【正文】 包括 ZigBee 星型網(wǎng) 絡組網(wǎng)過程中協(xié)議棧的初始化和從節(jié)點的添加，以及以太網(wǎng)網(wǎng)絡控制芯片的驅 動程序編寫和 TCP／ IP協(xié)議分層實現(xiàn)的程序編寫。 為了讓互聯(lián)網(wǎng)能報告有關的情況信息，特別在 TCP／ IP 協(xié)議系列中加入了一個專 門用于發(fā)送差錯報文的協(xié)議 —— 互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議 (Intemet Control Message Protocol， ICMP)。 圖 星型網(wǎng)絡組網(wǎng)示意圖 圖 實物調試圖 6． 2 數(shù)據(jù)處理模塊中的以太網(wǎng)通信實現(xiàn) 6． 2． 1 RTL8019 驅動程序設計 RTL8019 的驅動程序設計，就是對該芯片的工作寄存器進行設置， 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 RTL8019AS 共有四頁寄存器組，每頁寄存器組有 16個寄存器。需要注意的是，這里網(wǎng)絡協(xié)調器與 RFD 節(jié)點 (終端節(jié)點 )在下 載程序時，要通過編譯軟件選擇下載的節(jié)點設備。 網(wǎng)絡層的管理實體收到能量檢測掃描的結果后，將對那些在允許能量范圍 內的信道進行進一步處理。任何時候只能有～個任務處于運行 狀態(tài)，就緒 的任務只有當所有優(yōu)先級高于本任務的任務都轉為等待狀態(tài)時，才 能進入運行狀態(tài)。 3號任務，與 1 號任務 對應，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 (PC 機 )上。同時， 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 還考慮到以后可以對智能家居系統(tǒng)進行升級改造 (在嵌入式實時操作系統(tǒng)環(huán)境 下，開發(fā)新的應用程序 )的需要，移植一個實時操作系統(tǒng)也是非常有用的。而 PFI腳是掉電輸入引腳，當 SP708R 的輸入電壓低于 1． 25V 時，肋將 為低，所以通常將 PFI連接到地。 系統(tǒng)電源電路部分： TMS320F2812 為 +3． 3V 信號電平，核心電平為 +1． 8V，而以太網(wǎng)控制器都是 +5V 的信號電平。 CC2430 采用兩種工作電壓，外部數(shù)字 I／ O 接口使用 +3． 3V 電壓，內部使用 +1． 8V 工作電壓，這樣的電壓轉化主要是因為 CC2430 在片上集成了一個直流穩(wěn)壓器，能夠把 +3． 3V 電壓轉化為 +1． 8V。 64 位地址是全球唯一的擴展地址，而 16位地址是網(wǎng)內通信短地址。 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 (5)安全。 (4)上位機顯示界面設計：利用 VC++6． 0 基于 WindowsSockets 編寫上位機 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 (PC 監(jiān)控機 )界面上，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。該總線系統(tǒng)主要由電源供應器、雙 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 絞線和功能模塊三個基本部分組成。 2020 年 12月 4 日，由千家網(wǎng)、千家品牌實驗室共同主辦的第九屆中國國際建筑智能化峰會上， 揭曉了“ 2020 年中國智能家居十大品牌 ，其中，中國國內的品牌有：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、上海慧居、深圳 松本先天下、廈門振威安全。 LonWorks 協(xié)議中的介質訪問控制層，即 ISO／ OSI 模型中的第 2層， 已經(jīng)被接納為建筑自動化控制網(wǎng)絡 (BAC)的標準，同時也被美國國家標準 協(xié)會 (ANSI)制定的有關標準所采納。 ZigBee。 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 目錄 1. 錯誤 !未找到引用源。 2)CEBus 協(xié)議 CEBus(ConsumerElectroniCS Bus，消費電子總線 )是美國于 1984 年 4月開始組織開發(fā)的一種智能家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)的標準，經(jīng)過多年研究，于 1992 年正式推出，并正式命名為 CEBus。 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 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。每個功能模塊都是串聯(lián)在雙絞線上，互相 的連接不分極性。 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 2. 