【正文】 線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將大大促進(jìn)家居設(shè)備無線化、智能化的進(jìn)程。此后，一些經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種各樣的智能家居解決方案。在展會(huì)上參與演示的家庭智能化系統(tǒng)距離真正的市場(chǎng)應(yīng)用還尚需時(shí)日，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得人們更加堅(jiān)定了追求高品質(zhì)生活方式的信心，智能家居作為高品質(zhì)信息生活的代表得到越來越多的矚目。對(duì)普通用戶來說，最為使用方便的應(yīng)用就是在家庭之外的任何地方通過手機(jī)等 移動(dòng)終端在手中可遠(yuǎn)程控制家庭中的一切電器設(shè)備，這正是遠(yuǎn)程移動(dòng)通信技術(shù)在智能家居領(lǐng)域大受青睞的原因。 可以實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)中的上位機(jī) 與控 制終端的無線通信 。 第二章： ZigBee 技術(shù)的演變與進(jìn)展 。本章具體完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述了各硬件模塊的技術(shù)參數(shù)，硬件設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)技巧，并對(duì)設(shè)計(jì)電路圖進(jìn)行講解。對(duì)各個(gè)子函數(shù)的功能、設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的編寫說明。因?yàn)?IEEE 僅規(guī)范了低級(jí)媒體控制層（ MAC）層和物理層協(xié)議所以 ZigBee 聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)顯示屏協(xié)議和 API 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。 ZigBee 聯(lián)盟成立于 20xx 年 8 月。對(duì)工業(yè)、家庭自動(dòng)化控制和遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，且功耗大、距離近、組網(wǎng)規(guī)模太小等，因此這些領(lǐng)域?qū)o線通信的需求越來越強(qiáng)烈。另外，整個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)胡的其他各種網(wǎng)絡(luò)鏈接。每個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以與監(jiān)控對(duì)象連接，例如與傳感器連接直接進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。 技術(shù)的發(fā)展歷程 ZigBee 是以 標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的無線通信技術(shù)。 20xx 年 12 月又對(duì) 進(jìn)行了修訂，推出了 版（又稱為 ZigBee20xx） . 對(duì)原 有 作了若干修改，例如新增ZCL（ ZigBee Cluster Library）、群化式裝置（ Group Device）、多播（ Multicast）功效，以及直接通過無線方式（ Over The Air， OTA）進(jìn)行組態(tài)配置。 經(jīng)過多年的發(fā)展， ZigBee 技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，軟硬件方面的發(fā)展也非常迅速，并有免費(fèi)公開的協(xié)議棧供大家使用，如 TI公司推出的 ZigBee協(xié)議棧（ ZStack）提供免費(fèi)下載。 網(wǎng)絡(luò)容量大：可支持高達(dá) 65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)。這也是 ZigBee 的支持者一起引以為傲的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 工作頻段靈活：使用的頻段為 （全球）、 868MHz（歐洲）及 915MHz（美國(guó)），均為免護(hù)照頻段。這造就了 ZigBee低功耗信息傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。理 論上可以連接 65536個(gè)節(jié)點(diǎn)。 ZigBee 的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，這里就不一一列舉了。我們姑且可以先把 ZigBee 當(dāng)成普通的無線模塊應(yīng)用。 無線功能強(qiáng)大： 具備中 繼路由和終端設(shè)備功能 無線功能強(qiáng)大： 具備中繼路由和終端設(shè)備功能 通信距離較遠(yuǎn)： 最大視距傳輸距離 800米 抗干擾能力強(qiáng)： 串口應(yīng)用靈活： 透明方式或指令格式傳輸，最高波特率 115200 發(fā)送模式靈活： 廣播發(fā)送或目標(biāo)地址發(fā)送模式可選 節(jié)點(diǎn)類型靈活： 中心節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)可任意設(shè)置 組網(wǎng)能力較強(qiáng)： 星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)、鏈型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)容量較大： 16信道可選， 65535個(gè)網(wǎng)絡(luò) ID可任意設(shè)置 SZ05系列無線通信模塊分為中心協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，這三類設(shè) 備具備不同的網(wǎng)絡(luò)功能，中心協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起組織、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理功能；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由中繼轉(zhuǎn)發(fā)，終端節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 圖 22 Z05LSTD Zigbee 無線數(shù)傳模塊 SZ05LSTD 實(shí)物圖 SZ05LSTD 無線數(shù)傳模塊 技術(shù)參數(shù) 本課題中使用的 SZ05LSTD 無線數(shù)傳模塊 可以通過軟件的形式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這一特點(diǎn)使得組網(wǎng)更加簡(jiǎn)單易行。 