【正文】 我國(guó)將住宅小區(qū)智能化定義為：利用4C（即計(jì)算機(jī)、通訊與網(wǎng)絡(luò)、自控、IC卡）技術(shù)，通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、物業(yè)管理與安防、住宅智能化系統(tǒng)集成，為住宅小區(qū)的服務(wù)與管理提供高技術(shù)的智能化手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境[14]。本實(shí)用新型具有使用產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)的擴(kuò)展，該系統(tǒng)是更成熟，更適合中國(guó)國(guó)情的。但由于國(guó)內(nèi)缺乏市場(chǎng)條件和價(jià)格昂貴，該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的罕見(jiàn)。電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)適用于家庭住宅的1988美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，即“家庭自動(dòng)化系統(tǒng)和通信標(biāo)準(zhǔn)”也被稱(chēng)為家庭總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（HBS）；中國(guó)也已開(kāi)始從1997年初制定的“小康住宅電氣設(shè)計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)）指南》（草案）中的“指南“在小康住宅電氣設(shè)計(jì)規(guī)定應(yīng)滿足下列要求：一個(gè)高水平的安全、舒適的環(huán)境，便利的交通，綜合信息服務(wù)，家庭智能化系統(tǒng)。智能家居的廣泛應(yīng)用于美國(guó)，德國(guó)，新加坡，日本和其他國(guó)家。原來(lái)的結(jié)構(gòu)是比較古板，而現(xiàn)在是變成可以移動(dòng)智能的工具，擁有各方面的信息交換的功能，保證能在外面可以和家庭信息進(jìn)行流暢的交流，提高家庭生活的方式，幫助人們能夠更好的、合理的安排時(shí)間，提高生活的舒適性，也可以為各種能源減少不必要的費(fèi)用。許多子系統(tǒng)的功能還需要有足夠的協(xié)調(diào)能力。現(xiàn)在人們?nèi)找媾蛎浀男枨笫沟眉揖又悄芑殉蔀橐环N新趨勢(shì)。 目錄第一章 緒論 6 課題研究背景及意義 6 6 6 6 7 8 9第2章 嵌入式及ZigBee技術(shù) 9 10 10 10 10 11 ZigBee技術(shù) 12第3章 本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 17 17 整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖設(shè)計(jì)方案 17第4章 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 21 21V 21 21 21 21 22 Nand Flash存儲(chǔ)系統(tǒng) 23 SDRAM設(shè)計(jì) 24 25 25 CC2430協(xié)調(diào)器 26第5章 智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試 28 28 ZigBee節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 29 29 ZigBee軟件設(shè)計(jì) 29 32第6章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與展望 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36VI 第一章 緒論 課題研究背景及意義當(dāng)人類(lèi)發(fā)明蒸汽機(jī)的時(shí)候，則預(yù)示著人類(lèi)進(jìn)入了新工業(yè)時(shí)代，而網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)無(wú)疑將信息化深深地刻印在人類(lèi)文明豐富多彩的畫(huà)卷上。 embedded system。通過(guò)對(duì)智能家居系統(tǒng)的技術(shù)要求分析，采用ZigBee技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居是一個(gè)比較理想的解決方案。智能家居實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭設(shè)備間之間的互通互聯(lián)以及全方位的監(jiān)控和控制。 一種智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,家庭家居要求的檔次也越來(lái)越高，而在我們生活必用的家居中則充滿了人性化和智能化。 智能家居網(wǎng)關(guān)作為智能家居內(nèi)外連接通信的核心，是進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、多媒體通信等的載體，是實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)與 Internet相連的關(guān)鍵設(shè)備。 在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，根據(jù)用戶擺放的電器位置的不同來(lái)分布，設(shè)計(jì)一個(gè)比較理想的家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)Zigbee通信模塊進(jìn)行相應(yīng)配置并無(wú)線接收Z(yǔ)igbee終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 S3C2410。隨著電子信息技術(shù)，控制技術(shù)的日益提高，社會(huì)信息化進(jìn)程正在步步加快。近年來(lái)，隨著我國(guó)房地產(chǎn)的火爆局面，給國(guó)內(nèi)的一些智能化帶來(lái)了發(fā)展的機(jī)遇。這些住戶在能夠使用的智能系統(tǒng)僅僅是一小部分。