短距離無線通信技術 ZigBee 2． 1 ZigBee 技術概述 ZigBee 一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳 ZigZag 型舞蹈來告知同 伴，達到交換信息的目的，是一種通過簡捷方式實現(xiàn)“無線”溝通的方式。 ZigB∞提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用通用的 AES． 128。 (4)支持沖突避免的載波多路偵聽技術 (carrier sense multiple access with collision avoidanee， CSMA． CA)。 這種供電方式對與智能家居系統(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 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 圖 CC2430 無線模塊電路圖 3． 3 天線阻抗匹配電路設計 天線是任何一個無線電通信系統(tǒng)都不可缺少的重要組成部分，合理慎重地 選用天線，可以實現(xiàn)較遠的通訊距離和良好的通訊效果。因此需要設計三種不同 參考電壓的電源電路。腳 RESET 是低電平復位輸出引腳，當 Vcc 電 壓低于復位閾值時，這個引腳將輸出低復位電平 200ms。本設計在考慮到整個設計成本問題時，首選免費型實時操作系統(tǒng)，考慮到μ C／ OS 比較適合家庭這種小型的控制系統(tǒng)，同時執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點，對處理器的移植比較簡單，所以最后選擇了μ C／ os— II作為本設計將要移植的實時操作系統(tǒng)。 4號任務，用來控制冰箱、空調、電視、燈的電源開關，通常情況下，這些 開關型控制，只用一個任務就可以完成，只要在執(zhí)行該任務時，同時通過 ZigBec 網(wǎng)絡協(xié)調器同時發(fā)送一個 16 位地址符就可以選擇出所要執(zhí)行開關任務的終端節(jié) 點。這時，控制塊指針 OSTCBCur 指向正在運行的任務的任務控 制塊。協(xié)調器網(wǎng)絡層管理實體將發(fā)送 MLME— SCAN． request 原語執(zhí)行主動掃描，該原語的 ScanType 參數(shù)設置為主動掃描， ChannelList 參數(shù)設置為那些已經(jīng)通過能量檢測允許的信道列表，同時在這些信道內搜索其它終 端節(jié)點模塊。如圖 6_3 所示。各個寄存器的 用法可以參考芯片的數(shù)據(jù)手冊【 23l。 ICMP 都以相同的二個字節(jié)開始：一個 8 位整數(shù) 的報文類型字段用來識別報 文；一個 8位代碼字段提供有關報文類型的進一步信息，另外，還要加上一個 16位的校驗和字段。 7 總結 本文通過分析國內外智能家居研究的發(fā)展狀況，結合國內智能家居未來發(fā) 展的廣闊前 景以及實際需求，提出了一種智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。 6． 3 本章小結 本章主要針對第 3章、第 4章的硬件完成了軟件設計。 IP傳遞的數(shù)據(jù)報可能會由于通信線路阻塞、計時器超時、處理機故障等多種原因而無法送達。實物調試圖如圖 6． 8 所示。要建立一 個網(wǎng)絡，第一個節(jié)點必須被配置成協(xié)調器，這樣才能管理以后添加 到網(wǎng)絡的其 它 RFD 節(jié)點。為實現(xiàn) 能量檢測掃描，協(xié)調器網(wǎng)絡層通過發(fā)送掃描類型參數(shù)設置為能量檢測掃描的 MLME． SCAN． request 原語到 MAC 層進行信道能量檢測掃描，掃描結果通過 MLME． SCAN． confirm 原 語返回給網(wǎng)絡層。 (3)運行狀態(tài) (Rl 烈 NING)：處于就緒狀態(tài)的任務如果經(jīng)調度器判斷獲得了處 理器的使用權，則任務就進入了運行狀態(tài)。 2號任務，與 0 號任務對應，將安防傳感器 (煤氣泄露 )采集的數(shù)據(jù)最終通 西華大學碩士學位論文 過以太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機 (PC 機 )上。所以說移植一個實時操作系統(tǒng)是有必要的。 MR腳就是手動 復位引腳，當該引腳輸入電平被下拉至低于 0． 8V 時， SP708R 將輸出一個復 位 脈沖。 硬件設計主要包括： 中央處理器 DSP 部分： TMS320F2812 通過 SPI 接收來自 ZigBee 主無 線模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分類處理后通過以太網(wǎng)傳輸?shù)?PC 機上。 3． 2 ZigBee 無線收發(fā)模塊的電路設計 CC2430 的外圍電路如圖 。 (3)有 16 位和 64位兩種地址格式?？芍С诌_ 65000 個節(jié)點。 (3)以太網(wǎng)傳輸模塊：利用網(wǎng)絡接口芯片 RTL8019AS 設計以太網(wǎng)通信模塊， 并完成通信測試程序編寫。