【正文】 64KB的 FALSH。與 GSM網(wǎng)絡(luò)相比， GPRS網(wǎng)絡(luò)能更有效的利用無(wú)線資源，特別適用于長(zhǎng)時(shí)間、小流量的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。 GPRS在一個(gè)發(fā)送實(shí)體和另一個(gè)或多個(gè)發(fā)送實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)傳輸，這些實(shí)體可以是連接到一個(gè) GPRS網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端設(shè)備。協(xié)議層實(shí)現(xiàn)物理層、鏈路層以及基于 Zigbee的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。 進(jìn) 入 中 斷 處 理 上 電軟 件 去 毛 刺進(jìn) 入 復(fù) 位 矢 量是 否 為真 中 斷 ？讀 取 4 6 2 0 中 斷 狀 態(tài) 字分 析 中 斷 狀 態(tài) 字執(zhí) 行 相 應(yīng) 的中 斷 處 理 程 序中 斷 處 理 結(jié) 束M C U 初 始 化 結(jié) 束堆 棧 初 始 化拷 貝 F l a s h 數(shù) 據(jù)清 除 B S S 數(shù) 據(jù) 段看 門(mén) 狗 初 始 化P L L 初 始 化系 統(tǒng) 寄 存 器 設(shè) 置NY4 6 2 0 中 斷 處 理 過(guò) 程 M C U 初 始 化 過(guò) 程 圖 中斷和初始化程序流程 信息處理程序設(shè)計(jì) 信息處理過(guò)程是在傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件檢測(cè)電路檢測(cè)到其所在環(huán)境發(fā)生變化時(shí) ,由傳感器節(jié)點(diǎn)中 Zigbee模塊對(duì)信息簡(jiǎn)單處理后 ,主動(dòng)發(fā)起連接將處理后的信息傳 給 主控制器。 對(duì) Zigbee 網(wǎng)絡(luò) 通信協(xié)議有了一定的了解。 29 結(jié) 論 現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使得我們可以通過(guò)空中無(wú)線接口來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與傳感器節(jié)點(diǎn)的交互，這極大地方便了人們的各種活動(dòng)，改善了人們的生活方式。 而且該操作系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，可以滿足智能家居控制器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性 、 可靠性的要求 。 M C 5 5P I C 1 8 F 4 6 2 0T X D 0R X D 0ASCOR C 6R C 7 圖 GPRS 模塊與單片機(jī)接口電路 本章小結(jié) 本章主要介紹了智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器的硬件設(shè)計(jì)。因此，基于 GPRS的 數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)在多種行業(yè)中得了廣泛 應(yīng)用，如用于監(jiān)控、金融、車(chē)載定位等。 CC2480的選擇性和敏感性指數(shù)超過(guò)了 ，可確保短距離通信的有效性和可靠性。此外，實(shí)現(xiàn)了革新架構(gòu)的大寄存器集，使 MCU具有 10MIPS的高性能。針對(duì)智能家居的實(shí)際情況，采用了 Zigbee簇狀結(jié)構(gòu)組建無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)，并給出了相 應(yīng)的家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。 19 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮到智能家居系統(tǒng)具有復(fù)用性，安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，通用性好等特點(diǎn)，采用了模塊化設(shè)計(jì)原則，即家居系統(tǒng)的通信部分和功能驅(qū)動(dòng)模塊分開(kāi)實(shí)現(xiàn)，通信部分由網(wǎng)絡(luò)控制器來(lái)充當(dāng)。臨近設(shè)備收到信標(biāo)幀后，就可以申請(qǐng)加入該簇。 18 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在對(duì)等的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，同樣存在一個(gè) PAN主設(shè)備，但該網(wǎng)絡(luò)不同于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)設(shè)備只要是在它的通信范圍之內(nèi)，就可以和其他設(shè)備進(jìn)行通信。 17 Z i g b e e 協(xié) 調(diào) 器Z i g b e e 路 由 器Z i g b e e 設(shè) 備S t a rC l u s t e r t r e eM e s h 圖 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型 在 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，最基本的單元是設(shè)備，這個(gè)設(shè)備可以是一個(gè) RFD也可以是 FFD；在同一物理信道的通信范圍內(nèi)，兩個(gè)或者兩個(gè)以上的設(shè)備可構(gòu)成一個(gè)WPAN。 智能家居設(shè)備一般是普通的私人家居并且使用者是 普通居民，所以它還具有自身獨(dú)有的需求和特點(diǎn)，包括安全性、可用性 /可靠性、靈活性 /易擴(kuò)展性、使用的方便性、廉價(jià)性、標(biāo)準(zhǔn)化以及體積小、重 量輕和安裝方便等。因此本文主要對(duì)智能家居系統(tǒng)中的 Zi gbee無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行了研究。 