【正文】 技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為 Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴(kuò)容，易使用，易維護(hù)、便于快速大規(guī)模部署等特點(diǎn)順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢(shì)。個(gè)子系統(tǒng)在交互平臺(tái)管理下運(yùn)行，平臺(tái)能采集各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。 控制軟件可編程（ DIY），提供信息服務(wù) 此系統(tǒng)方便用戶改變控制邏輯、控制方式、操作界面，用戶的控制邏輯、操作界面可以自定義、可以 DIY。廣泛應(yīng)用于音響鍵鼠等各項(xiàng)內(nèi)容，有很好的發(fā)展前景。缺乏集中的安全控制是無(wú)線 LAN只在一些相對(duì)較的小公司和特定應(yīng)用中得到使用的根本原因。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。與移動(dòng)通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。 AMC 層的 ED 掃描調(diào)用 PHY 層的 ED 檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。低成本對(duì)于 ZigBee 也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 ZigBee 聯(lián) 盟及標(biāo)準(zhǔn)制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個(gè)高速成長(zhǎng)的非盈利業(yè)界組織，成員包括國(guó)際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。 版本已經(jīng)發(fā)布?；谥悄芗揖拥淖钚露x，參考 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的本系統(tǒng)，在包含了智能家居必備系統(tǒng) (智能家居 (中央 )控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng) )的基礎(chǔ)上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、背景音樂(lè)系 統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。 重點(diǎn)注意： 軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。并為家居設(shè)備的 功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其與相應(yīng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)房間放置的充當(dāng)路由器功能的分節(jié)點(diǎn)和智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器主節(jié)點(diǎn)組成 ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。路由節(jié)點(diǎn)只有在樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在； 終端設(shè)備：不具備成為父節(jié)點(diǎn)或路由器的能力，一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通訊，具體的 信息路由則全部交由其父節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成 [11]。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) (Mesh 網(wǎng) )一般是由若干個(gè) FFD 連接在一起組成骨干網(wǎng)，它們之間是完全的對(duì)等通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與它的無(wú)線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信，即允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點(diǎn)直接互連，但它們中也有一個(gè)會(huì)被推薦為 ZigBee 協(xié)調(diào)器。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的 ISM 波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。 光照檢測(cè)模塊： 與紅外報(bào)警模塊類(lèi)似，使用一個(gè)比較器，當(dāng)光線充足的時(shí)候，光敏電阻阻值很小，輸出端送出低電平，當(dāng)光線變暗的時(shí)候，光敏電阻 阻值很大，輸出端送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號(hào)。這可實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器， RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器 整合在同一個(gè)硅晶片上。一個(gè) AES 協(xié)處理器被集成在CC2430，以支持 MAC 安全所需的（ 128位關(guān)鍵字） AES 的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。這包括： * 自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器 * 同步字插入 /檢測(cè) * CRC16 校驗(yàn) * CCA * 信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè) /數(shù)字 RSSI 18 * 連接品質(zhì)指示 (LQI) * CSMA/CA 協(xié)處理器 CC2430 的 射頻及模擬收發(fā)器 CC2430 的接收器是基于低 中頻結(jié)構(gòu)之上的，從天線接收的 RF 信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?2MHz 的中頻信號(hào)。 射頻的輸入輸出端口是獨(dú)立的，他們分享兩個(gè)普通的 PIN 引腳。 CC2430 芯片采用 m CMOS 工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27 mA 或 25 mA。 ◆ 較寬的電壓范圍（ ～ ）。全部引腳可分為 I/O 端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類(lèi)。 8， 9（ P1_0， P1_1） ： 有 20 mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 27 腳（ AVDD_CHP）：為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供 電壓。 37 腳（ AVDD_IF2） :為低通濾波器和 VGA 的最后部分電路提供 V 電壓。 19 腳（ XOSC_Q2） : 32 MHz 的晶振引腳 2。 44 腳 (P2_4/XOSC_Q1): kHz XOSC 的 端口 [13]。 作電源 : 3~5V/DC。 DS18B20 測(cè)溫原理如圖 3 所示。 23 表 21DS18B20 溫度傳感器數(shù)據(jù)表 集成放大器 LM324 LM324 系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。 可單電源工作： 3V32V。結(jié)構(gòu)引腳如圖 24 所示。接入 ZigBee紅外檢測(cè)模塊的 口。 28 圖 34 光照檢測(cè)模塊實(shí)物圖 溫度檢測(cè)模塊 原理圖如圖 35 所示。 圖 39 電器控制電路原理圖 工作原理： 利用簡(jiǎn)單的繼電器來(lái)控制居家電器。 紅外檢測(cè)電路的測(cè)試 按照原理圖， 有物體阻擋住紅外線的時(shí)候會(huì)往輸出端產(chǎn)生一個(gè)高電平，我在輸出口并聯(lián)了一個(gè)發(fā)光管，以方便檢測(cè)，發(fā)光管亮即說(shuō)明有高電平輸出。工作電路的測(cè)試圖如圖 43 所示。 39 第五章 總結(jié) 已實(shí)現(xiàn)的功能 硬件設(shè)計(jì)方面包括電源模塊， 紅外報(bào)警模塊，光照監(jiān)測(cè)模塊以及溫度檢測(cè)模塊，均達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)能克服現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)中普遍存在的問(wèn)題，但對(duì)于智能家居系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用以及智能家居這項(xiàng)領(lǐng)域的普及來(lái)說(shuō)，還有許多地方需要改進(jìn)和擴(kuò)展。 在此，也要感謝我的同學(xué)們，是他們的好建議帶給我們一次次的驚喜，也要感謝同組的同學(xué)，江曉波，我們通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)明白了分工合作，團(tuán)隊(duì)合作的重要性，對(duì)我們今后的道路受益匪淺。