【正文】 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) )的基礎上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)、背景音樂系 統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。 ZigBee 聯(lián) 盟及標準制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導體生產(chǎn)商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。 AMC 層的 ED 掃描調(diào)用 PHY 層的 ED 檢測實現(xiàn)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(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)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩V泛應用于音響鍵鼠等各項內(nèi)容，有很好的發(fā)展前景。個子系統(tǒng)在交互平臺管理下運行，平臺能采集各子系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的聯(lián)動。80 年代末，由于通信與信息技術的發(fā)展，出現(xiàn)了對住宅中各種通信、家電、安保設備通過總線技術進行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為 Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。 以及設計微處理器控制模塊，通信模塊、檢測模塊等硬件。由于智能家居采用的技術標準與協(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，不論哪一種情況，都一定有對應的網(wǎng)絡 通信技術來完成所需的信號傳輸任務，因此網(wǎng)絡通信技術是智能家居集成中關鍵的技術之一。在其制定的設計規(guī)范與標準中，智能住宅的電氣設計要求必須滿足以下三個條件，即： 具有家庭總線系 統(tǒng)； 通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務功能； 能和住宅以外的外部世界相連接。具有多種主流的 控制接口，如 RS48 RS23 TCP、 IP 等，同時可以擴充添加國內(nèi)外流行的控制接口，如 EIB、 lonwork、 CEbus、 Canbus，以及無線網(wǎng)絡如：WiFi、 GPRS、藍牙等。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度主要有 54Mbps、 108Mbps，可向下兼容 。在此之前 ZigBee 也被稱為“ HomeRF Lite”、“ RF EasyLink”或“ fireFly”無線電技術，目前統(tǒng)稱為 ZigBee[8]。信息路由則包括路徑發(fā)現(xiàn)、路徑維護、信息 9 單播及信息廣播 [9]。 ZigBee 技術能融入各類電子產(chǎn)品，應用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能 化和個性化的獨特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設成為 21 世紀科技發(fā)展的必然趨勢。 系統(tǒng)的工作流程是：首先智能家居網(wǎng)絡控制器（主節(jié)點）建立 ZigBee 智能網(wǎng)絡，各個網(wǎng)絡控制器（分節(jié)點）隨后加入該網(wǎng)絡，他們共同組成一個星狀的 ZigBee無限家居網(wǎng)絡。 該拓撲的優(yōu)點是減少了消息延 15 時，增強了可靠性，缺點是需要更多的存儲空間開銷 [12]。為了方便，本文設計了一塊給檢測模塊和控制模塊供電的電源管理模塊。 I/O 控制器的職責是 21 個一般 I/O 口的靈活分配和可靠控制?？商娲?，一個平衡 式天線，如對折式偶極天線也是可以實現(xiàn)上述功能的。 ◆ 集成了 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的 ADC。 電源線引腳功能： 20 7 腳（ DVDD）： 為 I/O 提供 ～ 工作電壓。 40 腳（ AVDD_DGUARD） :為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃所對應的一個基數(shù)值。 具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋? 27 圖 33 光照檢測電路原理圖 工作原理： 光敏電阻在有光照的情況下，呈現(xiàn)極小的的電阻，可以看做沒有電阻。滿足條件以后，輸出端口產(chǎn)生持續(xù)的低電平，控制電路即產(chǎn)生 壓降，形成回路，啟動繼電器以及警報燈工作。 36 圖 44 檢測 模塊實物連接圖 通上電，依次按下協(xié)調(diào)器和兩個終端節(jié)點的電源按鈕，分別按下三個模塊的中間鍵，然后按下 SW2 鍵，三個模塊之間開始通信，如圖 45 所示。 本章小結 本段總結了本次任務設計，達到了什么要求，有哪些方面的不足，哪些模塊沒有調(diào)試出來，最后給出了對未來的展望。 未來展望 基于 ZigBee 無線通信技術的智能家居系統(tǒng)是一個功能強大，性能優(yōu)越的系統(tǒng)。同上安裝了檢測使用的發(fā)光管，當有持續(xù)的高電平的輸入時，發(fā)光管發(fā)亮，同時繼電器發(fā)出“吧嗒”的聲音，表示線圈吸合斷開。 圖 3８ 5V電源實物圖 電器控制 模塊 31 原理圖如圖 39 所示。當有物體阻隔紅外線的時候，紅外對管的接收管阻隔斷開，比較器＋ 26 端接入 VCC，即５ V 電壓，故比較器 OUT 端輸出高電平，產(chǎn)生檢測信號。 真差動輸入級。 圖 23 DS18B20 溫度傳感器封裝圖 DS18B20 工作原理： DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由 2s 減為 750ms。 43 腳 (P2_4/XOSC_Q2): kHz XOSC 的 端口。 36 腳（ AVDD_RF2） : 為接收和發(fā)射混頻器提供 V 電壓。 1～ 6（ P1_2～ P1_7）： 具有 4 mA 輸出驅(qū)動能力。 ◆ 硬件支持 CSMA/CA 功能。最終，高頻信號經(jīng)過片內(nèi)功率放大器放大以達到可設計的水平。 CC2430 也集成了用于用戶自定義應用的外設。當有物體入侵時，檢測電路送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號。樹狀網(wǎng)絡的一個顯著優(yōu)點就是它的網(wǎng)絡覆蓋范圍較大，但隨著覆蓋范圍的增加，信息的傳輸時延也會增大。 13 圖 21 智能家居系統(tǒng)的組成 方案實現(xiàn)的過程 本文任務提出的功能控制驅(qū)動模塊實現(xiàn)與各種家居設備的接口。 課題研究的目的和意義 課題目的 智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網(wǎng)絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。 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 ,支持鑒權和認證，采用了 AES128 的加密算法 ,各個應用可以靈活確定其安全屬性。 AMC 層 對從即 DU 中提取的淤 DU 進行進一步的處理，同時，還提供 AMC 層數(shù)據(jù)傳輸機制， ED、 ACTIVE 和 ORPN 三種掃描機制，和關聯(lián) /退出關聯(lián)功能。 ZigBee 技術 ZigBee 技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。無線技術也分不同種類，通常以產(chǎn)生無線信號的方式來區(qū)分，目前主要的方 式有調(diào)頻無線技術、紅外無線技術和藍牙無線技術三種，其成本和特點也不盡相同。它具有如下特點： 每個子系統(tǒng)都 可以脫離交互平臺獨立運行 智能家居交互平臺中，各個子系統(tǒng)在脫離交互平臺時能夠獨立運行，如果樓寓對講、家庭報警、各種電器控制、門禁、家庭娛樂等等。 80 年代中期，將家用電器、通信設備與安保防災設備各自獨立的功能綜合為 一體后，形成了住宅自動化概念（ HA， Home Automation ）。 主要內(nèi)容如下：采用 Zigbee 技術，構建無線傳感器網(wǎng)絡，研究無線傳感器網(wǎng)絡的通信機理。安全防范技術是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報警、與家庭有關的小區(qū)一卡通等領域都有廣泛應用。 物聯(lián)傳感技術是全球第一個利用物聯(lián)網(wǎng)來控制燈飾及電子電器產(chǎn)品（我們現(xiàn)在 5 通稱為 ZigBee產(chǎn)品），并將其作為智能家居主流產(chǎn)品走向了商業(yè)化。根據(jù)客戶及市場的變化不斷增加各種總線、系統(tǒng)的驅(qū)動軟件和硬件接口，豐富多樣的通訊、控制接口，為子系統(tǒng)的多樣選擇提供的基礎保障， 6 智能家居有了最大限度包容性，用戶有了更大的選擇余地。 IEEE 草案： 使用 頻段，傳輸速度可達 300Mbps，目前標準尚為草案，但產(chǎn)品已層出不窮。 簡單的說， ZigBee 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡。 ZigBee 的技術特點 ZigBee 是一種無線連接，可工作在 (全球流行 )、 868MHz(歐洲流行 )和915 MHz(美國流行 )3 個頻段上 ,分別具有最高 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳輸速率，它的傳輸距離在 1075m 的范圍內(nèi) ,但可以繼續(xù)增加。使得聯(lián)盟會員可以利用 ZigBee 這個標準化無線網(wǎng)絡平臺，設計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。隨著全 11 球?qū)δ茉春铜h(huán)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。當需要對某一個家具設備 進行控制或者檢測時，主節(jié)點找到與該家具設備相連的分節(jié)點的 ID 信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點所在房間的路由器，路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對應的分節(jié)點，分節(jié)點收到信息后，切入功能驅(qū)動模塊，功能驅(qū)動模塊對該家居設備進行相應的操作，從而完成智能家居的控制。 設計方案的總體分析 本著模塊化的設計思想，本文提到的設計方案被分為三個模塊，即中央控制模塊、信息檢測模塊，以及家電控制模塊。 原理主要就是利用變壓器線圈降壓后用橋式電路整流與濾波，從而實現(xiàn)從交流220V 到直流 5V，為模塊穩(wěn)壓供電。 CC2430 包括四個定時器：一個 16 位 MAC 定時器，用以為 的CSMACA 算法提供定時以及為 的 MAC 層提供定時。集成在內(nèi)部的頻率合成器可去除對環(huán)路濾波器和外部被動式壓控振蕩器的需要。 ◆ 集成 AES 安全協(xié)處理器。 20 腳（ AVDD_SOC）：為模擬電路連接 ～ 的電壓。 41 腳（ AVDD_DREG） :向電壓調(diào)節(jié)器核心提供 ～ V 電壓。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域 [14]。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。 共模范圍擴展到負電源。電路在白天工作的時候，光照在光敏電阻上，如圖所示比較器的－端的電壓會是５ V，而＋端顯示固定的 ，故比較器輸出低電平。實物圖如圖 310所示。 圖 45 協(xié)調(diào)器建網(wǎng)和終端節(jié)點入網(wǎng)圖 37 當溫度達到 40℃以上時，檢測模塊上的 LED 燈點亮，電路導通，如圖 46 所示。 41 參考文獻 [1] 智能家居的定義及簡介 [EB/OL]． [2] 林新霞 , 郭建輝．傳感器技術發(fā)展與前景展望 [J]．工業(yè)儀表與自動化裝置 , 2020，(02)． 107111． [3] 智 能家居的子系統(tǒng) [EB/OL]． 8． [4] 智能家居未來發(fā)展的趨勢 [EB/OL] ． /xinwen/shichangdong tai/． [5] 胡咸斌 ． ZigBee 技術及應用 [M]． 北京 ： 北京航空