【正文】 到μ C／ OS 比較適合家庭這種小型的控制系統(tǒng)，同時(shí)執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)處理器的移植比較簡(jiǎn)單，所以最后選擇了μ C／ os— II作為本設(shè)計(jì)將要移植的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。同時(shí)，通過在 RSTDRV 引腳輸出大于 800ns 的高電平可實(shí) 現(xiàn) RTL8019AS 的硬件復(fù)位。腳 RESET 是低電平復(fù)位輸出引腳，當(dāng) Vcc 電 壓低于復(fù)位閾值時(shí)，這個(gè)引腳將輸出低復(fù)位電平 200ms。 TMS320F2812 采用 +3． 3V的外 設(shè)供電和 +1． 8V 的內(nèi)核供電，芯片采用這種分離式供電方式，可以大大降低 DSP 芯片功耗。因此需要設(shè)計(jì)三種不同 參考電壓的電源電路。一 般 EN 腳 (1 腳 )為高電平時(shí)，將啟動(dòng)整個(gè)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器。 這種供電方式對(duì)與智能家居系統(tǒng)來說很合適，只要采用 +3． 3V 的紐扣電池就可 以給 ZigBee 無線收發(fā)模塊供基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 CC2430 無線模塊電路圖 3． 3 天線阻抗匹配電路設(shè)計(jì) 天線是任何一個(gè)無線電通信系統(tǒng)都不可缺少的重要組成部分，合理慎重地 選用天線，可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的通訊距離和良好的通訊效果。 2)ZigBee 的自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā) 生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無 需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。 (4)支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù) (carrier sense multiple access with collision avoidanee， CSMA． CA)。例如， ZigBee 聯(lián)盟 “燈綱要 會(huì)確定相關(guān)的所有協(xié)議，從而能夠使 A 公司買的 ZigBee 燈開關(guān)與 B 公司的正常工作。 ZigB∞提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的 AES． 128。兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá) 6個(gè)月到 2年左右的使用時(shí)間。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2. 短距離無線通信技術(shù) ZigBee 2． 1 ZigBee 技術(shù)概述 ZigBee 一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過跳 ZigZag 型舞蹈來告知同 伴，達(dá)到交換信息的目的，是一種通過簡(jiǎn)捷方式實(shí)現(xiàn)“無線”溝通的方式。 1． 3 本文 設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案。每個(gè)功能模塊都是串聯(lián)在雙絞線上，互相 的連接不分極性。它采用雙向數(shù)字通信，無沖撞通信協(xié)議 設(shè)計(jì)，系統(tǒng)容量大。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 就智能家居解決方案而言，主要的困難就是系統(tǒng)通信，而最核心的問題還是通信協(xié)議的選擇。它是以 50Hz 或 (60Hz)為載波，再以 120KHz 的脈沖為調(diào)變波，發(fā)展出來的數(shù)位控制技術(shù)，并采用電力線為連接介質(zhì)對(duì)電子 設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的通信協(xié)議。 2)CEBus 協(xié)議 CEBus(ConsumerElectroniCS Bus，消費(fèi)電子總線 )是美國于 1984 年 4月開始組織開發(fā)的一種智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多年研究，于 1992 年正式推出，并正式命名為 CEBus。一些知名企業(yè)如 IBM、 CISCO、 Siemens、 Samsung、 Microsoit、 Sony、 Panasonic 很早就投身到這一領(lǐng)域，最初他們的產(chǎn)品種類繁多，各自采用的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 1. 錯(cuò)誤 !未找到引用源?；?ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [摘要 ] ZigBee 是一種新興的短距離無線通信技術(shù) ,為實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提出了智能家居遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 ZigBee。 智能家居系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1． 2． 1智能家居系統(tǒng)的國外研究現(xiàn)狀 自從世界上第一幢智能建筑在美國出現(xiàn)后，國外的智能家居已經(jīng)獲得了長(zhǎng) 足的發(fā)展。 LonWorks 協(xié)議中的介質(zhì)訪問控制層，即 ISO／ OSI 模型中的第 2層， 已經(jīng)被接納為建筑自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò) (BAC)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也被美國國家標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)會(huì) (ANSI)制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所采納。目前己廣泛應(yīng)用于家庭安全監(jiān)控、家用電器控制 和住宅儀表數(shù)字讀取等方面。 2020 年 12月 4 日，由千家網(wǎng)、千家品牌實(shí)驗(yàn)室共同主辦的第九屆中國國際建筑智能化峰會(huì)上， 揭曉了“ 2020 年中國智能家居十大品牌 ，其中，中國國內(nèi)的品牌有：上海索博、 廣州安居寶、青島海爾、天津瑞朗、深圳波創(chuàng)、深圳普力特、上?；劬?、深圳 松本先天下、廈門振威安全。 