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)。 Zigbee應(yīng)用層主要是透過(guò)應(yīng)用層支持子層 （ APS） 與網(wǎng)絡(luò)層溝通。 13 Zigbee網(wǎng)絡(luò)層支持星型、 簇 型和網(wǎng)狀型拓?fù)?結(jié)構(gòu)。此外， MAC的加密子層可支持通訊加密功能。其各層之間分布如圖 。如果發(fā)送幀的時(shí)候置位了 ACK標(biāo)志位，但是在一定的超時(shí)期限內(nèi)沒(méi)有收到應(yīng)答，發(fā)送器將重復(fù)進(jìn)行固定次數(shù)的發(fā)送，如仍無(wú)應(yīng)答就宣布發(fā)生錯(cuò)誤。 LRWPAN網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)： 20kbps、 40kbps和 250kbps三種不同的傳輸速率； ； 16位和 64位兩種地址格式。低功耗、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)要求令 Zi gbee應(yīng)運(yùn)而生，大幅簡(jiǎn)化藍(lán)牙的復(fù)雜規(guī)格，專注于低傳輸應(yīng)用。 Zigbee網(wǎng)絡(luò) 是 由協(xié)調(diào)器發(fā)起的，每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá) 255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒(méi)有限制。 Zigbee傳輸速度為 20k～ 250kbps，并隨著傳輸距離的延長(zhǎng)而減慢，較藍(lán)牙的 1Mbps慢。 （ IrDA） 1993年，由 20多個(gè)大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì) （ IrDA Infrared Data Association） ， 統(tǒng)一了紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)就是紅外技術(shù)，它通常采用 850mm的紅外光傳輸數(shù)據(jù)信息，紅外通訊技術(shù)是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)的設(shè)備之間連接線纜的替代。能即時(shí)組成微微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) （ Pico） ， 每個(gè)微微網(wǎng)可包含至多 8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以作為主機(jī)和從機(jī)。在智能家居系統(tǒng)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)己 是 勢(shì)不可擋，這不僅僅因?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性，省去了花在綜合布線上的費(fèi)用和精力，而且它更符合于家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)，同時(shí)隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也必將大大促進(jìn)家庭智能化、網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程。其中最具有代表性 的 就是 X10技術(shù)，目前，這種技術(shù)已是美國(guó)占據(jù)市場(chǎng)主流的技術(shù)，是 全球第 一個(gè)利用電線來(lái)控制燈飾及電子電器產(chǎn)品，并將其商業(yè)化的成功模式。 （ 電話線 ） 這種連接技術(shù)利用大多數(shù)家庭已有的電話線來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的連接 ， 是一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案。 智能家居網(wǎng)絡(luò)選擇 在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在盡可能保持標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的前提下，針對(duì)各種信號(hào)類來(lái)選擇合適的 有 線或無(wú)線技術(shù)并設(shè)計(jì)控制器就成為智能家居建設(shè)的首要問(wèn)題。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報(bào)警功能、可視對(duì)講功能 、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和 系軟件配置等。 實(shí)際上家庭自動(dòng)化產(chǎn)品、家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)家電產(chǎn)品、信息家電產(chǎn)品 等 都只是智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品里的一種，它們有各自不同的產(chǎn)品特征，不能簡(jiǎn)單地將它們劃等號(hào)。針對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用簇狀網(wǎng)絡(luò)組建智能家居內(nèi)部網(wǎng) ； 第 5章主要介紹了智能家居網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)。 本文研究的內(nèi)容 在 智能家居 網(wǎng)絡(luò) 的實(shí)現(xiàn) 中，由于平臺(tái)和組網(wǎng)方式的多樣化，導(dǎo)致了 智能家居 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案多樣化，考慮到成本和性能等多方面因素，本 論文 采用近年逐漸興起的 Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) 智能家居 網(wǎng)絡(luò) 的 組建，重點(diǎn)研究 智能家居無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)的組建和家庭控制網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之 間 的通信、并在最后 討論了智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的軟硬件實(shí)現(xiàn)的 問(wèn)題。 