【正文】 層C C 2 5 3 0串 口 通 信 20 圖 45 軟件結(jié)構(gòu) 上位機(jī)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)層次上來分，可分為兩層如圖 45 所示：第一層：應(yīng)用層。// (115200,n,8,1)。 ()。 21 (2,1)。打開串口助手設(shè)置好參數(shù)（波特率115200bps，端口分別選擇 COM2,COM3）然后通過串口調(diào)試工具向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)，如上圖所示能夠成功收到信息，即 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)搭建成功。 整個設(shè)計包括以下幾項工作： (1) 了解物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等相關(guān)技術(shù)及發(fā)展?fàn)顩r (2) 實現(xiàn) ZigBee 燈光控制節(jié)點。 24 致 謝 25 參考文獻(xiàn) [1]候冉冉，張亮 .關(guān)于智能家居系統(tǒng)的探討 [J].住宅智能化與節(jié)能， 20xx,4(2):37 [2]陳云，張華，張益平 .關(guān)于我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考與建議 [J].科技管理研究， 20xx， 11： 103106. [3]劉海亮，曹家年，郭逢麗 .嵌入式智能家居安防系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) [J].應(yīng)用科技， 38(2):6166 [4]劉臺，崔莉，陳海明 .物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用 [J].計算機(jī)科學(xué)， 20xx， 6： 110. [5]劉麗娜 .物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)智能家居新生活 [J].智能建筑與城市信息， 20xx， 2： 2125. [6]李平，涂 奎，馮佳琦 .基于物聯(lián)網(wǎng)的平安家居服務(wù)系統(tǒng) [J].電信技術(shù) .20xx， 2： 7375. [7]孫鑫 , 余安萍 .VC++深入詳解 .電子工業(yè)出版社， [8]李文仲，段朝玉等 .ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx： 8100. 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協(xié)調(diào)器接收上位機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)代碼： void MT_UartProcessZToolData ( uint8 port, uint8 event ) { uint8 flag=0,i,j=0。如果沒有接收到串口命令則直接進(jìn)入接收節(jié)點命令反饋過程。 圖 35 控制電路設(shè)計圖 15 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) ZigBee 網(wǎng)絡(luò) 軟件設(shè)計 系統(tǒng)通過兩塊 CC2530 芯片分別作為協(xié)調(diào)器和家庭終端組建了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)負(fù)責(zé)采集用戶的數(shù)據(jù)，然后通過串口傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行打包然后發(fā)送到家庭控制中心，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)控制可控硅電路從而實現(xiàn)對電燈的控制。 PC 機(jī)通過串口通信接口與協(xié)調(diào)器相連接，串口轉(zhuǎn)換電路如圖 33 所示。如圖 31 就是本文節(jié)點硬件的總設(shè)計方案。但當(dāng)正電壓大于某個電壓 (稱為轉(zhuǎn)折電壓 )時，器件迅速轉(zhuǎn)變到低阻通導(dǎo)狀態(tài)。 CC2530 結(jié)合了一個完全集成的，高性能的 RF 收發(fā)器與一個 8051 微處理器， 8 kB 的 RAM， 32/64/128/256 KB 閃存，以及其他強(qiáng)大 的支持功能和外設(shè) [10]。端點編址允許多個設(shè)備共享一個無線電收發(fā)器。應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)實體（ APSDE）通過 APSDE 訪問服務(wù)接口（ SAP）提供數(shù)據(jù)服務(wù)；應(yīng)用支持子層管理實體（ APSME）通過 APSMESAP 體現(xiàn)管理能力。在邏輯上網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部分為網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體（ NLDE）和網(wǎng)絡(luò)管理實體（ NLME）兩部分，如圖 26 所示。短地址的引出就是為了節(jié)省開銷，但引入了地址沖突的可能。此外還包括對信道能量水平的檢測、空閑信道評估和數(shù)據(jù)信號質(zhì)量測量等。 