【正文】 的操作過程，統(tǒng)一家電的操作方法 (比如說用統(tǒng)一的遙控器實現(xiàn)所有電器的控制 )。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 5 2 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)通信技術(shù)的原理 ZigBee 無 線技術(shù) ZigBee 的概念 ZigBee 是最近提出的一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù) 。 RFD 主要用于簡單的控制應(yīng)用，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少。是 LRWPAN 的網(wǎng)絡(luò)中的主控制器。家庭內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)連接距離較短，一般在 l00 米以內(nèi)，家用電器位置容易改變，家庭電器等的數(shù)量也容易變化，網(wǎng)絡(luò)中的信息傳送主要在無線數(shù)字家居服務(wù)器和其它室內(nèi)終端之間。 ZigBee 的協(xié)議棧 ZigBee 與 的聯(lián)系人們常會把 ZigBee 和 等同起來，其實兩者之間還是有所區(qū)別的如圖 21 所示 [6]。 (1) 物理層 物理層提供了媒體訪問控制層與無線物理通道之間的接口，主要完成功能：激活，休眠無線收發(fā)設(shè)備、對當(dāng)前頻道進(jìn)行能量檢測、鏈路質(zhì)量指示、為載波檢測多址與碰撞避免(CSMACA)進(jìn)行空閑頻道評估、頻道選擇、數(shù)據(jù)的發(fā)送及接收等。 250kbps 的傳輸速率，有助于遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 7 獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更加省電。獲得比較遠(yuǎn)的有效通信距離，從而可以用較少的設(shè)備覆蓋給定的區(qū)域。 c)接收器之感度： 85dBm92dBm(86 915 ram)， 1%分組差錯率 (PSDU=20bytes)。 868/915MHZ 物理層先將 PPDU 二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，差分編碼是將當(dāng)前數(shù)據(jù)位與前一編碼位以模為 2 異或而成。物理層數(shù)據(jù)域長度根據(jù)情況可變 (長度為 5 字節(jié)或大于 7 字節(jié) )，承載了物理層報文數(shù)據(jù)，包含有 MAC 層數(shù)據(jù)幀。 MACMAC 通用部分分子層（ MCPSSAP） MAC 層管理實體（ LMESAP） PAN 信息庫 PHY 層管理 實 體 PHY 層數(shù)據(jù)（ PDSAP） MAC 命令子 層 MAC 層管理實體（ MLME） 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 9 子層提供兩個服務(wù)與高層聯(lián)系，即通過兩個服務(wù)訪問點 (SAP)訪問高層。 MAC 子層定義了廣播幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和 MAC 命令幀等 4 種幀類型。這就是 MAC 子層可靠傳輸?shù)幕具^程。 NWK 層是位于 MAC 層之上與 APL 層交互的一個協(xié)議層。也就是說 NLDESAP 實現(xiàn)兩個 APL 層之間的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用層有應(yīng)用支持子層 (APS)， ZigBee設(shè)備對象 (ZDO)及廠商定義的應(yīng)用對象。如 ZigBee 協(xié)調(diào)器或末端設(shè)備、發(fā)起或回應(yīng)綁定請求、在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間建立安全機(jī)制 (如選擇公共密鑰、對稱密鑰等 )等。應(yīng)用于小范圍的基于無線通信 的控制和自動化等領(lǐng)域中。 ? 設(shè)備體積較小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊。利用 ZigBee 技術(shù)可較容易實現(xiàn)相機(jī)或者攝像機(jī)的自拍、窗戶遠(yuǎn)距離開關(guān)、室內(nèi)照明系統(tǒng)的遙控以及窗簾的自動調(diào)整等功能。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) (1)GPRS 網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu) GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有 GSM網(wǎng)絡(luò)中增加 GGSN(OPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 1和 SGSN(GPRS服務(wù)支持節(jié)點 )來實現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù) [8]。 Um 接口上的通信協(xié)議有 5 層，自下而上依次為物理層、MAC(Medium Access Control)層、 LLC 以 Logical Link Control),層、 SNDC(Sub work Dependant Convergence)層和網(wǎng)絡(luò)層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程 HDLC 的無線鏈路協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是 Phase 1 階段提供的 TCP/IP 和 協(xié)議，這些協(xié)議對于傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 (如 BSS 和 NSS 等設(shè)備 )是透明的。然后經(jīng)過 LLC 層處理為 LLC 幀，通過空中接口送到 GSM 網(wǎng)絡(luò)中移動臺所處的 SGSN。