【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)備與安保防災設(shè)備各自獨立的功能綜合為 一體后，形成了住宅自動化概念（ HA， Home Automation ）。在智能家居環(huán)境的認定上，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，它是融合了自動化控制系統(tǒng)、計算機網(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)標準與協(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，都一定有對應的網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)來完成所需的信號傳輸任務，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)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信機理。智能家居系統(tǒng)能夠為人類提供更加輕松、有序、高效的現(xiàn)代化生活方式，是未來居住模式的必然發(fā)展趨勢。因此，智能家居系統(tǒng)逐漸成為一個新興的研究領(lǐng)域。 以及設(shè)計微處理器控制模塊，通信模塊、檢測模塊等硬件。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)可視對講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應用。智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過家觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個設(shè)備形成聯(lián)動；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)互動運行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。 家居布線系統(tǒng) 對于一個智能住宅需要有一個能 支持語音、數(shù)據(jù)、多媒體、家庭自動化、保安等多種應用的布線系統(tǒng)，這個系統(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)了對住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為 Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。 物聯(lián)傳感技術(shù)是全球第一個利用物聯(lián)網(wǎng)來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)、易擴容，易使用，易維護、便于快速大規(guī)模部署等特點順應了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢。但較之于歐美發(fā)達國家，我國的我國智能家居系統(tǒng)起步稍晚，所以目前市場主流的產(chǎn)品（系統(tǒng)）還無法很好地解決產(chǎn)品本身與市場需求的矛盾，使得智能家居市場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。個子系統(tǒng)在交互平臺管理下運行，平臺能采集各子系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的聯(lián)動。根據(jù)客戶及市場的變化不斷增加各種總線、系統(tǒng)的驅(qū)動軟件和硬件接口，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 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，更能為家庭的日常活動節(jié)約不必要的能耗。廣泛應用于音響鍵鼠等各項內(nèi)容，有很好的發(fā)展前景。 IEEE 草案： 使用 頻段，傳輸速度可達 300Mbps，目前標準尚為草案，但產(chǎn)品已層出不窮。缺乏集中的安全控制是無線 LAN只在一些相對較的小公司和特定應用中得到使用的根本原因。 SSID 通常是無線 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)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩? 簡單的說， ZigBee 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。與移動通信的 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)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。 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，應用框架 AF(APhcationFram， ork)功能及各類應用對象。 AMC 層的 ED 掃描調(diào)用 PHY 層的 ED 檢測實現(xiàn)。 ZigBee 的技術(shù)特點 ZigBee 是一種無線連接，可工作在 (全球流行 )、 868MHz(歐洲流行 )和915 MHz(美國流行 )3 個頻段上 ,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。低成本對于 ZigBee 也是一個關(guān)鍵的因素。 可靠：采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙 ,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。 ZigBee 聯(lián) 盟及標準制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導體生產(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)盟會員可以利用 ZigBee 這個標準化無線網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。 版本已經(jīng)發(fā)布。每個協(xié)調(diào)器可連接多達 255 個節(jié)點，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。基于智能家居的最新定義，參考 ZigBee 技術(shù)的特點，設(shè)計出的本系統(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)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。 重點注意： 軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。 針對智能家居中采 用有線方式存在的問題，本文提出了一種采用 ZigBee 無線通信技術(shù)的新型智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案，設(shè)計并實現(xiàn)了該系統(tǒng)中的檢測、中央處理、控制等各個模塊。并為家居設(shè)備的 功能執(zhí)行機構(gòu)，其與相應的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點進行通信，智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點，每個房間放置的充當路由器功能的分節(jié)點和智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器主節(jié)點組成 ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。當需要對某一個家具設(shè)備 進行控制或者檢測時，主節(jié)點找到與該家具設(shè)備相連的分節(jié)點的 ID 信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點所在房間的路由器，路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對應的分節(jié)點，分節(jié)點收到信息后，切入功能驅(qū)動模塊，功能驅(qū)動模塊對該家居設(shè)備進行相應的操作，從而完成智能家居的控制。路由節(jié)點只有在樹狀網(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)點或路由器的能力，一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負責與實際的監(jiān)控對象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點主動通訊，具體的 信息路由則全部交由其父節(jié)點及網(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單，通常用于節(jié)點數(shù)量較少的場合。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) (Mesh 網(wǎng) )一般是由若干個 FFD 連接在一起組成骨干網(wǎng)，它們之間是完全的對等通信，每個節(jié)點都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點通信，即允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點直接互連，但它們中也有一個會被推薦為 ZigBee 協(xié)調(diào)器。 設(shè)計方案的總體分析 本著模塊化的設(shè)計思想，本文提到的設(shè)計方案被分為三個模塊，即中央控制模塊、信息檢測模塊，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 波段應用，及對低成本，低功耗的要求。 紅外報警模塊： 一開始的設(shè)計思路是圍繞著激光技術(shù)來做，鑒于價格過高，且實用性不好，放棄了使用激光技術(shù)的想法。 光照檢測模塊： 與紅外報警模塊類似，使用一個比較器，當光線充足的時候，光敏電阻阻值很小，輸出端送出低電平，當光線變暗的時候，光敏電阻 阻值很大，輸出端送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號。 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，從而實現(xiàn)從交流220V 到直流 5V，為模塊穩(wěn)壓供電。這可實現(xiàn)數(shù)字基帶處理器， RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲器 整合在同一個硅晶片上。 8k字節(jié)靜態(tài) RAM，其中的 4k字節(jié)是超低功耗 SRAM。一個 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 的運行，以實現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。 CC2430 包括四個定時器：一個 16 位 MAC 定時器，用以為 的CSMACA 算法提供定時以及為 的 MAC 層提供定時。這包括： * 自動前導幀發(fā)生器 * 同步字插入 /檢測 * CRC16 校驗 * CCA * 信號強度檢測 /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 信號經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?2MHz 的中頻信號。 在發(fā)射模式下，位映射和調(diào)制是根據(jù) IEEE 的規(guī)范來完成的。 射頻的輸入輸出端口是獨立的，他們分享兩個普通的 PIN 引腳。集成在內(nèi)部的頻率合成器可去除對環(huán)路濾波器和外部被動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)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。 ◆ 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。 ◆ 在輸入時有上拉和下拉能力。 8， 9（ P1_0， P1_1） ： 有 20 mA 的驅(qū)動能力。 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)備測溫。 DS18B20 測溫原理如圖 3 所示。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。 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輸入的四運算放大器。每一組運算放大器可用符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“