【正文】 組 在 PHY 層的有關(guān)參數(shù)上，有四個(gè) 重要的參數(shù)： a)傳輸能量 (power)：約 lmW的能量。 d)接收信號(hào)強(qiáng)度指示的測(cè)量 (RSSD)。經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)位又被映射成 15 位偽隨機(jī)噪聲數(shù)據(jù)碼片詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì) 8 (Chip)，數(shù)據(jù)碼片序列采用二相的相移鍵控技術(shù) (BPSK)調(diào)制。 (4)MAC 層 為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性， ZigBee 的 MAC 采用了時(shí)隙化的載波偵聽(tīng)和沖突避免的信道接入 CSMACA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)算法。通過(guò) MAC 通用部分子層 SAP(MCPSSAP)訪問(wèn) MAC 數(shù)據(jù)服務(wù)，用 MAC 層管理實(shí)體 SAP(MLMESAP)訪問(wèn)MAC 管理服務(wù)。只有廣播幀和數(shù)據(jù)幀包含了高層控制命令或者數(shù)據(jù)，確認(rèn)幀和 MAC 命令幀則用于 ZigBee設(shè)備間 MAC 子層功能實(shí)體問(wèn)控制信息的收發(fā)。 MAC 層的幀格式如圖25 所示： 2 1 020 變量 2 幀控制 序列號(hào) 地址信息 凈荷 幀校驗(yàn)系列 圖 25 MAC 層的通用幀格式 General Frame Format of MAC (5) 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層包括邏輯鏈路控制子層： 標(biāo)準(zhǔn)定義了 LLC，并且通用于諸如 、 及 等系列標(biāo)準(zhǔn)中。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是通過(guò)正確操作鏈路層提供的功能來(lái)向應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。NLMESAP 是 NWK 層給 APL層提供的管理服務(wù)接口，其邏輯模型如圖 26 所示。應(yīng)用支持子層 (APS)的作用是維護(hù)設(shè)備綁定表，它具有根據(jù)服務(wù)及需求匹配兩設(shè)備的能力，且通過(guò)邊界的設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)信息。廠商定義的應(yīng)用對(duì)象根據(jù) ZigBee 定義的應(yīng)用描述執(zhí)行具體的應(yīng)用。 ZigBee 聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車(chē)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)用設(shè)備控制等。 ? 沒(méi)有充足的電力支持，只能使用一次性電池。特別是在手機(jī)或者 PDA 中加入 ZigBee 芯片后就可以被用來(lái)控制電視開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)空調(diào)溫度及開(kāi)啟微波爐等。 GPRS 無(wú)線通信系統(tǒng)基本原理 ： GPRS(通用無(wú)線分組業(yè)務(wù) )是一種基于 GSM 系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線連接網(wǎng)絡(luò)。 Um接口的物理層為射頻接口部分 ，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。 LLC 層負(fù)責(zé)在高層 SNDC層的 SNDC數(shù)據(jù)單元上形成 LLC地址、幀字段，從而生成完整的 LLC幀。 (3)GPRS 的路由管理 GPRS 的路由管理是指 GPRS 網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)傳送路由。 SGSN 把數(shù)據(jù)送到 GGSN， GGSN 把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式 (如 PSPDN 的 PDU)，最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶(hù)。而 GGSN 再把 PDU 送給移動(dòng)臺(tái)所在的SGSN， GSN 把 PDU封裝成 SNDC 數(shù)據(jù)單元，再經(jīng) LLC 層處理為 LLC 幀單元，最終經(jīng)空中接口送給移動(dòng)臺(tái)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 3 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 我們應(yīng)用智能家居的基本目標(biāo)是使我們的生活環(huán)境更加舒適、安全、方便和高效。網(wǎng)絡(luò)化的目的在于要實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源和信息資源的共享，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身具有開(kāi)放性，和共享性。這樣可以通過(guò)手機(jī)操控的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)家居監(jiān)控。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì) 14 (2)家電遠(yuǎn)程控制 當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制家用電器的開(kāi)關(guān)時(shí)，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過(guò)GPRS 模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識(shí)別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過(guò)處理，通過(guò) ZigBee 模塊的無(wú)線傳輸將命令發(fā)送到與家電相連接的單片機(jī)上，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)家電的控制。其中， GPRS 模塊的主要功能是接收用戶(hù)手機(jī)所發(fā)送的短消息，并將短消息解析成為一段可以識(shí)別的命令傳輸給主控制器。 應(yīng)用技術(shù)分析 無(wú)線傳輸技術(shù) 室內(nèi)無(wú)線傳輸采用基于 ZigBee 射頻芯片 CC2430 設(shè)計(jì)的終端節(jié)點(diǎn)，通過(guò)覆蓋在家中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把信息發(fā)送到總控制器 [9]。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以 8051的 8 位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要 32KB 代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至 4KB 代碼，而且ZigBee 免協(xié)議專(zhuān)利費(fèi)。傳輸范圍一般介于 10100m之 間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到 13km。相比較而言，藍(lán)牙需要 310s、 WiFi 需要 35s。 ZigBee 提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控 制清單 (ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES128)的對(duì)稱(chēng)密碼，以靈活確定其安全屬性。 ? 集成符合 標(biāo)準(zhǔn)的 GHz的 RF 無(wú)線電收發(fā)機(jī)。 ? 較寬的電壓范圍 (～ V)，強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。