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元 (如 PSPDN 中的 PDU)，通過建立好的路由把數(shù)據(jù)單元 PDU 送給 GGSN。協(xié)議棧，應(yīng)用領(lǐng)域以及選用星型網(wǎng)絡(luò)作為智能家居的組網(wǎng)方式等。不管是系統(tǒng)中的設(shè)備、軟件還是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都應(yīng)具有良好的開放性。 這個系統(tǒng)采用 GPRS 技術(shù)和短消息的方式來實現(xiàn)無線傳輸短消息，并且控制器將把短消息分析翻譯成為可以識別的命令編碼。 傳 感器熱 水 器開 關(guān)燈 光開 關(guān)用戶手機(jī)G P R S模 塊主 控 制模 塊Z i g b e e模 塊Z i g b e e模 塊家 電 控制 模 塊 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 Overall System Chart 系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能： (1)防盜警報 當(dāng)家庭遭到非法入侵的時候，例如玻璃被打破、門窗被撬等，相應(yīng)傳感器將檢測到情況，立刻通過室內(nèi)的 無線網(wǎng)絡(luò)，將采集到的信號發(fā)送到家庭控制器，再經(jīng)過家庭控制器處理，最后將警報信息通過 GPRS 模塊以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)上，從而實現(xiàn)了家庭的安防功能。 系統(tǒng)工作過程 智能家居的系統(tǒng)主要有 GPRS 模塊、基于單片機(jī)的主控制模塊、 ZigBee 無線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號采集發(fā)送模塊幾部分組成。傳感信號采集發(fā)送模塊的作用是通過實時的監(jiān)控，不斷確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)訂的警報值，如果達(dá)到了預(yù)定值，就將警報信號發(fā)送給主控制器，主控制器通過分析判斷出該警報信號是從哪個家電終端發(fā)送的，在經(jīng)過 GPRS 模塊發(fā)送給用戶手機(jī)，從而實現(xiàn)了對家庭各個方面的防護(hù)。 (2)低成本。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 15 (4)近距離。 ZigBee 的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需 15ms，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需 30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。 (7)高安全。 CC2430 芯片的 特點如下： ? 高性能和低功耗的 8051 微控制器核。 ? 硬件支持 CSMA/CA 功能。 ? 集成了 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的 ADC，集成 AES 安全協(xié)處理器。 GPRS 技術(shù) 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計 16 智能家居的控制系統(tǒng)與用戶手機(jī)的通信是通過 GPRS 技術(shù)來實現(xiàn)的。 TC35i 的數(shù)據(jù)接口通過 AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為 300b/s~115kb/s。這 40 個引腳可以劃分為 5 類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制。當(dāng)系統(tǒng)的監(jiān)控傳感器發(fā)現(xiàn)危險情況，立即觸發(fā) MCU 的外部中斷，然后 MCU 將向 TC35i 發(fā)送 AT 指令，從而控制 TC35i 向指定的移動用戶發(fā)送預(yù)先存儲在 SIM 卡中的報警短信。它有固定的參數(shù)： 8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps 之 間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS 電平，支持標(biāo)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 17 準(zhǔn)的 AT 命令集。 AT 命令包括一般命令，呼叫控制命令，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令，安全性命令，電話本命令，短消息 (SMS)命令，補充業(yè)務(wù)命令，數(shù)據(jù)命令，傳真命令和串口命令。 AT89S52 是一種低功詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計 18 耗、高性能 COMS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。另外， AT89S52 可降至 0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇。 智能家居的系統(tǒng)設(shè)計 本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)是基于 AT89S52 芯片作為總控制器開發(fā)和設(shè)計的。并且與主處理器相連的 ZigBee 芯片 CC2430 內(nèi)部也集成了 MCU，可以起到輔助處理的作用，而且每塊 ZigBee 節(jié)點都有一個 MCU，所以主處理器只要起協(xié)調(diào)作用和處理簡單數(shù)據(jù)量信息功能，從而可以完全滿足我們的設(shè)計需要。 ZigBee 模塊的型號是 CC2430，該芯片是 Chipcon公司生產(chǎn)的首款符合 ZigBee 技術(shù)的 射頻系統(tǒng)單芯片。 CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長 的應(yīng)用。首先從整體系統(tǒng)處理信息的能力和成本考慮，選取低成本的單片機(jī)作為主處理器，同時將功能模塊化，構(gòu)建了硬件的實現(xiàn)方案。