【正文】 通訊信號，通過家庭網(wǎng)絡(luò)傳遞信號給某個終端設(shè)備。家庭控制網(wǎng)絡(luò)必須與外界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，例如通過手機(jī)平臺的連接 Intemet隨時隨地對家庭內(nèi)部設(shè)備和狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和配置。命令和數(shù)據(jù)：命令和數(shù)據(jù)共三個字節(jié)，命令字段用于請求相應(yīng)的操作，數(shù)據(jù)字段的兩個字節(jié)在數(shù)據(jù)請求幀和命令請求幀中代表相應(yīng)的操作數(shù)，在數(shù)據(jù)返回幀和命令返回幀中裝載著要查詢的數(shù)據(jù)和命令的執(zhí)行結(jié)果。表 42 是本系統(tǒng)定義出的通信幀結(jié)構(gòu)。 子網(wǎng)通訊協(xié)議為了使各個設(shè)備之間能夠識別發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)所代表的信息含義，家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)和家居主節(jié)點(diǎn)之間必須制定統(tǒng)一的通信協(xié)議。因此，家庭網(wǎng)關(guān)必須要監(jiān)測設(shè)備節(jié)點(diǎn)的電量，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電量低時應(yīng)發(fā)出相應(yīng)的警報、拆除該節(jié)點(diǎn)并將相應(yīng)的信息發(fā)送到遠(yuǎn)程管理終端。節(jié)點(diǎn)重啟就是當(dāng)控制中心發(fā)現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)出現(xiàn)連續(xù)錯誤時，可以關(guān)閉該節(jié)點(diǎn)再重新啟動實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。家居主節(jié)點(diǎn)不僅要完成設(shè)備節(jié)點(diǎn)的信息采集，還要實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)的控制。(3)節(jié)點(diǎn)通信功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)只能與家居主節(jié)點(diǎn)通信，設(shè)備節(jié)點(diǎn)相互之間不能進(jìn)行信息交互。一種是設(shè)備節(jié)點(diǎn)請求拆除。家居主節(jié)點(diǎn)首先判斷該節(jié)點(diǎn)是否存在于地址列表中，如果該節(jié)點(diǎn)不在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)地址列表中，即該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前不在網(wǎng)，同時網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)還沒有超過網(wǎng)絡(luò)最大容量，則家居主節(jié)點(diǎn)記錄該節(jié)點(diǎn)的初始信息，并給該節(jié)點(diǎn)分配一個唯一的節(jié)點(diǎn)號。(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，家居主節(jié)點(diǎn)必須具有能夠發(fā)現(xiàn)這種變化并修改地址表信息的功能。家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)收到家居主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀之后，產(chǎn)生一個 0255 的隨機(jī)數(shù)，這個隨機(jī)數(shù)用于計算本節(jié)點(diǎn)的時延，每個節(jié)點(diǎn)等待隨機(jī)時延后向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請求，延時時間由隨機(jī)數(shù)與時延基數(shù)相乘得出。系統(tǒng)上電后，家居主節(jié)點(diǎn)首先選擇一個空閑信道，采集活動節(jié)點(diǎn)信息，并為之分配一個唯一的節(jié)點(diǎn)號，完成系統(tǒng)地址表的初始化。按照通信協(xié)議，不同的數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)值代表不同的請求與參數(shù)，家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)和家居主節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)通信協(xié)議規(guī)定的請求與參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的操作子程序控制傳感器和執(zhí)行器完成代碼要求的操作。家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中作為終端設(shè)備，由嵌入到家電設(shè)備中的 ZigBee通信模塊、傳感器、執(zhí)行器等單元共同構(gòu)成。在系統(tǒng)中一個子網(wǎng)的設(shè)備個數(shù)不多于 254 個。設(shè)備節(jié)點(diǎn)單元主要包含射頻收發(fā)模塊和傳感器或受控終端以及兩者之間的接口控制模塊。終端設(shè)備僅實(shí)現(xiàn)特定的簡單功能，無需參與到網(wǎng)絡(luò)的配置與管理之中，例如作為溫度傳感器或者電源控制器，此類設(shè)備可由 RFD 或 FFD 擔(dān)任。綜合以上內(nèi)容可以知道，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中路由器是網(wǎng)絡(luò)中重要的通信設(shè)備，其他設(shè)備需要通過路由器來介入網(wǎng)絡(luò)，路由器在網(wǎng)絡(luò)中還需要完成數(shù)據(jù)收發(fā)、路由選擇等功能，同時由于規(guī)定了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中兩個獨(dú)立的終端設(shè)備之間不能相互通信，和移動終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時需要路由器來協(xié)助完成。