【正文】 模擬數(shù)字轉換器 (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、上電復位電路、掉電檢測電路，以及 21 個可編程 I/O 引腳。 詹旭：基于物聯(lián)網的智能家居設計 20 4 系統(tǒng)硬件設計 復位操作有手動復位和上電自動復位兩種。 單片機晶振電路 作為單片機的時鐘基準， XTAL1 與 XTAL2 分別用作片內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 。用 1 個 32 MHz的石英諧振器（ XTAL1）和 2 個電容構成一個 32 MHz的晶振電路。 外圍電路 如圖 44 所示 。內部 T/R 交換電路完成 LNA 和PA 之間的交換。根據串聯(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。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作為主處理器，同時將功能模塊化，構建了硬件的實現(xiàn)方案。 ZigBee 模塊的型號是 CC2430，該芯片是 Chipcon公司生產的首款符合 ZigBee 技術的 射頻系統(tǒng)單芯片。 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)和設計的。 AT89S52 是一種低功詹旭：基于物聯(lián)網的智能家居設計 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。它有固定的參數(shù)： 8 位數(shù)據位和 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，支持標遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 17 準的 AT 命令集。這 40 個引腳可以劃分為 5 類，即電源、數(shù)據輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制。 GPRS 技術 詹旭：基于物聯(lián)網的智能家居設計 16 智能家居的控制系統(tǒng)與用戶手機的通信是通過 GPRS 技術來實現(xiàn)的。 ? 硬件支持 CSMA/CA 功能。 (7)高安全。 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 15 (4)近距離。傳感信號采集發(fā)送模塊的作用是通過實時的監(jiān)控，不斷確認是否達到預訂的警報值，如果達到了預定值，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，在經過 GPRS 模塊發(fā)送給用戶手機，從而實現(xiàn)了對家庭各個方面的防護。 傳 感器熱 水 器開 關燈 光開 關用戶手機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)總體結構圖 Overall System Chart 系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能： (1)防盜警報 當家庭遭到非法入侵的時候，例如玻璃被打破、門窗被撬等，相應傳感器將檢測到情況，立刻通過室內的無線網絡 ，將采集到的信號發(fā)送到家庭控制器，再經過家庭控制器處理，最后將警報信息通過 GPRS 模塊以短消息的方式發(fā)送到主人的手機上，從而實現(xiàn)了家庭的安防功能。不管是系統(tǒng)中的設備、軟件還是網絡拓撲結構，都應具有良好的開放性。數(shù)據網用戶發(fā)出的數(shù)據單元 (如 PSPDN 中的 PDU)，通過建立好的路由把數(shù)據單元 PDU 送給 GGSN。網絡層的協(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 網絡設備 (如 BSS 和 NSS 等設備 )是透明的。 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)層和網絡層。利用 ZigBee 技術可較容易實現(xiàn)相機或者攝像機的自拍、窗戶遠距離開關、室內照明系統(tǒng)的遙控以及窗簾的自動調整等功能。應用于小范圍的基于無線通信的控制和自動化等領域中。應用層有應用支持子層 (APS)， ZigBee設備對象 (ZDO)及廠商定義的應用對象。 NWK 層是位于 MAC 層之上與 APL 層交互的一個協(xié)議層。 MAC 子層定義了廣播幀、數(shù)據幀、確認幀和 MAC 命令幀等 4 種幀類型。物理層數(shù)據域長度根據情況可變 (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，包含有 MAC 層數(shù)據幀。 c)接收器之感度： 85dBm92dBm(86 915 ram)， 1%分組差錯率 (PSDU=20bytes)。 