【正文】 僅因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性， 省去了花在綜合布線上的費(fèi)用和精力，而且它更符合于家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)， 同時(shí)隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也必將大大促進(jìn)家庭智能化、網(wǎng)絡(luò)化的 進(jìn)程。： [41該總線技術(shù)采用 +24V 直流電源，信號(hào)傳輸速率為 10KB／S，以雙絞線作為傳輸媒體。 ApBus 采用的是一種電源／信號(hào)混合傳輸?shù)募? 術(shù)，是一種家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)。同時(shí)采用了 UTP5 作為系統(tǒng)總線，布線簡(jiǎn)便。 PLC． BUS 技術(shù)的解決方案包括如下領(lǐng)域的應(yīng)用：燈光控制，電器控制， HVAC 控制以及網(wǎng)絡(luò)與電器設(shè)備間的通信。上述 中國智能家居十大品牌以及其它一些廠商的解決方案 中，除了引進(jìn)國外主流的一些通信協(xié)議外，還采取以下幾種系統(tǒng)通信方案： 1)荷蘭 PLC． BUS 技術(shù) 上海索博就采用的是 PLC— BUS 技術(shù)。最初，國內(nèi)較有實(shí)力的家電廠商涉足 了這一領(lǐng)域，比如，康佳、創(chuàng)維、廈華、美的、春蘭等推出了系統(tǒng)改進(jìn)的信息 家電，為智能家居的實(shí)施提供了功能終端設(shè)備；然后到了 1999 年 3 月 10 日， 微軟的比爾 X． 10 的兼容產(chǎn)品可以通過電力線互相通訊，不 需要重新鋪設(shè)控制線路，電力線在提供電流的同時(shí)又可以像網(wǎng)線一樣傳送控制 指令，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的控制。 CEBUS 協(xié)議具有兩個(gè) 典型特點(diǎn)：一是，在介質(zhì)訪問控制子層 (MAC)采用總線結(jié)構(gòu)的 CSMA／ CDCR (CarriersensingMultipleAccesswithCollisionDetectionandcollisionresolution，即載波偵聽多路訪問／沖突檢測(cè)協(xié)調(diào)協(xié)議 )，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在需要通過總線來發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先要檢測(cè)總線上是否有數(shù)據(jù)在傳輸，只有確認(rèn)總線上沒有數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，它才向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，以確保任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)同時(shí)占用總線而產(chǎn)生沖突；二是 CEBus 總線專門配置了專用的應(yīng)用語言系統(tǒng) CAL(Common Application Language)，利用 CAL 系統(tǒng)可方便地對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的各種家電設(shè)備進(jìn)行 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 邏輯控制關(guān)系的設(shè)定，同時(shí)也可以以文件的模式來描述一個(gè)家電設(shè)備的功能。 CEBus 采用的傳輸介質(zhì)可以是多種多樣的：電力線、雙絞線等。其最大特點(diǎn)是在總線上掛接具有神經(jīng)元 (Neuron)芯片的控制節(jié)點(diǎn)，而 這些芯片內(nèi)已經(jīng)固化有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、內(nèi)嵌式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和運(yùn)作的時(shí) 間數(shù)據(jù)庫。發(fā)展至今，已經(jīng)形成了比較統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這些協(xié) 議 標(biāo)準(zhǔn)在國際智能家居和家庭網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。 IrDA 屬于短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的半雙工通信方式，使用不便且失誤率高，不適用于家庭的組網(wǎng)方式；藍(lán)牙技術(shù)則因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)容量有限，成本較高，不適于節(jié)點(diǎn)較多的家居網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用。 緒論 引言 智能家居又稱智能住宅，正 朝著具備無線遠(yuǎn)程控制、多媒體控制、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿姆较虬l(fā)展，其關(guān)鍵技術(shù)為兼容性強(qiáng)的家庭控制器和滿足信息傳輸需要的家庭網(wǎng)絡(luò)。 At the same time introduced a variety of sensors, realize the household appliances remote control, realize the intelligent household remote monitoring. Elaborated the system hardware, software design and system performance test, and realize multiple monitor wireless working. The experimental results show that the designed system can realize the safe, convenient intelligent household remote monitoring, and has high availability and reliability. 【 Keywords】 : smart home。系統(tǒng)基于 ZigBee 技術(shù)和GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠通過彩信和短信發(fā)出監(jiān)控圖像和報(bào)警信息，接收遠(yuǎn)程指令；同時(shí)引入了多種傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的性能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)監(jiān)控裝置的無線聯(lián)網(wǎng)。 