智能家居還能夠自動(dòng)管理和控制家電設(shè)備，對(duì)家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并且能夠?yàn)樽籼峁└咝П憷?、安全舒適的學(xué)習(xí)生活及工作的環(huán)境。智能家居系統(tǒng)包括三個(gè)復(fù)制功能，新加坡模型的安全報(bào)警，視頻對(duì)講功能，監(jiān)控中心的功能，家電控制功能，有線電視接入，家庭信息留言功能，智能家居控制面板，智能布線箱，寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入和系統(tǒng)軟件配置等。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)更多的智能家居控制系統(tǒng)主要包括：（1） X10（美國(guó)），該系統(tǒng)是電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的使用，集中控制方式的實(shí)現(xiàn)。（2）EIB系統(tǒng)（德國(guó)），系統(tǒng)采用了嵌入式總線和中央控制的方式實(shí)現(xiàn)控制功能。但是，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活性，以及產(chǎn)品的價(jià)格是很難滿足要求，因此目前在中國(guó)已較少應(yīng)用?，F(xiàn)代社會(huì)的家庭正在慢慢地走智能化的道路，這種家庭智能化能給用戶帶來(lái)很多的方便，它可以讓你在外出的時(shí)候很好的控制家庭內(nèi)部的設(shè)備，它已經(jīng)作為一種理想的目標(biāo)被廣大群眾所追求。北京預(yù)計(jì)有30000戶用戶將率先實(shí)施該項(xiàng)目。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。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。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)。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。（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。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。所以本論文結(jié)構(gòu)安排如下:第1章:緒論。第3章: 智能家居總體設(shè)計(jì)方案。第5章: 智能家居的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試。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(zhuān)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。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。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。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)。（4）高實(shí)時(shí)性。（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。 ISM頻段，它傳輸?shù)乃俾蕿?Mpbs，傳輸?shù)木嚯x則為10米。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。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。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(chēng)作脈沖無(wú)線電、時(shí)域或無(wú)載波通信。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。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。這是ZigBee相比較藍(lán)牙和WiFi的優(yōu)勢(shì)所在。（3）低速率。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)。（6）比較高的容量。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。 ZigBee堆?？蚣埽ＷCZigBee的介質(zhì)訪問(wèn)控制層能平穩(wěn)正常的工作，而且還要為上面的應(yīng)用層提供合格的接口。應(yīng)用層由應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZOD）及廠商定義的應(yīng)用對(duì)象。868/915MHz物理層能運(yùn)作在不同的頻帶上，在歐洲能運(yùn)行在868MHz頻帶上，在美國(guó)能運(yùn)行在915MHz頻帶上，該物理層不會(huì)受到其他標(biāo)準(zhǔn)的干擾，并且在運(yùn)行的消耗上也比較低的。還可以共享空中通道。星型網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)協(xié)調(diào)器周?chē)B接多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)而組合成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)終端點(diǎn)的所有信息都通過(guò)協(xié)調(diào)器來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。 圖21 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D  第3章 本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案智能家居是以其住宅為載體的，它把許多有關(guān)的設(shè)備集合在一起，包括：音視頻的技術(shù)、安全防范的技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信的技術(shù)、自動(dòng)控制的技術(shù)、綜合布線的技術(shù)，構(gòu)建了比較豐富的住宅設(shè)施和家庭內(nèi)部管理系統(tǒng)，從而進(jìn)一步地提高了家居的安全性、藝術(shù)性和便利性，更重要的是智能家居還能給用戶帶來(lái)一個(gè)即環(huán)保又節(jié)能的舒適環(huán)境。