最后 從 理論上 闡述了智能家居系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案以及各模塊的軟硬件實(shí)現(xiàn) 方法 。智能家居系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，是未來(lái)居住模式的必然發(fā)展趨勢(shì)。 針對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，本文通過(guò)對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)分析、對(duì)比和研究，采用 簇狀網(wǎng)絡(luò)組建智能家居內(nèi)部網(wǎng)，并對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 近年來(lái)隨著人民生活水平和知識(shí)層次的不斷提高，人們也將注意力越來(lái)越多的放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性 上，因此也就產(chǎn)生了對(duì)家居智能化的需求；與此同時(shí)，在科學(xué)技術(shù)方面 ,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與電子信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展也促成了智能家居系統(tǒng)的出現(xiàn)。 指出 了 網(wǎng)絡(luò)控制器各功能模塊的 程序 工作流程 。 智能家居可以定義為一個(gè)過(guò)程 或者一個(gè)系統(tǒng)。 20世紀(jì) 80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，開(kāi)始出現(xiàn)了住宅電子化（ HE， Home Electronics） 的概念； 80年代中期，將家 用電器、通訊設(shè)備與4 安保防災(zāi)設(shè)備綜合為一體，形成了家居自動(dòng)化概念 （ HA， Home Automation） 。而國(guó)家政府機(jī)構(gòu)及各大信息家電生產(chǎn)廠商不失時(shí)機(jī)地開(kāi)展了中國(guó)智能家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作，為中國(guó)智能家居的發(fā)展提供了一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，指明了智能家居研究領(lǐng)域正確的發(fā)展方向。經(jīng)過(guò)了多次修改之后，該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了在不同的設(shè)備制造商之間的互操作性。通常 一般的家庭里沒(méi)有足夠的 電話線 接口，要在每一個(gè)房間或者電話、計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備能夠觸及的地方安裝插座也會(huì)帶來(lái)了技術(shù)上和成本上的問(wèn)題?！?無(wú)線家居 ” 是未來(lái)家居的發(fā) 展方向，顯然能為人們?nèi)粘Ｉ钆c商務(wù)活動(dòng)提供更大限度的舒適和方便，并從而開(kāi)啟一個(gè)嶄新的信息家居時(shí)代。與其它 ，速度更快。 WiFi是以太網(wǎng)的一種無(wú)線擴(kuò)展，理論上只要用戶位于一個(gè)接入點(diǎn)四周的一定區(qū)域內(nèi)，就能以最高約 l1Mb/s的速度接入 Web。 （ Zigbee） Zigbee聯(lián)盟成立于 2002年 8月，由英國(guó) lnvensys、三菱、美國(guó)摩托羅拉及荷蘭菲利浦組成，至今已吸引了上百家芯片公司、無(wú)線設(shè)備公司和開(kāi)發(fā)商加盟。 這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于 蜜蜂 （ bee） 是靠飛翔和嗡嗡 （ zig）地抖動(dòng)翅膀的舞蹈來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、 IP服務(wù)提供商、消費(fèi)類電子廠商及 OEM商等，例如 Honeywell、 Eaton和 Invensys Metering Systems等工業(yè)控制和家用自動(dòng)化公司，甚至還有像 Mattel之類的玩具公司。每個(gè)頻帶提供固定數(shù)量的信道。此外， 。每一層負(fù)責(zé)完成所規(guī)定的任務(wù)，并且向上層提供服務(wù)。在調(diào)制前，將數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，每 4位信息比特組成一個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的符號(hào)數(shù)據(jù)，將其映射成一個(gè) 32位的偽隨機(jī)序列，最后通過(guò)半正弦脈沖形式的 OQPSK調(diào)制方法，將碼元數(shù)據(jù)調(diào)制到載 波信號(hào)上。 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 Zigbee網(wǎng) 絡(luò) 層分為兩個(gè)部分，即網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù)據(jù)部分 （ Network Layer Data Entity，NLDE） 與網(wǎng) 絡(luò) 層管理部分 （ Network Layer Management Entity， NLME） 。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體實(shí)現(xiàn)： APS數(shù)據(jù)實(shí)體 （ APSDE）和 APS管理實(shí)體 （ APSME） 。 