Wireless work。目前，傳輸網(wǎng)絡(luò)多采用綜合布線技術(shù)，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)所，而且費(fèi)用較高。 本研究通過采用傳輸范圍適中、安全可靠、網(wǎng)絡(luò)容量較大的 ZigBee 技術(shù)，設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)。國外目前比較流行的智能家 居品牌有： AMX、 Crestron、 ELAN、 HAI(美國海益 )【 l】以及已經(jīng)打入中國市場(chǎng)的 Honeywell(霍尼韋爾 )、 LG?？梢哉f LonWorks 協(xié)議最大的應(yīng)用領(lǐng)域就是在樓宇自動(dòng)化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)的幾乎所有領(lǐng)域，即能源管理、消防、救生、供暖通風(fēng)、測(cè)量、安保等。它在電力線載波模式工作時(shí)最具有優(yōu)勢(shì)。 3)XlO 協(xié)議 X． 10 協(xié)議是由美國 RadioshareChain 公司于 1978 年研制成功的，是國際通用的智能家居電力載波協(xié)議。 國外廠家大多數(shù)都是專業(yè)生產(chǎn)家庭智能化設(shè)備的， 歷史悠久，產(chǎn)品的可靠 性以及性能都經(jīng)歷了驗(yàn)證。蓋茨的深圳之行又推出了“維納斯 計(jì)劃，使國內(nèi)的 IT 廠家對(duì)智 能家居有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，他們將研究注 意力主要集中在系統(tǒng)構(gòu)成上，從而 從根本上解決了目前智能家居存在的弊端和問題；目前，智能家居在國內(nèi)的發(fā) 展已全面展開，不論是技術(shù)還是市場(chǎng)方面都出現(xiàn)了可喜的局面。 PLC． BUS技術(shù)是一種高穩(wěn)定性及較 高性價(jià)比的雙向電力線通信總線技術(shù)，它主要利用已有的電力線來實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、 家用電器及辦公設(shè)備的智能控制。 2)H． Bus 總線協(xié)議 深圳普利特智能家居系統(tǒng)采用的就是 H． Bus 總線。通訊速率為 9． 6KB／ S，總線電壓為 +12V，系統(tǒng)總線傳輸距離大于 1000m。該總線技術(shù)主要用 于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)， 特別是智能家居網(wǎng)絡(luò)、住宅小區(qū)網(wǎng)絡(luò)方面。 總的來說， ApBus 是一種新型的智能控制總線，在歐洲標(biāo)準(zhǔn) EIB 總線及 LonWorks 總線技術(shù)上作了創(chuàng)造性的改進(jìn)，其防通信沖撞協(xié)議設(shè)計(jì)很好的解決 了總線上各節(jié)點(diǎn)收發(fā)指令的沖撞問題，大大提高了系統(tǒng)的通信效率與穩(wěn)定性。 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要可分為射頻 (RF)技術(shù)、 IrDA 紅外線技術(shù)、 IEEE802． 1la 和 IEEE802． 1lb 協(xié)議技術(shù)、 HomeRF 協(xié)議、 Zigbee 技術(shù)，其各自的技術(shù)特點(diǎn)決 定了其應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)仍有很大的不同。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主板的核心控制器為 S3C44B0X 型 32位微控制器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判別，并通過彩信模塊和 Zig2Bee 模塊發(fā)出信息和指令；擴(kuò)展板用以接入煙霧、紅外、煤氣等家庭安防狀態(tài)傳感器；彩信模塊將系統(tǒng)控制器所發(fā)出的家庭安防狀態(tài)信息發(fā)送至用戶手機(jī)，并接收用戶發(fā)送的短信指令； ZigBee 模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)主板、擴(kuò)展板和家用電器之間的數(shù)據(jù)交聯(lián)。 (3)以太網(wǎng)傳輸模塊：利用網(wǎng)絡(luò)接口芯片 RTL8019AS 設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信模塊， 并完成通信測(cè)試程序編寫。 ZigBee 聯(lián)盟成立于 2020 年 8 月，由英國 Ivemys 公司、日本三菱電氣公司、 美國摩托羅拉公司、荷蘭飛利浦半導(dǎo)體等公司組成，迄今已吸引了上百家芯片 公司、無線設(shè)備公司及產(chǎn)品開發(fā)商。其目標(biāo)功能是自動(dòng)化控制。采用了碰撞避免機(jī)制，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，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功 能，信息在整個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中通過自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息 傳輸?shù)目煽啃??？芍С诌_(dá) 65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)。采用 64位出廠編號(hào)并支持 AES． 128 加密。 2020 年 12 月 IEEE 成立了 802． 15． 4 小 組，負(fù)責(zé)制定物理層 (PHY)與介質(zhì)接入控制層 (MAC)。 IEEE802． 15． 4標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)于低速無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) (10wratewireless personalareawork， LRWPAN)，把低能量消耗、低傳輸速率、低成本作為重點(diǎn)目標(biāo)，旨在為個(gè)人或家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備之間低速互聯(lián)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 (3)有 16 位和 64位兩種地址格式。 CSMA． CA 通信方式將時(shí)間域的劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來，保證 某一時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集中控制 (5)支持確認(rèn) (ACK)機(jī)制，使用這種機(jī)制，所有特殊 ACK 標(biāo)志位置 1 的幀均會(huì)被它們的接收器應(yīng)答。 2． 2． 