表 Z05LSTD Zigbee 無線數(shù)傳模塊 技術(shù)參數(shù) 無線頻率 24002485M ISM 免費(fèi)頻段 無線速率 固定 250K 串口速率 波特率 1200115200 可設(shè)置 調(diào)制方式 DSSS 直序擴(kuò)頻 信道模式 16 信道（間隔 5M），可指定或自動(dòng)選擇最佳信道 信道檢測(cè) CSMA/CA 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 星型、鏈型、樹型、網(wǎng)狀網(wǎng)（ MESH） 網(wǎng)絡(luò) ID 65535 個(gè)可指定 節(jié)點(diǎn)類型 中心節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)可設(shè)置 發(fā)送模式 透明傳輸或指令格式 定位信息 RSSI IO 應(yīng)用 12 個(gè) IO 口可擴(kuò)展 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 輸入電壓 DC ~5V 休眠電流 20uA( 供電 ) 發(fā)射功率 SZ05L STD： 3dbm SZ05LPRO： 18dbm 接收靈敏度 SZ05L STD： 92dbm SZ05LPRO： 92dbm 接口類型 TTL、 IO 設(shè)備天線 內(nèi)置 PCB 陶瓷天線 工作溫度 40℃ ~+75℃ 工作濕度 10%~90%不結(jié)露 模塊尺寸 SZ05LSTD： 27mm X 17mm（長(zhǎng) X 寬） SZ05LPRO： 29mm X 17mm（長(zhǎng) X 寬） AVR 單片機(jī) 概述 ATMEL 公司是世界上著名的生產(chǎn)高性能、低功耗、非易失性存儲(chǔ)器和各種數(shù) 字模擬 IC 芯片的半導(dǎo)體制造公司。它采用了大型快速存取寄存器組、快速單周期指令系統(tǒng)以及單級(jí)流水線等先進(jìn)技術(shù)，使得 AVR 單片機(jī)具有高達(dá) 1MIPS/MHz 的高速運(yùn)行處理能力。表 給出了 3 大系列基本資源配置。本課題中使用的即為 ATmega16（工業(yè)級(jí)）單片機(jī)。 AVR 單片機(jī) 的內(nèi)核結(jié)構(gòu) 本課題中的硬件平臺(tái)主要以 ATmega16 單片機(jī)（工業(yè)級(jí)）為核心 ， ATmega16是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 一款中檔功能的 AVR 芯片，它的引腳數(shù)為 40（ 44TQFP），在片內(nèi)集成了 1KB 的 SRAM、 16KB 的 Flash、 512 字節(jié)的 EEPROM， 2 個(gè) 8 位、1 個(gè) 16 位共 3 個(gè)超強(qiáng)功能的定時(shí) /計(jì) 數(shù)器，以及 USART、 SPI、多路 10 位 ADC、WDT、 RTC、 ISP、 IAP、 TWI(I2C)、片內(nèi)高精度 RC 振蕩器等多種功能的接口和特性。 在 AVR 的內(nèi)核中，由 32 個(gè)訪問操作只需要一個(gè)時(shí)鐘周期的 8 位通用工作寄存器組成了“快速訪問寄存器級(jí)”。 AVR 單片機(jī)的算術(shù)邏輯單元（ ALU）支持寄存器之間、立即數(shù)與寄存器之間的算術(shù)與邏輯運(yùn)算功能，以及單一寄存器操作。所有的中斷向量構(gòu)成了中斷向量表，該中斷向量表位于 Flash 程序存儲(chǔ)器空間的最青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 前面。 I/O 寄存器空間在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的映射地址為 $020~$05F。 AV CC 端口 A 和片內(nèi) ADC 模擬電路電源輸入引腳。 XTAL1 片內(nèi)反相振蕩放大器和內(nèi)部時(shí)鐘操作電路的輸入端。 4 個(gè)端口的第一功能是通用雙向數(shù)字輸入 /輸出（ I/O）口，其中第一位都可以由指令設(shè)置為獨(dú)立的輸入口或輸出口。而時(shí)期單片機(jī) I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力只有 5mA,驅(qū)動(dòng) LED 時(shí)，還需要增加外部的驅(qū)動(dòng)電路和器件。圖中用虛線框?qū)?USART 收發(fā)模塊分為三大部分：時(shí)鐘發(fā)生器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器。 接收器是 USART 模塊中最復(fù)雜的部分，最主要的是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)接收單元。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 18 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本課題中的硬 件平臺(tái)主要以 ATmega16 單片機(jī)（工業(yè)級(jí)）為核心， ZigBee 無線數(shù)傳模塊為通信模塊，以歐姆龍固態(tài)繼電器為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 ， 電源控制電路采用 220V 市電作為電源，模塊內(nèi)部進(jìn)行 ACDC 電源轉(zhuǎn)換，用 ACDC 電源轉(zhuǎn)換模塊為單片機(jī)和 Zigbee 模塊供電 。 圖 31 硬件系統(tǒng)連接實(shí)物圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 圖 32 主控板實(shí)物圖 圖 33 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī) 主控 模塊 單片機(jī)模塊具體設(shè)計(jì) AVR 單片機(jī)模塊是本課題中整個(gè)系統(tǒng)的核心， 本課題中使用的 AVR 單片機(jī)青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 20 為 ATmega16 單片機(jī)（工業(yè)級(jí)）是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 一款中檔功能的 AVR 芯片，它的引腳數(shù)為 40（本課題中使用的是 TQFP44 封裝形式），在片內(nèi)集成了1KB 的 SRAM、 16KB 的 Flash、 512 字節(jié)的 EEPROM， 2 個(gè) 8 位、 1 個(gè) 16 位共 3個(gè)超 強(qiáng)功能的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以及 USART、 SPI、多路 10 位 ADC、 WDT、 RTC、ISP、 IAP、 TWI(I2C)、片內(nèi)高精度 RC 振蕩器等多種功能的接口和特性 [6]。