其中全功能設(shè)備指的是在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中具有完整功能的設(shè)備，全功能設(shè)備及可以當(dāng)做普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，也可以作為協(xié)調(diào)器或者路由器，一個全功能設(shè)備可以和多個全能型設(shè)備和多個精簡型設(shè)備通信；RFD 是指簡化型設(shè)備，簡化型設(shè)備一次只能和網(wǎng)絡(luò)中的一個全能型設(shè)備進(jìn)行通信，在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)。 ZigBee 應(yīng)用層ZigBee 應(yīng)用層由制造商定義的應(yīng)用對象、APS 子層和 ZDO 三個部分組成。協(xié)調(diào)器規(guī)定了在這個過程中最大的路由器數(shù)目。第一種是子設(shè)備向父設(shè)備請求離開該網(wǎng)絡(luò)；第二種是父設(shè)備向子設(shè)備發(fā)送請求，并將其從網(wǎng)絡(luò)中斷開。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備選擇到合適的父設(shè)備之后，在物理子層向該父設(shè)備發(fā)起連接請求，連接請求通過 原語發(fā)送，父設(shè)備收到設(shè)備請求之后將更新鄰居表，將發(fā)出請求的設(shè)備加入其中，并分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址。在 LQI 值相同的情況下，設(shè)備優(yōu)先選擇網(wǎng)絡(luò)深度大的作為其父設(shè)備。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層在接受到該原語后，調(diào)用物理子層的 SCAN 功能，分析信標(biāo)幀中 work descriptor 標(biāo)記來決定其父節(jié)點(diǎn)并選擇可能的父設(shè)備。管理實(shí)體提供了網(wǎng)絡(luò)層控制、網(wǎng)絡(luò)層信息庫(NIB)維護(hù)，其中主要提供以下服務(wù)：首先，配置網(wǎng)絡(luò)中的新設(shè)備，根據(jù)要求配置協(xié)議棧，并通過一系列操作，能夠為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器提供管理功能，因此應(yīng)用層的接口是網(wǎng)絡(luò)層的核心技術(shù)，主要包括：建立新網(wǎng)絡(luò)，定義新網(wǎng)絡(luò)的建立過程；加入和離開網(wǎng)絡(luò)，主要是路由華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15和節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的建立，以及網(wǎng)絡(luò)的離開與撤銷；地址分配，定義了協(xié)調(diào)器Coordinator 和路由 Router 如何為加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址；鄰居發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)無需路由在單跳范圍內(nèi)即可到達(dá)的設(shè)備，并將鄰居節(jié)點(diǎn)的信息記錄在鄰居表中，并對其進(jìn)行維護(hù)；路由發(fā)現(xiàn)，在目的設(shè)備不在單跳范圍內(nèi)的情況下，申請路由轉(zhuǎn)發(fā)與查找功能，將查找到的設(shè)備路徑記錄在路由表中，以便網(wǎng)絡(luò)的建立與后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸；接收控制；控制接收器開關(guān)和進(jìn)入休眠狀態(tài)的時間，以達(dá)到降低功耗的目的，使能物理層同步以及數(shù)據(jù)接收功能。在家居控制網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集。ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)確定了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中的三種設(shè)備：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器除直接參與應(yīng)用外，還需要完成鏈路狀態(tài)信息管理成員、身份管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在 中定義了兩種設(shè)備：簡化功能設(shè)備(RFD， Device)和全功能設(shè)備(FFD ， Device)。ZigBee 可以使用全球統(tǒng)一的無需申請的 頻段，這樣有效降低了 ZigBee 設(shè)備的生產(chǎn)成本，促進(jìn)了 ZigBee 技術(shù)的發(fā)展。 LLC 子層主要用于保障傳輸可靠性和控制數(shù)據(jù)包的分段與重組。為滿足這些需求， 工作組為 LRWPAN 專門制定了物理層和 MAC 子層的標(biāo)準(zhǔn)，它具備以下主要特征：星型和點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；20kbps、40kbps、100kbps 、250kbps 四種不同的傳輸數(shù)率；16 位和 64 位兩種地址方式，其中 64 位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址，16 位地址是由協(xié)調(diào)器分配的；時槽保障(GTS，Guaranteed Time Slots)機(jī)制；信道訪問機(jī)制采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問模式(，Carrier sense multiple access with collision avoidance)；低功耗機(jī)制；為保證可靠傳輸而支持ACK 機(jī)制；信道基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計能量檢測機(jī)制(ED，Energy Detection)；鏈路質(zhì)量指示機(jī)$1J(LQI，Link quality indication) ；選擇在 ISM 頻段工作。