOSC_Q1): kHz XOSC 的 端口 [13]。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域 [14]。 作電源 : 3~5V/DC。 適用于 DN15~25， DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫。 DS18B20 測(cè)溫原理如圖 3 所示。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。 23 表 21DS18B20 溫度傳感器數(shù)據(jù)表 集成放大器 LM324 LM324 系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。每一組運(yùn)算放大器可用符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“