單片機(jī)內(nèi)部處理信息后對(duì)繼電器輸出模塊進(jìn)行相應(yīng)的操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的控制。 3 SCK ATmega16 單片機(jī)程序下載接口 SCK，與 ISP 下載接口連接。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 21 9 RXD0 異步串行通信接口。 21 OPEN2_CON 控制窗簾關(guān)。 SZ05 系列無線通 信模塊數(shù)據(jù)接口包括： TTL 電平收發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口 RS232數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送、按照目標(biāo)地址發(fā)送模式，除可實(shí)現(xiàn)一般的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信功能外，還可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通 訊 。 這樣可以方便的與 ATmega16 單片機(jī)集成在一塊電路上，縮小了終 端設(shè)備的體積。 21 TXD0 異步串行通信接口。青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 24 具體設(shè)計(jì)如圖 37 中子圖 (a)所示。2% 源效應(yīng) 177。本課題中使用的高壓模塊電源具有輸入電壓范圍寬、輸出電壓精度高、封裝尺寸小等特點(diǎn)，可用于直接插接在 PCB電路板中，其設(shè)計(jì)電路如圖 35中子圖（ a）所示。 [8] AMS1117 模塊的特點(diǎn)： ? 固定輸出電壓為 、 、 、 、 、 、 和可調(diào)版本 ，具有 1％ 的精度 ? 固定輸出電壓為 的精度為 2％ ? 低漏失電壓： 1A 輸出電流時(shí)僅為 ? 限流功能 ? 過熱切斷 ? 溫度范圍： 40～ 125℃ 。 繼電器控制 模塊 繼電器模塊 本課題中使用 ATmega16 單片機(jī)的 PC 口輸出控制歐姆龍固態(tài)繼電器，用繼電器的常開常閉觸點(diǎn)控制控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)窗簾的開、關(guān)。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制同時(shí)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了電磁隔離。 圖 311 G6S2F 繼電器模塊電路設(shè)計(jì) 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 29 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： ⑴ 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。 程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，由于實(shí)際系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，要求所寫的代碼規(guī)范化、模塊化，便于多個(gè)工程師以軟件工程的形式進(jìn)行協(xié)同開發(fā)。 2. 無需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 30 平的程序。在匯編語(yǔ)言中要為第一個(gè) 子程序分配單片機(jī)的資源，這是一個(gè)復(fù)雜、乏味而又容易出錯(cuò)的工作。 6. C 語(yǔ)言提供 auto、 static、 flash 等存儲(chǔ)類型，針對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及 EEPROM 空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且 C 語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型（如數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、指針等類型），極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。 ICCAVR 編譯器簡(jiǎn)介 ICCAVR 是一種使用 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言來開發(fā)微控制器（ MCU）程序的一個(gè)工具，它有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)： 1. ICCAVR 是一個(gè)統(tǒng)合了編輯器和工作管理器的集成工作環(huán)境（ IDE），是一個(gè)純 32 位的程序可在 Window 95/Window 98/Window ME/Window 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 31 20xx/Window XP 下運(yùn)行。 3. ICCAVR 是一個(gè) 32 位的程序，支持長(zhǎng)文件名。 無線遙控窗簾 的軟件設(shè)計(jì)思路說明如下： 單片機(jī)系統(tǒng)初始化、 USART 初始化、單片機(jī)輸出初始化、看門狗初始化分別編寫為相應(yīng)的子程序，在程序的主程序中直接調(diào)用即可，同時(shí)也方便程序的移植和調(diào)試。主程序的作用為調(diào)用相應(yīng)的子函數(shù)；對(duì) ZigBee 無線數(shù)傳模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以控制輸出相應(yīng)的指令；對(duì)對(duì)上位機(jī)進(jìn)行應(yīng)答信號(hào)的發(fā)送。現(xiàn)分別敘述如下： 一、 單片機(jī)系統(tǒng)初始化子程序 單片機(jī)系統(tǒng)初始化主要是對(duì) AVR 單片機(jī)的 I/O 接口進(jìn)行設(shè)置，由于 AVR 單片機(jī)的 I/O 口結(jié)構(gòu)與其他類型單片機(jī)的明顯區(qū)別是， AVR 采用了 3 個(gè)寄存器來控制 I/O 口，它們分別是方向控制寄存器 DDRx、數(shù)據(jù)寄存器 PORTx 和輸入引腳寄存器 PINx（ x=A/B/C/D