今后 應(yīng) 40 在實(shí)際環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)部分應(yīng)與智能家居系統(tǒng)其他部分共同進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，以達(dá)到實(shí)際的需求。 軟件設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn) 了 ZigBee 模塊之間的無(wú)線通信。檢測(cè)模塊接到協(xié)調(diào)器模塊的 P1 區(qū)的 P11 口和 P14 口，如圖 44 所 示。 圖 41 紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)圖 34 光照檢測(cè)電路的測(cè)試 按照電路原理，在光線不是很強(qiáng)的情況下，光照檢測(cè)電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平。電路正常工作的時(shí)候，兩個(gè)輸出端口都是 ，故不會(huì)產(chǎn)生電壓差，沒(méi)有信號(hào)輸出。實(shí)物圖如圖 36 所示。 圖 32 紅外檢測(cè)模塊實(shí)物圖 光照檢測(cè)模塊 原理圖如圖 33 所示。接著主要對(duì)基于Zigbee 的智能家居網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，介紹了 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類(lèi)型以及目前三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。 測(cè)量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。 21 22 腳（ RBIAS1） :為參考電流提供精確的偏置電阻。 39 腳（ DVDD_ADC） :為 ADC 的數(shù)字電路部分提供 V 電壓。 29 腳（ AVDD_VCO） :為 VCO 和 PLL 環(huán)濾波器最后部分電路提供 電壓。 43， 44， 45，46， 48 腳（ P2_4， P2_3， P2_2， P2_1， P2_0）：具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。通過(guò)軟 件設(shè)定一組 SFR 寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的 I/O 口或作為連接 ADC、計(jì)時(shí)器或 USART 部件的外圍設(shè)備 I/O 口使用。 ◆ 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。 ◆ 高性能和低功耗的 8051 微控制器核。芯片至天線之間電路的構(gòu)架是由平衡/非平衡器與少量低價(jià)電容與電感所組成。自動(dòng)增益控制，信道過(guò)濾，解調(diào)在數(shù)字域完成以獲得高精確度及空間利用率。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部 Flash 編程。由于更快的執(zhí)行時(shí)間和通過(guò)除去被浪費(fèi)掉的總線狀態(tài)的方式，使得使用標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令集的 CC2430 增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，具有 8 倍的標(biāo)準(zhǔn) 8051 內(nèi)核的性能。 電源管理模塊 3 個(gè)檢測(cè)模塊的供電是 5V 的直流電源，可以使用電池供電。 CC2430 的設(shè)計(jì)結(jié)合了 8Kbyte 的 RAM 及強(qiáng)大的外圍模塊，并且有 3 種不同的版本，他們是根據(jù)不同的閃存空間 32， 64 和 128kByte 來(lái)優(yōu)化復(fù)雜度與成本的組合。 Mesh 網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有 “ 自恢復(fù) ” 能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇，但正是由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在多條路徑，它也是一種 “ 高冗余 ” 的網(wǎng)絡(luò)。 星形網(wǎng) (Star)是由一個(gè) ZigBee 協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè) ZigBee 終端節(jié)點(diǎn)組成的。此方案的設(shè)計(jì)靈活性好，擴(kuò)展性好。 12 第二章 智能家居系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計(jì)（硬件部分） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在盡可能保持統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下，針對(duì)各種信號(hào)類(lèi)型選擇合適的總線或者無(wú)線技術(shù)并設(shè)計(jì)主控器已成為智能家居建設(shè)的首要問(wèn)題。 課題意義 智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起的，自從美國(guó)在 1984 真正的智能建筑出現(xiàn)以來(lái)，國(guó)外已經(jīng)有將近 30 年的研究歷史，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究相對(duì)較晚，從 2020 年才逐步應(yīng)用于高端市場(chǎng)，而且標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于 ZigBee 不僅只是 的代名詞，而且 IEEE 僅處理低級(jí) MAC 層和物理層協(xié)議，因此 ZigBee 聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和 API 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。 ZigBee 聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過(guò)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。因此 ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制 (如工業(yè)控制場(chǎng)合等 )應(yīng)用。其中組網(wǎng)管理主要包括網(wǎng)絡(luò)建立、地址分配、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)及節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)。每個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(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(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。借此意義 ZigBee 作為新一代無(wú)線通 訊技術(shù)的命名。還有一種加密的機(jī)制是通過(guò)透明運(yùn)行在無(wú)線 LAN 上的虛擬專網(wǎng)（ VPN）來(lái)進(jìn)行的。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度 11Mbps 。信息服務(wù)內(nèi)容包括：健康、烹飪、交通信息、生活常識(shí)、嬰幼兒哺育、兒童教育、日常購(gòu)物、社區(qū)信息、家居控制專家等等，智能家居已不僅僅是面向控制的系統(tǒng)而是信息服務(wù)與控制有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)。同時(shí)，它還具有網(wǎng)關(guān)的功能，通過(guò)交互平臺(tái)，能與廣域網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理。 智能家居系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展新趨勢(shì) 隨著智能家居的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的家居開(kāi)始引進(jìn)智能化系統(tǒng)和設(shè)備。 1979 年，美國(guó)的斯坦福研究所提出了將家電及電氣設(shè)備的控制線集成在一起的家庭總線（ HOMEBUS），并成立了相應(yīng)的研究會(huì)進(jìn)行研究， 1983 年美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)組織專門(mén)機(jī)構(gòu)開(kāi)始制定家庭電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并于 1988 年編制了第一個(gè)適用于家庭住宅的電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即：《家庭自動(dòng)化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)》，也有稱之為家庭