H． Bus 分布式總線是一 種適合于中國家庭自動(dòng)化及小型工業(yè)控制環(huán)境的簡(jiǎn)單、可靠、易用而又低成本 的 新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)家庭電氣設(shè)備及小型工業(yè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)互連與 控制；方便構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的底層網(wǎng)絡(luò)。該總線系統(tǒng)主要由電源供應(yīng)器、雙 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 絞線和功能模塊三個(gè)基本部分組成。本設(shè)計(jì)采用了無線傳感網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成智能 居家系統(tǒng)，下一節(jié)中將要詳細(xì)討論其系統(tǒng)的構(gòu)成和協(xié)議的選擇。 (4)上位機(jī)顯示界面設(shè)計(jì)：利用 VC++6． 0 基于 WindowsSockets 編寫上位機(jī) 界面程序，使經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳到上位機(jī) (PC 監(jiān)控機(jī) )界面上，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。其主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方 面： (1)省電。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) (5)安全。但僅僅定義了物理層 (PHⅥ與介質(zhì)接入控制層 (MAC)并不足以保證不同設(shè)備之間可以 對(duì)話，于是便有了 ZigBee 聯(lián)盟， ZigBee 聯(lián)盟從 IEEE802． i5． 4標(biāo)準(zhǔn)開始著手， 目前正在定義允許不同廠商制造設(shè)備相互對(duì)話的應(yīng)用綱要。 64 位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址，而 16位地址是網(wǎng)內(nèi)通信短地址。 1)ZigBee 的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在， 并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。 CC2430 采用兩種工作電壓，外部數(shù)字 I／ O 接口使用 +3． 3V 電壓，內(nèi)部使用 +1． 8V 工作電壓，這樣的電壓轉(zhuǎn)化主要是因?yàn)?CC2430 在片上集成了一個(gè)直流穩(wěn)壓器，能夠把 +3． 3V 電壓轉(zhuǎn)化為 +1． 8V。 TPS79533 是一種超低噪聲、高電源抑制比的線性穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)器，它特別 適用于藍(lán)牙、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、膝上型／掌上型電腦、 PDA、手機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域。 系統(tǒng)電源電路部分： TMS320F2812 為 +3． 3V 信號(hào)電平，核心電平為 +1． 8V，而以太網(wǎng)控制器都是 +5V 的信號(hào)電平。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 4． 1 數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu) 4． 2 數(shù)據(jù)處理模塊的外圍電路設(shè)計(jì) 4． 2． 1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 本模塊用到了 +5V、 +3． 3V和 +1． 8V的器件。而 PFI腳是掉電輸入引腳，當(dāng) SP708R 的輸入電壓低于 1． 25V 時(shí)，肋將 為低，所以通常將 PFI連接到地。為了做到這點(diǎn)，如果 33 引 腳 RSTDRV 置高，則網(wǎng)絡(luò)適配器被認(rèn)為放入 16位插槽，而 IOCSl6B 腳將會(huì)連 ～ 300W 的上拉電阻；反之，則被認(rèn)為放入 8 位插槽，而 IOCSl6B 腳將會(huì)連一 27KW 的下拉電阻。同時(shí)， 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 還考慮到以后可以對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造 (在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境 下，開發(fā)新的應(yīng)用程序 )的需要，移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是非常有用的。 (2)μ C／ OS． II 非常適合小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高，占用空間小、確定性、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。 3號(hào)任務(wù)，與 1 號(hào)任務(wù) 對(duì)應(yīng)，將安防傳感器 (溫度 )采集的數(shù)據(jù)最終通過以 太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī) (PC 機(jī) )上。 從任務(wù)的代碼上來看，任務(wù)是如下形式的一個(gè) C 函數(shù)： void task(void) { 參數(shù)定義； for(； ； ) { 執(zhí)行任務(wù)代碼； 調(diào)用 OSTimeDly()延時(shí)函數(shù)，清除該任務(wù)就緒位，設(shè)置延時(shí)時(shí)鐘 周 期數(shù)，調(diào)用任務(wù)切換宏 OSTASKswo 進(jìn)行任務(wù)調(diào)度； ) 它們具有各自獨(dú)立的堆?？臻g和不同的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)， 0號(hào)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高， 7號(hào)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最低。任何時(shí)候只能有～個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行 狀態(tài)，就緒 的任務(wù)只有當(dāng)所有優(yōu)先級(jí)高于本任務(wù)的任務(wù)都轉(zhuǎn)為等待狀態(tài)時(shí)，才 能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。 μ C／ OS． II移植到 TMS320F2812 采用的是 CCS2． 0編譯軟件， CCS2． 