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的演示才撤銷復(fù)位信號，以防止電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。電路圖如圖 43 所示： C12 2 p FC22 2 p FY1X O S C _ Q 1 X O S C _ Q 2 圖 43 單片機(jī)晶振電路 Monolithic Integrated Circuits Crystals its Circuit ZigBee 無線傳輸電路 此部分電路基于 CC2430 單芯片 ZigBeeSoC，集成 8051 內(nèi)核，是 CC2430 的模塊電路， 滿足不同應(yīng)用需求。內(nèi)部 T/R 交換電路完成 LNA 和PA 之間的交換。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求 電壓的引腳和內(nèi)部電源供電， C23 和 C28 電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。 外圍電路 如圖 44 所示 。它使用 1 個 8 位 MCU(8051)，具有 128 KB 可編程閃存和 8 KB的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個定時器 (Timer)、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器 (Watchdog timer)、 32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路 (Power On Reset)、掉電檢測電路 (Brown out detection)，以及 21 個可編程 I/O 引腳。用 1 個 32 MHz的石英諧振器（ XTAL1）和 2 個電容構(gòu)成一個 32 MHz的晶振電路。 電路使用一個非平衡天線連接非平衡變壓器可使天線性能更好。 單片機(jī)晶振電路 作為單片機(jī)的時鐘基準(zhǔn)， XTAL1 與 XTAL2 分別用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，選用外部石英晶振，晶振頻率為 。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計 20 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 復(fù)位電路 復(fù)位操作有手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種。 本章小結(jié) 在這一章里，根據(jù)智能家居系統(tǒng)的研究內(nèi)容，完成了智能家居系統(tǒng)的總體 方案的設(shè)計。模塊的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 32 所示： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 19 G P R S 模 塊T C 3 5 i主 控 中 心A T 8 9 S 5 2Z b i g e e 模 塊C C 2 4 3 0Z i g B e e 模 塊C C 2 4 3 0分 控 中 心A T 8 9 S 5 2繼 電 器 控制 家 電R X DT X DR X DT X D圖 32 模塊結(jié)構(gòu)框架圖 Block Frame CC2430 使用 1 個 8 位 MCU(8051)，具有 128KB 可編程閃存和 SKB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個定時器、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器、 32kHz 晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及 21 個可編程 I/O 引腳。在設(shè) 計結(jié)構(gòu)上，它采用插槽代替排線，這樣就可以將其懸空放置，不占用 PCB 面積，它的下面可以放置 SIM 卡槽和其他芯片和電路。 主處理器的選取 智能家居的系統(tǒng)的主要目的是為實現(xiàn)對家中電器的開關(guān)控制及家庭安防的報警功能。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)存被保存，振蕩器被凍結(jié)。在單芯片上，擁有 8 位 CPU和在系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 系統(tǒng)控制器技術(shù) 當(dāng)用戶發(fā)送短信息時，信號通過 GPRS 模塊接收并解析，傳送到了家庭總控制器中進(jìn)行命令解析和響應(yīng)。 AT 命令即 Attention， AT 命令集是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和 HP 等廠家共同為 GSM 系統(tǒng)研制的 DTEDCE 接口標(biāo)準(zhǔn)，是從終端設(shè)備 TE(Terminal Equipment)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE(Data Terminal Equipment)向終端適配器TA(Terminal Adapter)或數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發(fā)送的。 短消息收發(fā)規(guī)范 規(guī)定了短消息命令，表 31 中列出了與 SMS相關(guān)的主要命令。 系統(tǒng)的工作原理是：將系統(tǒng)分成監(jiān)測和控制兩大類。它由供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF(零插拔力 )連接器、天線接口等 6 部分組成。在這個系統(tǒng)中，我們選用了 TC35i 來實現(xiàn)。 從這些特點我們看出，此 ZigBee 射頻模塊組網(wǎng)可以滿足我們對信號傳輸?shù)囊蟆? ? 數(shù)字化的 RSSI/LQI 支持和強(qiáng)大的 DMA 功能。 ? 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。 (8)免執(zhí)照頻段。 (6)高容量。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。