250kbps 的傳輸速率，有助于遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（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。 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]。是 LRWPAN 的網絡中的主控制器。 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 5 2 物聯(lián)網相關通信技術的原理 ZigBee無線技術 ZigBee的概念 ZigBee 是最近提出的一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據速率、低成本的雙向無線通信技術 。 (2)家電的信息量小但對實時性要求較高，必須針對當時的家庭環(huán)境進行實時的調整。這一概念的提出在推廣普及上還需加以時日，但是隨著技術的革新，我們這里將把能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)控、 智能照明、以及智能音響的智能家居。家居智能的基本目標是，將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術 (HBS)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的協(xié)調。我國的《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃 (20212020 年 )》和 “ 新一代寬 帶移動無線通信網 ” 重大專項中均將物聯(lián)網列入重點研究領域?？梢詮膬煞矫嫒ダ斫猓浩湟唬锫?lián)網是在互聯(lián)網基礎之上的延伸和擴展的一種網絡，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網；其二，其用戶端 延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信 [2]。以 ―住宅電子化 ‖實現(xiàn)，到了 80 年代末， 逐步提出了 住宅智能化 ，也就是現(xiàn)在所說的智能家居的原型。 Smart Home。在硬件方面，采用了 GPRS 模塊作為遠程人機交互手段，接收和發(fā)送信息。 本文以物聯(lián)網的發(fā)展為背景，通過學習研究物聯(lián)網的相關技術，明確物聯(lián)網的關鍵技術包括： RFID 標識技術、傳感網技術、 M2M 技術。 by using the of ZigBee that the wireless munication between nodes is realized. Key words: Inter of Things。 智能家居的概念早在上世紀 80 年代初就已經提出。從字面上解釋，物聯(lián)網就是 ―物物相連的互聯(lián)網 ‖。近幾年金融危機之后的復蘇時期，物聯(lián)網概念迅速風行，受到各國政府的重視。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流 暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。此外，每個房間的墻壁顏色、裝修風格和溫度 ,都可以根據家庭成員的喜好和情緒自動更換。 智能家居系統(tǒng)的特點 (1)它的對象是結構和特性完全 相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，電器之間的數(shù)據 共享 比較困難。在最后又介紹了智能家居系統(tǒng)的幾個特點 ，設計智能家居時需要考慮的一些問題 。在 網絡中，有一個稱為 PAN 網絡協(xié)調者 (PAN coordinator)的 FFD 設備。通過實用證明，星形家庭網絡組網簡單。 ISM頻段，有助于 ZigBee 設備的推廣和生產成本的降低。40 pm。 字節(jié) 4 1 1 可變 前同步碼（ Preamble） 幀定界符（ SFD） 幀長度 (7bits) 保留（ 1bit） 物理層數(shù)據（ PSDU） 同步頭（ SHR） 物理層報頭（ PHR） 物理層凈荷 圖 23 PPDU 格式 of PPDU 前同步碼域用來為后續(xù)數(shù)據 的收發(fā)提供碼片或數(shù)據符號的同步，幀定界符用來標識同步域的結束及報文數(shù)據的開始。靈活的 MAC 幀結構適應了不同的應用及網絡拓撲的需要，同時也保證了協(xié)議的簡潔。網絡層負責拓撲結構的建立和維護、命名和綁定服務，它們協(xié)同完成尋址、路由及安全這些必須任務。 詹旭：基于物聯(lián)網的智能家居設計 10 a)配置一個新設備 b)開始一個新網絡 c)加入或者離開 網絡 圖 26 NWK 層模型 Model of NWK (6) 應用層 應用會聚層將主要負責把不同的應用映射到 ZigBee 網絡上，具體而言包括：安全與鑒權、多個業(yè)務數(shù)據流的會聚、設備發(fā)現(xiàn)、業(yè)務發(fā)現(xiàn)。 