IEEE 規(guī)范定義了三種物理層基帶模式，分別工作在 868 MHz、 915 MHz 和 GHz 頻段，但 ZigBee 協(xié)議棧只采用了 GHz 這一頻段一共有 16 個信道，編號“ 11”到“ 26”。在下層的基礎(chǔ)上，上層可以變得越來越 復(fù)雜。因此 ZigBee 技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制 (如工業(yè)控制場合等 )應(yīng)用。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的 75m到幾百米、幾公里 ，并且支持無限擴(kuò)展。 (3)上位機(jī)的設(shè)計實現(xiàn)：此軟件主要有兩部分組成，數(shù)據(jù)發(fā)送部分和顯示部分。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。智能家居控制系統(tǒng)是智能家居核心，是智能家居控制功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。 (2)針對 PC 機(jī)、協(xié)調(diào)器節(jié)點和家庭控制中心節(jié)點設(shè)計不同的通信方式，軟件的設(shè)計要與芯片的硬件參數(shù)相匹配。對智能家居產(chǎn)品來 說，最重要的是以實用為核心，摒棄掉那些華而不實，只能充作擺設(shè)的功能，產(chǎn)品以實用性、易用性和人性化為主 [5]。音視頻技術(shù)是實現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，體現(xiàn)在音視頻集中分配、背景音樂、家庭影院等方面?！备鶕?jù)對物聯(lián)網(wǎng)的 3個關(guān)鍵細(xì)分領(lǐng)域 —傳感器、 RFID、 M2M 的市場發(fā)展數(shù)據(jù)預(yù)測，以傳感感知層對整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的帶動系數(shù) 5 倍計算，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的總體規(guī)模預(yù)計到 20xx 年將超過一萬億， 2020 年將超過 5 萬億 [3]。 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢 物聯(lián)網(wǎng)又名傳感網(wǎng) ,英文名稱叫“ The Inter of things ” ,是指將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，可使所有的物品與網(wǎng)絡(luò)連接，方便識別和管理。因為現(xiàn)在國內(nèi)外關(guān)于智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致了各個商家產(chǎn)品之間很大的兼容性問題，減少了用戶的選擇余地，也給以后的升級換代留下了隱患?；裟犴f爾采用多種組網(wǎng)方式相結(jié)合的方式，取長補(bǔ)短，大大提高了智能家居系統(tǒng)的靈活性與穩(wěn)定性。 關(guān)鍵字 ： 物聯(lián)網(wǎng) 。本設(shè)計運用 VB、服務(wù)器 (PC 機(jī) )、ZigBee 射頻通信協(xié)議、可控硅控制電路等技術(shù)，實現(xiàn)了以上位機(jī)為控制端，以 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)為傳輸橋梁，以 CC2530 板作為家庭控制 中心。經(jīng)過近 30 年的發(fā)展，國外的只能家居系統(tǒng)相對比較成熟，也有了自己穩(wěn)定的客戶群。從整體上看整個國內(nèi)智能家居行業(yè)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有從安防類、傳統(tǒng)家電類和網(wǎng)絡(luò)通信類發(fā)展而來的主流廠家，也有專業(yè)從事智能家居的后起之秀。要對整個系統(tǒng)進(jìn)行有效地日常操作、維護(hù)和 必要的設(shè)置和修改，如果沒有人性化的操作界面和專業(yè)知識，多數(shù)用戶會覺得無從下手。在中國通信業(yè)發(fā)展高層論壇上，王建宙表示：物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)無限，中國移動將以開發(fā)的姿態(tài)與各方竭誠合作。由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來完成所需的信號傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。本設(shè)計結(jié)合通信、計算機(jī)相關(guān)軟硬件，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控家用電器工作狀態(tài)。 以上硬件需求分析，是為了能夠提高整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 構(gòu)建 ZigBee 網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)的有效傳輸是本設(shè)計成功的重要保證，現(xiàn)在的智能家居產(chǎn)品多數(shù)采用有線形式組建其控制網(wǎng)絡(luò)與之相對應(yīng)的技術(shù)有： X10, RS485, RS232， CANBus, CEBus, LonWorks 和 TCP/IP 等，這些方式 有著明顯的缺點：布線復(fù)雜，系統(tǒng)安裝、維護(hù)成本較高；系統(tǒng)擴(kuò)展性差，設(shè)備的移動、增加 和減少都需要重新布線，而 ZigBee 恰好能客服這些因素，因此本設(shè)計采用了 ZigBee 構(gòu)建傳輸模塊，本設(shè)計中 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中有一個協(xié)調(diào)器，一個家庭中心節(jié)點，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行串口通信，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到家庭控制中心，家庭控制中心控制電燈照明模塊。