該總線技術主要用 于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)， 特別是智能家居網(wǎng)絡、住宅小區(qū)網(wǎng)絡方面。蓋茨的深圳之行又推出了“維納斯 計劃，使國內的 IT 廠家對智 能家居有了更加清晰的認識，他們將研究注 意力主要集中在系統(tǒng)構成上，從而 從根本上解決了目前智能家居存在的弊端和問題；目前，智能家居在國內的發(fā) 展已全面展開，不論是技術還是市場方面都出現(xiàn)了可喜的局面?？梢哉f LonWorks 協(xié)議最大的應用領域就是在樓宇自動化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)的幾乎所有領域，即能源管理、消防、救生、供暖通風、測量、安保等。 Wireless work。 緒論 引言 智能家居又稱智能住宅，正 朝著具備無線遠程控制、多媒體控制、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿姆较虬l(fā)展，其關鍵技術為兼容性強的家庭控制器和滿足信息傳輸需要的家庭網(wǎng)絡。 CEBus 采用的傳輸介質可以是多種多樣的：電力線、雙絞線等。上述 中國智能家居十大品牌以及其它一些廠商的解決方案 中，除了引進國外主流的一些通信協(xié)議外，還采取以下幾種系統(tǒng)通信方案： 1)荷蘭 PLC． BUS 技術 上海索博就采用的是 PLC— BUS 技術。： [41該總線技術采用 +24V 直流電源，信號傳輸速率為 10KB／S，以雙絞線作為傳輸媒體。人 們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復雜度、低速率的近距離無線網(wǎng)絡 通信技術，也包含了這種寓意。 (6)高保密性。即當其中一個站點要發(fā)送信息時，首先偵聽 系統(tǒng)信道空閑期間是否長于某一幀的間隔：若是，立 即發(fā)送；否則暫不發(fā)送， 繼續(xù)偵聽。 CC2430 的天線可以采用兩種設計方案：金屬倒 F型 PCB 引線天線和單極天線。 復位電路部分： SP708 給 TMS320F2812 和 SL811HS 提供低電平復位信 號。 SP708R 在這里主要是 為 TMS320F2812 芯片、 USB 控制芯片 SL811HS 提供低電平的復位信號。 μ C／ OS． II是由 JeanJ． Labrosse 于 1992 年編寫的一個嵌入式多任務實時操作系統(tǒng)。 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 5號任務，單獨為窗簾建立一個任務。 (4)等待狀態(tài) (WAITING)：正在運行的任務由于調用延時函數(shù) OSTimeDlyO 或等待事件信號量的來臨而將處理器的使用權讓給其他任務而使任務處于等待 狀態(tài)。為了決定建立網(wǎng)絡的最佳信道，網(wǎng)絡層管理實體還將檢查 PAN 標 識符，并且將所查找到的第一個信道設為新網(wǎng)絡的最小編號。 本設計采用的是基于 ZigBee／ 90215． 4的 CC2430 的 (精簡版 )協(xié)議棧，精 簡版協(xié)議棧全面支持 FFD、 RFD、 ROUTER 和 COORD。 RTL8019 芯片的初始化函數(shù)的代碼如下： Void lnit8019（） { Re900=0x21； ／／命令寄存器，使芯片處于停止模式，這時進行寄存 器設 置 Delay_MS(10)；∥延時 lO 毫秒，確保芯片進入停止模式 page(0)； Re90a=0x00； ／／遠程 DMA 字節(jié)計數(shù)寄存器清 0 Re90b=0x00； 臆程 DMA 字節(jié)計數(shù)寄存器清 0 Re90c=0xee；鵬受收配置寄存器，監(jiān)視模式，不接收數(shù)據(jù)包 Re90d=0xe2；／／發(fā)送配置寄存器， loopback 模式 Re901=0x4c；／／接收頁開始寄存器，設置接收緩沖器開始頁的地址 Re902=0x80；／／接收頁結束寄存器，設置接收緩沖器終止頁的地址 Re903=0x4c；／／邊界寄存器，為防止接收緩沖器溢出而設 Re904=0x40；／／發(fā)送起始頁寄存器，此寄存器表明數(shù)據(jù)包被發(fā)送的起始 頁地址 Re907=0xff；脯除所有中斷標志位，中斷狀態(tài)寄存器 Re90f=0x00；／／中斷屏蔽寄存器清 0，禁止中斷 Re90e=0xC9；／／數(shù)據(jù)配置寄存器，定義采用 16 位 DMA 接口方式 page(1)；∥在第 1 頁中設置 Re907=0x4d；／／現(xiàn)在頁寄存器，這個寄存器指向第一個接收緩沖器 (用 來接收數(shù)據(jù)包 )頁的頁地址 Re908=0x00；／／廣播地址寄存器 Re909=0x00；／／廣播地址寄存器 RegOa=Ox00；∥廣播地址寄存器 基于 ZigBee 技術的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 Re90b=0x00；／／廣播地址寄存器 Re90c=0x00；／／廣播地址寄存器 Re90d=0x00；／／廣播地址寄存器 Re90e=0x00；／／廣播地址寄存器 Re90f=0x00；∥廣播地址寄存器 Re900=0x22