針對(duì)智能家居中采用有線方式存在的問(wèn)題，本文 探討 了一種采用 Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的新型智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案， 系統(tǒng)組成框圖如 圖 。當(dāng)需要對(duì)某一家居設(shè)備進(jìn)行控制或者監(jiān)測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)找到與該家居設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的 ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的路由器，路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)，分節(jié)點(diǎn)接收到信息后，送入功能驅(qū)動(dòng)模塊，功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展了 GPRS模塊，用戶可以通過(guò)移動(dòng)電話或者互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)送信息到 GPRS模塊中的 SIM手機(jī)號(hào)碼， GPRS模塊接收到該信息，傳給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)對(duì)該信息 進(jìn)行解析，并通過(guò)Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的家居設(shè)備。這是因?yàn)樗鼈鬏?的信息是各種設(shè)備的狀態(tài)和控制信息，它的錯(cuò)誤不僅可能導(dǎo)致設(shè)備的非正常工作，而且可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器除了直接參與應(yīng)用外，還要完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)；路由器的任務(wù)則是增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)物理范圍；終端設(shè)備僅僅只能完成監(jiān)測(cè)和控制的功能。任何一個(gè) FFD都有成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的可能，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)如何確定自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由上層決定。 但是 在這些協(xié)調(diào)器中，只有一個(gè)可以充當(dāng)整個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。 基于 Zigbee 的智能家居網(wǎng)絡(luò)的組建 目前，大部分的無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)都采用的是星型網(wǎng)絡(luò)，以一臺(tái) PC機(jī)作為主控制器，在 PC機(jī)上外接一個(gè) FFD Zigbee模塊，從而充當(dāng)星型網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，但同時(shí)也存在著一個(gè)很?chē)?yán)重的缺點(diǎn)：一旦網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器損壞或者能量耗盡，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將處于癱瘓狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制操作，智能家居也失去了意義。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器根據(jù)不同路由器轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的信息進(jìn)行分組，20 然后為每個(gè)家電分配一個(gè) 16位的 PAN ID，再將此家電設(shè)備添加到網(wǎng)絡(luò)鄰接表中，標(biāo)志終端設(shè)備 （ 家電 ） 被添加到此網(wǎng)絡(luò)中。指令和數(shù)據(jù)總線相互分離的哈佛結(jié)構(gòu)允許 16位指令和 8位數(shù)據(jù)同時(shí)在分離的總線上傳輸。其管腳圖如圖 。借助于多時(shí)隙綁定和高速編碼方案， GPRS速率理論上最高可達(dá) 。尤其適用于間歇性、非周期性數(shù)據(jù)傳輸 （ 相鄰兩次傳輸?shù)臅r(shí)間間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均傳輸延遲 ） ；少量數(shù)據(jù)的頻繁傳輸 ； 較大容量數(shù)據(jù)的不頻繁傳輸。應(yīng)用層通過(guò) API來(lái)調(diào)用協(xié)議層提供的服務(wù) ,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的 管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。 程序流程如圖 。 3．分析研究 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，針對(duì)家居分布構(gòu)造等特點(diǎn)，采用簇狀網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的。 本章小結(jié) 本章主要介紹了智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器的軟件設(shè)計(jì)思想，首先總述系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)層次，然后分塊列出各功能部分的程序設(shè)計(jì)思想，并一一用流程圖示出。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 智能家居設(shè)計(jì)中主控制器，采用源代碼開(kāi)放 、 可移植性強(qiáng)的 Linux操 作系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以為 Zigbee模 塊提供完整的協(xié)議