帶有 2 個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的 USART，以及 1 個(gè)符合 IEEE 規(guī)范的 MAC 計(jì)時(shí)器， 1 個(gè)常規(guī)的 16 位計(jì)時(shí)器和 2 個(gè) 8 位計(jì)時(shí)器。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上引入 SGSN(GPRS 業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn) )、 GGSN(GPRS 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) )、和PCU(分組控制單元 )。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS。 TC35i 主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)： ?頻段為雙頻 GSM900MHz和 GSMl800MHz (phase 2/2+)； ?支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真； ?高集成度 (36mm)； ?質(zhì)量為 9g； ?電源電壓為單一電壓 ~； ?可選波特率 300bps~115kbps，動(dòng)波特率 ~115kbps； ?電流消耗 ——休眠狀態(tài)為 ，空閑狀態(tài)為 25mA，發(fā)射狀態(tài)為 300mA(平 均 )， 峰值； ?溫度范圍 ——正常操作 20℃ ~+55℃ ，存放 30℃ ~+85℃ ； ?SIM 電壓為 3V/。 當(dāng) TC35i 模塊接收到用戶(hù)發(fā)來(lái)的短信時(shí)，會(huì)觸發(fā) MCU 的串行中斷， MCU立即讀取接收到的短信并進(jìn)行解析處理，當(dāng)判斷是否包含有效的控制命令后，再對(duì)家用電器控制裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制。 表 31 SMS 常用的 AT 指令 SMS Commonly Used At Instruction AT 指令 功能 AT+CMGC Send an SMS mand(發(fā)出一條短消息命令 ) AT+CMGD Delete SMS message(刪除 SIM 卡內(nèi)存的短消息 ) AT+CMGF Select SMS message format(選擇短消息信息格式： 0PDU： 1文本 ) AT+CMGL List SMS message from preferred store(列出 SIM卡中的短消息信息格式PDU/text ： 0/‖REC UNREAD‖為未讀， 1/‖REC READ‖為已讀，2/‖STOUNSENT‖為待發(fā)， 3/‖STO SENT4‖為已發(fā)， 4/‖ALL‖為全部的 ) AT+CMGR Read SMS message(讀短消息 ) AT+CMGS Send SMS message(發(fā)送短消息 ) AT+CMGW Write SMS message to memory(向 SIM 內(nèi)存中寫(xiě)入待發(fā)的短消息 ) AT+CMGS Send SMS message from storage(從 SIM 內(nèi)存中發(fā)送短消息 ) AT+CNMI New SMS message indication(顯示新收到的短消息 ) AT+CPMS Preferred SMS message storage(選擇短消息內(nèi)存 ) AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址 ) AT+CSCB Select cell broadcast message messages(選擇蜂窩廣播消息 ) TC35 模塊的編碼指令用的是 AT 指令。本設(shè)計(jì)主要用的是短消息命令，對(duì) GSM 中的短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行操作。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。節(jié)電模式、空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。主要任務(wù)是處理和接收各個(gè) ZigBee 節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的信號(hào) 以及 TC35i 收發(fā)的信號(hào) ，對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，解析，并判決信息類(lèi)型，及時(shí)處理。 GPRS 模塊采用 TC35i， TC35i 是 GPRS 模塊，價(jià)錢(qián)比較便宜。該芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻前端、內(nèi)存和微控制器。 設(shè)計(jì)中考慮到處理器只有一個(gè)硬件串口，和 ZigBee 部分連接采用模擬串口方式通信，減少硬件成本，主要電路包括：連接 TC35i 的外部晶振電路、復(fù)位電路、與 AT89S52 連接電路組成， TC35i 負(fù)責(zé)建立 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，使室內(nèi)與外部可以進(jìn)行通信，接受外界的指令同時(shí)將室內(nèi)的狀況及時(shí)通知外界， ZigBee 網(wǎng)絡(luò)是室內(nèi)的一個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)室內(nèi)各個(gè)家電及報(bào)警裝置與主控制器的無(wú)線通信， ZigBee 的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)家中網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)程序方面采用了匯編語(yǔ)言與 C 語(yǔ)言相結(jié)合的編程方法，使得程序簡(jiǎn)捷易懂，保證功能的實(shí)現(xiàn)。 1 5 p F1KV C CR S T 圖 41 上電復(fù)位電路 the PowerOn Reset Circuit E12 2uR11 0ksm Ch1 04R S TV C C 圖 42 手動(dòng)復(fù)位電路 the Resets Circuit by Manual 其中手動(dòng)復(fù)位電路的工作原理：在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。模塊對(duì)外提供 TTL串口，還有多個(gè) I/O 和 A/D 接口，提 供 ZigBee 協(xié)議棧和芯片射頻，串口等模塊測(cè)試程序。 R14 和 R15 為偏置電阻，電阻 R14 主要用來(lái)為 32 MHz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì) 22 CC2430 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了 ZigBee 射頻 (RF)前端、內(nèi)存和微控制器。 R 1 4R 1 1 R 1 2R 1 5C 1 7C 1 9C 1 8C 2 6 C 2 7C 2 8P 1. 71P 1. 62P 1. 53P 1. 44P 1. 35P 1. 26DVDD7P 1. 18P 1. 09R E S E T _ N10P 0. 011P 0. 112P0.213P0.314P0.415P0.516P0.617P0.718XOSC_Q219AVDD_SOC20XOSC_Q121RBIASI22AVDD_RREG23RREG_OUT24R B IA S 226V C O _C H P27V C O _G U A R D28A V D D _V C O29A V D D _P R E30A V D D _R F 131R F _P32T X R X _ s w itc h33R F _N34A V D D _S W35A V D D _R F 236AVDD_F237DVDD_ADC38DVDD_ADC39AVDD_DGUA40AVDD_DREG41DCOUPL42P2.3/XOSC_Q144P2.4/XOSC_Q243P2.245P2.146DVDD47P2.048C C 2 43 0A V D D _I F 125S2R6C 2 3LLL2 2p F 2 2p F2 20 n F2 20 n F