ZigBee的應用領域和應用前景 ZigBee 技術將主要嵌入在消費性電子設備、家庭和建筑物自動化設備、工業(yè)控制裝置、電腦外設、醫(yī)用傳感器、玩具和游戲機等設備中。 ZigBee應用于家庭網絡中的關鍵問題 ZigBee 實現(xiàn)家庭組網的目標是：在消費 類電子設備中嵌入 ZigBee 芯片聯(lián)網后，實現(xiàn)家電等設備的無線互連和家庭自動化。 (2)GPRS 協(xié)議 移 動臺 (Ms)和 SGSN 之間的 GPRS 分層協(xié)議模型如圖 27 所示： 網 絡 協(xié) 議S N D CL L CM A C物 理 鏈 路R F 接 口M S物 理 鏈 路R F 接 口物 理 鏈 路M A CL L RL A P DL A P DL L CS D N C網 絡 協(xié) 議R S SU mG bU m 圖 27 GPRS 協(xié)議 Agreement of GPRS 詹旭：基于物聯(lián)網的智能家居設計 12 Um 接口是 GSM 的空中接口。它的主要作用是完成傳送數(shù)據的分組、打包，確定 TCP/IP 地址和加密方式。 第二種情況中，一個公用數(shù)據網用戶傳送數(shù)據到移動臺，首先通過數(shù)據網的標準協(xié)議建立數(shù)據網和 GGSN 之間的路由。與此同時，應立足于用戶對整個系統(tǒng)的具體需求，具有實用性。并且以短消息的方式對系統(tǒng)進行控制，提高了效率降低了成本，同時本系統(tǒng)可以擴展應用于多種無人職守地區(qū)的監(jiān)控安防等場所，如圖 31 所示。 ZigBee 模塊是將主控制器所下達 的命令通過無線的 ZigBee 網傳輸?shù)郊译姸恕?ZigBee 工作在 20250kbps 的較低速率，分別提供 250kbps()、40kbps(915MHz)和 20kbps(868MHZ)的原始數(shù)據吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據的應用需求。 ZigBee 可采用星狀、網狀網絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理 254 個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網絡節(jié)點管理，最多可組成65000 個節(jié)點的大網。 ? 在休眠模式時僅 μA的流耗，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少 于 μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。CC2430 模 塊本身集成了 51 內核的單片機，在基于 ZigBee 協(xié)議的基礎上可以進行簡單編程對傳感器發(fā)出來的數(shù)據進行分析處理發(fā)送到主控制器，同時可以對 接收 到的數(shù)據進行處理。 TC35i 模塊有 40 個引腳，通過一個 ZIF 連接器引出。 TC35 的數(shù)據輸入 /輸出接 口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232 接口標準。這個部分我們選用的是 AT89S52 作為總控制器。單片機一切工作停止，直到下一個終端或硬件復位為止。通過 AT 指令完成 GPRS 短信息接收和傳送到主控制器中。根據系統(tǒng)的設計方案，對采用的技術進行比較分析，對主要選用的器件進行了學習研究，采用 ZigBee 技術進行局域網的組網，通過家居控制器將室內局域網與外網 GPRS 結合，實現(xiàn)了無線遠程的智能家居的控制。隨著時間的推移，電容的電壓在 內，遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 21 從 5V釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。電路中的非平衡變壓器由 1 個電容和 3 個電感以及一個 PCB 微波傳輸線組成，整個結構滿足 RF 輸入 /輸出匹配電阻 (50 Ω)的要求。 1~6 腳 (~ )：具有 4 mA 輸出驅動能力； 9 腳 (， )：具有 20 mA 的驅動能力； 11~18 腳 ( ~)：具有 4 mA 輸出驅動能力； 4 4 4 4 48 腳 (， ， ， )：具有 4 mA 輸出驅動能力。用 1 個 kHz 的石英諧振器（ XTAL2）和 2 個電 容構成一個 kHz的晶振電路。 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳連接著一個高增益反相放大器， XTAL1 引腳是反相放大器的輸入端， XTAL2 引腳是反相放大器的輸出端。如圖 4圖 42 所示的復位電路基本 功能是：當系統(tǒng)上電時，提供復位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定撤銷復位信號。該芯片采用 工藝生產，工作時的電流損耗為 27mA；在接收和發(fā)射