(5)信號覆蓋率：家庭住宅的范圍在 10～100 米之間，且房間之間有墻壁阻隔，各設(shè)備網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間必須能夠穿透墻壁在一定距離之間進(jìn)行可靠通信。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中每個 FFD 設(shè)備可連接多達(dá) 255 個節(jié)點(diǎn)，而幾個 FFD 之間則可形成一個更大的無線網(wǎng)絡(luò)，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。(2)成本：在一個家庭中可能有幾十甚至上百個家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)，對于眾多的節(jié)點(diǎn)來說，成本是相當(dāng)可觀的。本文研究的無線智能家居控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在家庭組網(wǎng)中采 ZigBee 技術(shù)，它是一種近距離、低成本、低能耗、低數(shù)據(jù)速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它符合 標(biāo)準(zhǔn)，是 IEEE 工作組專門為短距離通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)己成為大勢所趨。(3)可擴(kuò)展性：能夠在系統(tǒng)主架構(gòu)不做改動的情況下進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展，加入新的家居設(shè)備。智能家庭控制網(wǎng)絡(luò)是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分，家庭控制網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)和遠(yuǎn)程管理是該系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。GPRS 能給用戶提供端到端的、廣域的無線 IP 連接。S3C2440 處理器工作頻率為 400MHZ，適用于開發(fā)各種高端手持設(shè)備、小型終端、車載及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用產(chǎn)品。 系統(tǒng)設(shè)計方案的比較與選擇整個家居系統(tǒng)可分為若干個子系統(tǒng)如中央控制室、安防子系統(tǒng)、空調(diào)子系統(tǒng)、熱水器子系統(tǒng)、室內(nèi)環(huán)境子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)等，系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 22所示。子網(wǎng)中精簡功能設(shè)備充當(dāng)家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)，主要完成傳感采集、查詢響應(yīng)等功能，家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)相互之間不能進(jìn)行通信，只能與家居主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。節(jié)點(diǎn)終端的傳感和執(zhí)行模塊，主要進(jìn)行非法闖入或者有毒氣體等意外災(zāi)難情況的探測、三表數(shù)據(jù)的采華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）8集、對各種網(wǎng)絡(luò)家電的控制。從功能層次來分，智能家居系統(tǒng)一般由家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)、家居主節(jié)點(diǎn)、家庭網(wǎng)關(guān)、手機(jī)移動終端幾部分來組成。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）7第 2 章 基于 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計為了將家庭中的家居設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)之中，使傳統(tǒng)家居設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化的特征。智能家居能夠為人們提供更加輕松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，在不久的將來，沒有智能家居系統(tǒng)的住宅肯定不合潮流。以軟組合方式與家用電器（音像電器、攝像裝置、上網(wǎng)裝置、衛(wèi)星接收裝置、保安裝置、照明裝置以及功能擴(kuò)展接口等）結(jié)成一體，具有可供選擇的機(jī)頂盒、電腦接口，它與機(jī)頂盒結(jié)成一體，就兼有第一類平臺的功能；它與電腦結(jié)成一體，就兼有第二類平臺的功能。國內(nèi)智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀我國將住宅小區(qū)智能化定義為：利用 4C（即計算機(jī)、通訊與網(wǎng)絡(luò)、自控、IC 卡）技術(shù)，通過有效的傳輸網(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。同時也對小康住宅與小區(qū)建設(shè)在安全防范、家庭設(shè)備自動化和通訊與網(wǎng)絡(luò)配置等方面提出了三級設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，第一級為“理想目標(biāo)” ，第二級為 “普及目標(biāo)”，第三級為“ 最低目標(biāo)”。智能家居在美國、德國、新加坡、日本等國都有廣泛的應(yīng)用。通過對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，能提高我在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)方面的設(shè)計能力，同時也能增強(qiáng)我的動手實(shí)踐能力。