2 ZigBee 協(xié)議的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域 ZigBee 通 信協(xié)議雖然是是面向低功耗和低成本的通信技術(shù)的，但 ZigBee 協(xié)議是能夠保證通信的可靠性的，而且 ZigBee 協(xié)議的另一大優(yōu)勢(shì)就是使網(wǎng)絡(luò)的 自組織、自愈能力也很強(qiáng)。目前只要符合 以下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用 ZigBee 技術(shù)： 需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多； 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而且要求設(shè)備成本低； 要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，安全性高； 設(shè)備體積很小，不方便放置較大的充電電池或者電源模塊； 地形復(fù)雜，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；． 現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)； 使用 GPS 效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位應(yīng)用。 3． 2 ZigBee 無線收發(fā)模塊的電路設(shè)計(jì) CC2430 的外圍電路如圖 。 PCB 引線天線是印制在電路板上的導(dǎo)線，通過它來感應(yīng)空氣中的電波，接收信號(hào)。當(dāng)本無線收發(fā)模塊用于智能家居時(shí)，可以使用電池供電，這時(shí)只 需要將 SW2 置于關(guān)閉端即可。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 3． 4 電源電路原理圖 3． 5 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)闡述了 ZigBee 模塊的設(shè)計(jì)原理和方案，并結(jié)合所選用的芯片 CC2430 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，分析了該收發(fā)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)主要包括： 中央處理器 DSP 部分： TMS320F2812 通過 SPI 接收來自 ZigBee 主無 線模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分類處理后通過以太網(wǎng)傳輸?shù)?PC 機(jī)上。 西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 以太網(wǎng)通信接口部分：數(shù)據(jù)處理后通過 RTL8019AS 網(wǎng)絡(luò)控制芯片與以 太網(wǎng)連接，且以太網(wǎng)與 RTL8019AS 之間要接隔離模塊后方可以連接。 I／ O 口擴(kuò)展引腳的分配如下： XD[0]XD[7]分配給液晶顯示屏作數(shù)據(jù)輸入口， EVA、 EVB 事件管理器的口留出來已備后續(xù)開發(fā) (進(jìn)行中斷程序開發(fā) )，其余口 被用于擴(kuò)展外部 RAM 和 FLASH。供電電路如圖 4． 3所示。 MR腳就是手動(dòng) 復(fù)位引腳，當(dāng)該引腳輸入電平被下拉至低于 0． 8V 時(shí)， SP708R 將輸出一個(gè)復(fù) 位 脈沖。手動(dòng) 復(fù)位的功能是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)程序跑飛或者需要系統(tǒng)重新初始化并運(yùn)行時(shí)，按下復(fù) 位鍵產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)，使 DSP 進(jìn)入正常的程序入口。 芯片復(fù)位時(shí)，通過檢測(cè) 96 引腳 IOCSl6B(SLOTl6)的電平來確定是采用 了 16 位還是 8 位插槽 (這時(shí)該引腳稱為 SLOTl6)。 圖 以太網(wǎng)通信接口電路 輔助串行通信電路 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考慮到以后調(diào)試工作的需要，所以為數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)了串行接口。所以說移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是有必要的。最早這個(gè)系統(tǒng)叫做μ C／ OS，后來經(jīng)過近 10 年的應(yīng)用和修改，在1999 年 JeanJ． Labrosse 推出了μ C／ OS． II，并在 2020 年通過了美國聯(lián)邦航空管理局的 RTCADO： 178B 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，從而證明μ C／ OS． II具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。μ C／ OS． H 操作系統(tǒng)是一種性能優(yōu)良、源碼公開且被廣泛應(yīng)用的免費(fèi)嵌入式操作系統(tǒng)，其主要特 點(diǎn)有： (1)μ C／ OS． II 是一個(gè)可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 5． 1 μ C／ OS． II 的體系結(jié)構(gòu) 5． 2 μ C／ 0S— II 的移植 在本設(shè)計(jì)中，所移植的系統(tǒng)建立了 8個(gè)任務(wù) (參照見圖 1． 2)： O號(hào)任務(wù)，用來監(jiān)測(cè)安防傳感器 (煤氣泄露 )。 2號(hào)任務(wù)，與 0 號(hào)任務(wù)對(duì)應(yīng)，將安防傳感器 (煤氣泄露 )采集的數(shù)據(jù)最終通 西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 過以太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī) (PC 機(jī) )上。因?yàn)榇昂煹目刂剖且粋€(gè)閉環(huán)控制。對(duì)應(yīng)于任務(wù) 6，分別將從水、電、燃?xì)獗聿杉臄?shù)據(jù)立即上傳。任務(wù)在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換即有 5 種狀態(tài)： 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1)睡眠狀態(tài) (DORMANT)：指任務(wù)駐留在程序空間中，還沒有交給操作系 統(tǒng)管理。 (3)運(yùn)行狀態(tài) (Rl 烈 NING)：處于就緒狀態(tài)的任務(wù)如果經(jīng)調(diào)度器判斷獲得了處 理器的使用權(quán)，則任務(wù)就