0 支持交叉編譯 (允許在 C源代碼中插入?yún)R編語言 )，所以適合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) μ C／ OS． II的移植。 網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體收到能量檢測(cè)掃描的結(jié)果后，將對(duì)那些在允許能量范圍 內(nèi)的信道進(jìn)行進(jìn)一步處理。 協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體一旦選擇了一個(gè) PANID，將選擇一個(gè)等于 0x0000 的 16 位網(wǎng)絡(luò)地址，同時(shí)設(shè)置 MAC層的 PIB屬性為 macShortAddress(0x53)。需要注意的是，這里網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與 RFD 節(jié)點(diǎn) (終端節(jié)點(diǎn) )在下 載程序時(shí)，要通過編譯軟件選擇下載的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。 圖 6． 5 終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)流程圖 首先，終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將請(qǐng)求 MAC 層對(duì) PHY 層所規(guī)定的所有 有效通信信道進(jìn)行孤點(diǎn)掃描。 圖 星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)示意圖 圖 實(shí)物調(diào)試圖 6． 2 數(shù)據(jù)處理模塊中的以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn) 6． 2． 1 RTL8019 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) RTL8019 的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，就是對(duì)該芯片的工作寄存器進(jìn)行設(shè)置， 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) RTL8019AS 共有四頁寄存器組，每頁寄存器組有 16個(gè)寄存器。 IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式分為報(bào)頭區(qū)和 數(shù)據(jù)區(qū)兩部分，數(shù)據(jù)區(qū)包括高層協(xié)議需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，報(bào)頭區(qū)是為了正確傳輸 數(shù)據(jù)而加的各種控制信息。 為了讓互聯(lián)網(wǎng)能報(bào)告有關(guān)的情況信息，特別在 TCP／ IP 協(xié)議系列中加入了一個(gè)專 門用于發(fā)送差錯(cuò)報(bào)文的協(xié)議 —— 互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議 (Intemet Control Message Protocol， ICMP)。 TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的部分代碼如下： *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+0)=SwapWord(MY_TCP_POPT)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+I)=SwapWord(TCPRemoteP ort)； 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) WriteDWord((TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+2)， TCPSegNr)； WriteDWord((TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+4)， TCPAckNr)；／／ 確認(rèn) ． *(TxEthFrameBuffer+TCPHEADER_START+6)=SwapWord(0x70001TCP_ CODE_svN)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+7)=SwapWord(1024)；／／端口 *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+8)=0； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+9)=0； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+10)=SwapWord(0x0204)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+11)=SwapWord(MY_MAX_ SEG_SIZE)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+12)=SwapWord(0x0101)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+13)=SwapWord(0x0101)； CalcCkSum=CalcCheckSum((TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START)， 14， 1， O)； if(!CalcCkSum) CalcCkSum=0xFFFF； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADEILSTART+8)2CalcCkSum； TxFrameSize2ETH— HEADER— SIZE+IP_HEADER_SIZE+14； SendFrame(TxEthFrameBuffe39。包括 ZigBee 星型網(wǎng) 絡(luò)組網(wǎng)過程中協(xié)議棧的初始化和從節(jié)點(diǎn)的添加，以及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制芯片的驅(qū) 動(dòng)程序編寫和 TCP／ IP協(xié)議分層實(shí)現(xiàn)的程序編寫。另一方面，基于 DSPTMS320F2812 設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)處理模塊，負(fù)責(zé)對(duì) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并完成數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)控制器傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)上，期間還為數(shù)據(jù)