物聯(lián)網(wǎng)繁多的應(yīng)用，造就了一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，從互聯(lián)網(wǎng)、電腦、手機(jī)、天線等 IT 通訊領(lǐng)域，到智能卡、芯片、傳感器、紅外線產(chǎn)品等工業(yè)領(lǐng)域，再到冰箱、電視機(jī)等制造領(lǐng)域，環(huán)環(huán)相扣，商機(jī)巨大。今天，借助電話控制或互聯(lián)網(wǎng)，您幾乎可以在任何地方、任何時候監(jiān)控您的家居狀況，為您的家居生活帶來前所未有的方便。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)、熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制及計華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4算機(jī)控制等多種功能和手段。智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。智能化與遠(yuǎn)程控制是智能家居的兩大特點(diǎn)。人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的居家環(huán)境。信息化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時，也對傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。智能家居是現(xiàn)代社會最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設(shè)定工作運(yùn)行，而不論距離的遠(yuǎn)近。大型的智能家居控制系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備 CMTS、交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部分組成。還將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。家居生活的智能化是當(dāng)今計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)最人性化的應(yīng)用，給人們的家居生活帶來了全新的感受。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行“交流 ”，無需人的干預(yù)。通過對這一課題的學(xué)習(xí)，能讓我將大學(xué)四年來所學(xué)的專業(yè)知識又系統(tǒng)地鞏固一遍。國外智能家居的發(fā)展情況自從世界上第 1 幢智能建筑 1984 年在美國出現(xiàn)后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家先后提出了各種智能家居的方案。在《導(dǎo)則》中規(guī)定了小康住宅小區(qū)電氣設(shè)計總體上應(yīng)滿足以下要求：高度的安全性，舒適華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5的生活環(huán)境，便利的通訊方式，綜合的信息服務(wù)，家庭智能化系統(tǒng)。智能家居包括網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、電視對講門禁系統(tǒng)、煤氣泄露探測系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表（水表、電表、煤氣表）系統(tǒng)、緊急求助系統(tǒng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷及護(hù)理系統(tǒng)、室內(nèi)電器自動控制管理及開發(fā)系統(tǒng)、集中供冷熱系統(tǒng)、網(wǎng)上購物系統(tǒng)、語音與傳真（電子郵件）服務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)上教育系統(tǒng)、股票操作系統(tǒng)、視頻點(diǎn)播、付費(fèi)電視系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)等等，各種新鮮名詞逐漸成為智能家居中的組成部分。它是可選擇上網(wǎng)方式的電器大管家平臺。智能化家居發(fā)展將大大推動我國實(shí)現(xiàn)家庭信息化進(jìn)程。論文的預(yù)期目標(biāo)是以單片機(jī)和嵌入式芯片為控制核心，并利用傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、射頻技術(shù)、圖像處理技術(shù)，設(shè)計智能家居系統(tǒng)。用戶的控制指令按照相同的路徑傳輸給節(jié)點(diǎn)模塊執(zhí)行設(shè)定操作。射頻收發(fā)模塊作為系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信接口，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)無線連接和無線數(shù)據(jù)或指令的收發(fā)。在家庭子網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 FFD 設(shè)備( 全功能設(shè)備)充當(dāng)家居主節(jié)點(diǎn)， FFD 負(fù)責(zé)監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，由它主導(dǎo) ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立，完成網(wǎng)絡(luò)的初始化、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集等功能。外部網(wǎng)絡(luò)為智能家居系統(tǒng)提供高速 Inter 接入和 GPRS 無線廣域網(wǎng)接口，使得用戶可以通過無線通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄到家庭網(wǎng)關(guān)智能家居管理系統(tǒng)，對系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，對家中的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問或者控制。為完