【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(chǔ)上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個(gè)高速成長(zhǎng)的非盈利業(yè)界組織，成員包括國(guó)際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)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(cè)實(shí)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(shè)備之間進(jìn)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(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。廣泛應(yīng)用于音響鍵鼠等各項(xiàng)內(nèi)容，有很好的發(fā)展前景。個(gè)子系統(tǒng)在交互平臺(tái)管理下運(yùn)行，平臺(tái)能采集各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。80 年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為 Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。 以及設(shè)計(jì)微處理器控制模塊，通信模塊、檢測(cè)模塊等硬件。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)，不論哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)來完成所需的信號(hào)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。在其制定的設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)中，智能住宅的電氣設(shè)計(jì)要求必須滿足以下三個(gè)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(wù)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(shí)可以擴(kuò)充添加國(guó)內(nèi)外流行的控制接口，如 EIB、 lonwork、 CEbus、 Canbus，以及無線網(wǎng)絡(luò)如：WiFi、 GPRS、藍(lán)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(shù)，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(hù)、信息 9 單播及信息廣播 [9]。 ZigBee 技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)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(chǎng)。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能 化和個(gè)性化的獨(dú)特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設(shè)成為 21 世紀(jì)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。 系統(tǒng)的工作流程是：首先智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器（主節(jié)點(diǎn)）建立 ZigBee 智能網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器（分節(jié)點(diǎn)）隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，他們共同組成一個(gè)星狀的 ZigBee無限家居網(wǎng)絡(luò)。 該拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是減少了消息延 15 時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺點(diǎn)是需要更多的存儲(chǔ)空間開銷 [12]。為了方便，本文設(shè)計(jì)了一塊給檢測(cè)模塊和控制模塊供電的電源管理模塊。 I/O 控制器的職責(zé)是 21 個(gè)一般 I/O 口的靈活分配和可靠控制。可替代的，一個(gè)平衡 式天線，如對(duì)折式偶極天線也是可以實(shí)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(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋? 27 圖 33 光照檢測(cè)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(dòng)繼電器以及警報(bào)燈工作。 36 圖 44 檢測(cè) 模塊實(shí)物連接圖 通上電，依次按下協(xié)調(diào)器和兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的電源按鈕，分別按下三個(gè)模塊的中間鍵，然后按下 SW2 鍵，三個(gè)模塊之間開始通信，如圖 45 所示。 本章小結(jié) 本段總結(jié)了本次任務(wù)設(shè)計(jì)，達(dá)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(duì)未來的展望。 未來展望 基于 ZigBee 無線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)是一個(gè)功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越的系統(tǒng)。同上安裝了檢測(cè)使用的發(fā)光管，當(dāng)有持續(xù)的高電平的輸入時(shí)，發(fā)光管發(fā)亮，同時(shí)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(shí)物圖 電器控制 模塊 31 原理圖如圖 39 所示。當(dāng)有物體阻隔紅外線的時(shí)候，紅外對(duì)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(cè)信號(hào)。 真差動(dòng)輸入級(jí)。 圖 23 DS18B20 溫度傳感器封裝圖 DS18B20 工作原理： DS18B20 的讀寫時(shí)序和測(cè)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(shí)的延時(shí)時(shí)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(dòng)能力。 ◆ 硬件支持 CSMA/CA 功能。最終，高頻信號(hào)經(jīng)過片內(nèi)功率放大器放大以達(dá)到可設(shè)計(jì)的水平。 CC2430 也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。當(dāng)有物體入侵時(shí)，檢測(cè)電路送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號(hào)。樹狀網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較大，但隨著覆蓋范圍的增加，信息的傳輸時(shí)延也會(huì)增大。 13 圖 21 智能家居系統(tǒng)的組成 方案實(shí)現(xiàn)的過程 本文任務(wù)提出的功能控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與各種家居設(shè)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(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)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(yàn) (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(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 AMC 層 對(duì)從即 DU 中提取的淤 DU 進(jìn)行進(jìn)一步的處理，同時(shí)，還提供 AMC 層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制， ED、 ACTIVE 和 ORPN 三種掃描機(jī)制，和關(guān)聯(lián) /退出關(guān)聯(lián)功能。 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。無線技術(shù)也分不同種類，通常以產(chǎn)生無線信號(hào)的方式來區(qū)分，目前主要的方 式有調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)和藍(lán)牙無線技術(shù)三種，其成本和特點(diǎn)也不盡相同。它具有如下特點(diǎn)： 每個(gè)子系統(tǒng)都 可以脫離交互平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行 智能家居交互平臺(tái)中，各個(gè)子系統(tǒng)在脫離交互平臺(tái)時(shí)能夠獨(dú)立運(yùn)行，如果樓寓對(duì)講、家庭報(bào)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(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為 一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念（ HA， Home Automation ）。 主要內(nèi)容如下：采用 Zigbee 技術(shù)，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信機(jī)理。安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。 物聯(lián)傳感技術(shù)是全球第一個(gè)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(chǎng)的變化不斷增加各種總線、系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(dá) 300Mbps，目前標(biāo)準(zhǔn)尚為草案，但產(chǎn)品已層出不窮。 簡(jiǎn)單的說， ZigBee 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee 的技術(shù)特點(diǎn) 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(guó)流行 )3 個(gè)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(huì)員可以利用 ZigBee 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)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(shì)非常明顯，因此具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。當(dāng)需要對(duì)某一個(gè)家具設(shè)備 進(jìn)行控制或者檢測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)找到與該家具設(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)收到信息后，切入功能驅(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，從而完成智能家居的控制。 設(shè)計(jì)方案的總體分析 本著模塊化的設(shè)計(jì)思想，本文提到的設(shè)計(jì)方案被分為三個(gè)模塊，即中央控制模塊、信息檢測(cè)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(shí)現(xiàn)從交流220V 到直流 5V，為模塊穩(wěn)壓供電。 CC2430 包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè) 16 位 MAC 定時(shí)器，用以為 的CSMACA 算法提供定時(shí)以及為 的 MAC 層提供定時(shí)。集成在內(nèi)部的頻率合成器可去除對(duì)環(huán)路濾波器和外部被動(dòng)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(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域 [14]。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源。電路在白天工作的時(shí)候，光照在光敏電阻上，如圖所示比較器的－端的電壓會(huì)是５ V，而＋端顯示固定的 ，故比較器輸出低電平。實(shí)物圖如圖 310所示。 圖 45 協(xié)調(diào)器建網(wǎng)和終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)圖 37 當(dāng)溫度達(dá)到 40℃以上時(shí)，檢測(cè)模塊上的 LED 燈點(diǎn)亮，電路導(dǎo)通，如圖 46 所示。 41 參考文獻(xiàn) [1] 智能家居的定義及簡(jiǎn)介 [EB/OL]． [2] 林新霞 , 郭建輝．傳感器技術(shù)發(fā)展與前景展望 [J]．工業(yè)儀表與自動(dòng)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(shì) [EB/OL] ． /xinwen/shichangdong tai/． [5] 胡咸斌 ． ZigBee 技術(shù)及應(yīng)用 [M]． 北京 ： 北京航空