最終實現(xiàn)上位機(jī)控制家居（以控制電燈為例）。 數(shù)據(jù)收發(fā)部分和顯示部分 (1)上位機(jī)在系統(tǒng)中的位置：處于網(wǎng)絡(luò)層中，與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)線相連。在此之前 ZigBee 也被稱為“HomeRF Lite”、 “RF EasyLink”或 “fireFly”無線電 技術(shù)，目前統(tǒng)稱為 ZigBee[8]。 (2) 成本低： ZigBee 模塊的 初始成本 在 6 美元左右，估計很快就能降到 —美元 , 并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費的。 (6) 安全： ZigBee 提供了基于 循環(huán)冗余校驗 (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了 AES128 的 加密算法 ,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性 [9]。和 IEEE 規(guī)范一樣， ZigBee 協(xié)議棧的每一層都有兩個服務(wù)接入點，分別用于數(shù)據(jù)和管理 [7]。物理層的結(jié)構(gòu)模型如圖 24 所示。短地址是設(shè)備加入 PAN 網(wǎng)絡(luò)時，協(xié)調(diào)器臨時分配的一個地址，長度為 16 個比特。 MAC 管理服務(wù)則是通過 MAC 層管理實體服務(wù)接入點 (MLMESAP)提供服務(wù)。 ZigBee 應(yīng)用層由三個部分組成，如圖 27 所示：應(yīng)用支持子層（ APS）、 ZigBee 設(shè)備對象（ ZDO）和應(yīng)用框架。每一個應(yīng)用都有一個唯一的端點地址（端點 1 至端點 240）。 ZDO 利用原語履行它的職責(zé)，通過管理接口 APSMESAP 獲得 APS 的管理實體，應(yīng)用框架層通過 ZDO 公共接口和 ZDO 聯(lián)系在一起?？煽毓璧娜齻€電極分別叫陽極 (A)、陰極 (K)和控制極 (G)。 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 在本系統(tǒng)中最小的單位是一個個獨立的終端節(jié)點，它除了具有 無線收發(fā)功能外還必須具有一定的運算能力和存儲能力。所以當(dāng) CC2530 的 UART 相連于上位機(jī)時，它需要一個 RS232 驅(qū)動器來轉(zhuǎn)換電平。協(xié)調(diào)器采用開關(guān)電源供電，終端設(shè)備采用干電池供電。其工作流程如圖 42 所示 初 始 化建 立 網(wǎng) 絡(luò)向 服 務(wù) 器 注 冊傳 送 設(shè) 備 狀 態(tài) 數(shù) 據(jù)接 收 服 務(wù) 器 指 令智 能 家 電 控 制開 始 圖 42 ZigBee協(xié)調(diào)器工作流程圖 協(xié)調(diào)器在初始化、建立網(wǎng)絡(luò)完成之后協(xié)調(diào)器就進(jìn)入了工作狀態(tài)。 else = NULL。 j++。i++) { pMsgmsg[i+1] = buf[i]。終端節(jié)點通常都處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)協(xié)調(diào)器傳來指令時．它就被激活．對傳來的指令進(jìn)行相應(yīng)的處理．處理完后又進(jìn)入到休眠狀態(tài)。 HalUARTWrite(0,set,len)。 HalLedBlink( HAL_LED_4, 4, 50, (flashTime / 4) )?？梢酝ㄟ^右鍵點擊按鈕在屬性欄中設(shè)置它的標(biāo)題方便用戶認(rèn)識到按鈕的作用。應(yīng)用層負(fù)責(zé)人機(jī)交換，響應(yīng)用戶的各種命令。// MessageBox(串口初始化完畢 ,提示 )。 (3)。 (COleVariant(m_Array))。 系統(tǒng)整體測試 通過以上兩個模塊的測試已經(jīng)可以確定上位機(jī)可以與協(xié)調(diào)器通過串口傳輸數(shù)據(jù)，而協(xié)調(diào)器也能將數(shù)據(jù)發(fā)送到家庭控制中心節(jié)點，接下來測試能否實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電燈。 (3) 分析 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)體系，組建家庭 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)。s Design Based on ZigBee Technology[J].IEEE Dependable，Automatic .Secure Computing， 20xx， 10： 758763. 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