要想建立一個(gè)合理的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，需要一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)作為基礎(chǔ)。傳感器和節(jié)點(diǎn)是智能家居中的主要接入點(diǎn)。 整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖設(shè)計(jì)方案具體的系統(tǒng)組成如圖31所示。該課題設(shè)計(jì)的家庭網(wǎng)關(guān)則是由家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和本地PC機(jī)的控制中心兩部分所組成的，二者之間的連接是通過(guò)串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)設(shè)計(jì)中使得本地的PC機(jī)可以隨意地訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)上的任意資源，從而很好的解決了家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題。（1）控制中心主要是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建，如果路由節(jié)點(diǎn)或者終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)入網(wǎng)申請(qǐng)，控制中心就會(huì)響應(yīng)他們發(fā)來(lái)的申請(qǐng)；（2）路由節(jié)點(diǎn)主要增加了家庭網(wǎng)絡(luò)在家庭內(nèi)部覆蓋的范圍，終端節(jié)點(diǎn)或者控制中心的數(shù)據(jù)都是通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的；同時(shí)還采集環(huán)境所帶來(lái)的參數(shù)數(shù)據(jù)并循環(huán)性的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊彝ゾW(wǎng)關(guān)的終端節(jié)點(diǎn)來(lái)監(jiān)視各個(gè)設(shè)備的電壓并且執(zhí)行家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的控制命令等。所謂的監(jiān)控子系統(tǒng)則是運(yùn)行在本地PC機(jī)上本地所監(jiān)控的程序與運(yùn)行在遠(yuǎn)程的PC機(jī)上遠(yuǎn)程所監(jiān)控的程序兩個(gè)所構(gòu)成的。智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)采用了高性能，低功耗的嵌入式處理器S3C2410，同時(shí)還運(yùn)用了Linux操作系統(tǒng)。接下來(lái)簡(jiǎn)單地介紹一下硬件系統(tǒng)器件選擇、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和硬件各個(gè)接口電路設(shè)計(jì)等。 S3C2410處理器是三星（Samsung）公司的基于一款A(yù)RM920T處理器內(nèi)核的嵌入式微處理器，它是一種32位微控制器。它還有內(nèi)置外部存儲(chǔ)器，典型的有芯片的選擇邏輯和SDRAM的控制。 SD的主接口的版本與多媒體卡的協(xié)議的版本兼容。 24個(gè)外部中斷。 設(shè)計(jì)用于通用的嵌入式的系統(tǒng)與手持的設(shè)備。它在小端和大端都得到支持,還有充分的地址空間：它的每一種BANK為128MB（全部為1GB），每一種BANK都可以編程為8位、16位、32位的數(shù)據(jù)總線。 前6種存儲(chǔ)器的BANK可用于SRAM、ROM。 也支持了不同類(lèi)型的ROM用在啟動(dòng)。VDDOP引腳是I/；VDDMOP引腳是存儲(chǔ)器I/O端口電壓；還有一系列VSS引腳需要接到電源地上。嵌入式的系統(tǒng)之中則往往用的Flash則主要是NAND與NOR兩種的類(lèi)型。NOR的器件在擦除的時(shí)候則是以64～28KB速度進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)一次擦除/寫(xiě)入操作時(shí)間是1～5s；則NAND的器件在擦除的時(shí)候則是按照8～32KB速度進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)一次擦除/寫(xiě)入的時(shí)間最多只不過(guò)4ms。而本設(shè)計(jì)中SDRAM則選用的是K4S561632CTC75為芯片。SDRAM的BA腳用于選中內(nèi)部存儲(chǔ)器的塊區(qū)，其實(shí)就是SDRAM地址的最高位，因此該引腳要接到S3C2410的A25A24上。當(dāng)采用了MAX232為芯片實(shí)行電平的轉(zhuǎn)換，這個(gè)芯片只需要幾個(gè)外接的電容則就可完成了TTL的電平到RS232的電平轉(zhuǎn)換。通過(guò)設(shè)置內(nèi)部存儲(chǔ)器來(lái)產(chǎn)生不同頻率的FCLK、HCLK和PCLK；。它的任務(wù)是負(fù)責(zé)接收發(fā)來(lái)的復(fù)位信號(hào)，使微控制器回到之前一個(gè)確定的狀態(tài)。復(fù)位電路如圖45所示。CC2430是Chipcon公司推出來(lái)實(shí)現(xiàn)其ZigBee的應(yīng)用片上的系統(tǒng)芯片即為SoC，它是一個(gè)真正SoC的解決方案。所需要的電壓比較寬一些，；而電流也消耗小，在其休眠模式之時(shí)流耗?；谝陨线@些優(yōu)勢(shì)CC2430正符合本課題的要求。 第5章 智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試智能家居的監(jiān)控系統(tǒng)則由家電設(shè)備、嵌入式的Web的服務(wù)器與客戶端三個(gè)部分所組成，包括，嵌入式的Web的服務(wù)器則是其家電的監(jiān)控系統(tǒng)核心，而嵌入式的We b的服務(wù)器利用了客戶端與網(wǎng)線相連接，且利用