【正文】 拷 貝 F l a s h 數(shù) 據(jù)清 除 B S S 數(shù) 據(jù) 段看 門 狗 初 始 化P L L 初 始 化系 統(tǒng) 寄 存 器 設 置NY4 6 2 0 中 斷 處 理 過 程 M C U 初 始 化 過 程 圖 中斷和初始化程序流程 信息處理程序設計 信息處理過程是在傳感器節(jié)點的硬件檢測電路檢測到其所在環(huán)境發(fā)生變化時 ,由傳感器節(jié)點中 Zigbee模塊對信息簡單處理后 ,主動發(fā)起連接將處理后的信息傳 給 主控制器。 GPRS在一個發(fā)送實體和另一個或多個發(fā)送實體之間提供數(shù)據(jù)傳輸，這些實體可以是連接到一個 GPRS網(wǎng)絡或一個外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的終端設備。同時具有 3986B的 RAM， 64KB的 FALSH。當路由器下層的家居設備想加入該網(wǎng)絡時，將自身信息 （如 由 IEEE分配的 64位全球唯一標識符等 ） 發(fā)送給路由器，再由路由器將此 信息轉發(fā)給網(wǎng)絡協(xié)調器。任意一個 FFD都可以充當 RFD協(xié)調器或者網(wǎng)絡協(xié)調器，為其他設備提供同步信息。由于這兩種設備的獨特 性質，在組建一個 Zigbee網(wǎng)絡的時候就出現(xiàn)了三種設備角色：網(wǎng)絡協(xié)調器 (由一個 FFD組成 )、路由器 (由一個 FFD組成 )和終端設備 (由一個 FFD或 RFD組成 )。 系統(tǒng)工作流程如下：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，他們共同組成一個簇狀的 Zigbee無線家居網(wǎng)絡。其中， APS提供了這樣的接口：在 網(wǎng)絡 層和 應用 層之間，從 ZDO到供應商的應用對象的通用服務集。通常 Zigbee不能同時兼容這 3個工作頻段，我國規(guī)定 Zigbee的使用頻段為，發(fā)射功率范圍為 0至 +10dBm 在 ，規(guī)定了 250kbps，它采用 16相位準正交調制技術。 16位 CRC值驗證幀的完整性。到目前為止，除了Invensys、三菱電子、摩托羅拉和飛利浦等國際知名的大公司外，該聯(lián)盟大約已有 150家成員企業(yè)，并在迅速發(fā)展壯大。雖然紅外技術在網(wǎng)絡發(fā)展中已形成趨勢，但由于其傳輸距離有限．傳輸方向性強等缺點，在應用范圍上受到了一定程度的限制。藍牙技術采用跳頻技術，工作于 ISM波段。雖然這一技術充分利用了現(xiàn) 有的資源，但是線路在靈活性和帶寬方面的限制阻礙了它的進一步推廣。如何建立一個高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當前社會 的 一個熱點問題。 其是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡通信、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。 舒適的家庭居住環(huán)境是人們對生活的不斷追求 。因此，智能家居系統(tǒng)逐漸成為一個新興的研究領域。本文的主要工作有以下幾個方面： 外發(fā)展現(xiàn)狀，明確研究目的。當然也有許多概念交叉的產品，例如機頂盒可以理解為是一個家庭網(wǎng)絡產品，但同時又是一個信息家電產品。同時 考慮到它所安裝的地點是普通的私人家居并且使用者是普通居民，所以它還具有自身獨有的需求和特點，包括安全性、可用性 、 可靠性、靈活性 、 易擴展性、使用的方便性、廉價性、標準化以及體積小、重量輕和安裝方便等。 X10是以 60Hz為載波，再以 120KHz的脈沖為調變波，發(fā)展出數(shù)位控制的技術，并制訂出一套控制規(guī)格。藍牙技術存在著一定的局限，突出表現(xiàn)在芯片大小和價格難以下調、抗干擾能力不強、傳輸距離太短、信息安全問題等，使其應用受 到一定的限制。 Zigbee適用于一些簡單、低成本的無線局域網(wǎng)絡，耗電低，只要使用兩節(jié)五號電池即可維持半年或數(shù)年 間 不用換電池，對于一般工業(yè)環(huán)境或家庭都很適用。 Zigbee技術的具體特點如下： Zigbee技術采用了多種節(jié)電的工作模式，可以確保兩節(jié)五號電池支持長達 6個月到 2年左右的使用時間； Zigbee采用了 CSMACA（ Carrier Sense Multiple Access with 10 Collision Avoidance，帶沖突避免的載波偵聽多路訪問） 的沖突避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突； MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息； Zigbee的自組織功能：無需人工干預，網(wǎng)絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網(wǎng)絡； 增加或者刪除一個節(jié)點 、 節(jié)點位置發(fā)生變動 、 節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡都能夠自我修復，并對網(wǎng)絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng) 仍然能正常工作。非常重要的是接收到應答僅僅表示幀被 MAC層正確接收，而不表示幀被正確處理。 MAC層的多重存取協(xié)議有三種不同的模式，即為時槽式 (Slotted CSMACA)模式、非時槽式 （ Unslotted CSMACA） 模式以及 GTS模式，其中 GTS主要用于緊急情境或周期性訊號的傳遞。 本章小結 本章主要對 Zigbee技術的協(xié)議進行研究。 目前，對于絕大多數(shù)的智能家電而言，其本身的計算能力和存儲能力都非常的有限，依照傳統(tǒng)的設計觀念，只有通過提高家電本身的硬件和軟件資 源來實現(xiàn)智能家電的各種功能，這樣必然會出現(xiàn)成本提高的問題，因而影響到智能家電的發(fā)展和普及。但是，在這一個網(wǎng)絡中至少要求有一個 FFD作為 PAN（ personal area work，個人區(qū)域網(wǎng) ） 協(xié)調器。設備可否成為簇成員，由網(wǎng)絡協(xié)調器決定。采用該網(wǎng)絡設計方案，實現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)具有復用性，安裝容易，調試簡單，通用性好等特點。利用此芯片開發(fā)的無線通信設備支持數(shù)據(jù)傳輸率高達250kbps可以實現(xiàn)多點 對多點的快速組網(wǎng)。首先給出了硬件總體設計，再分別具體介紹了硬件處理器部分、 Zigbee無線收發(fā)模塊部分和 GPRS模塊電路實現(xiàn)。無線 傳感器技術被認為是影響人類未來生活的重要技術之一，這一新興技術結合了現(xiàn)有的多種先進技術，為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。 是 否 是報 警 信 號 ？開 機監(jiān) 聽 來 自 Z i g b e e 主控 制 器 的 信 號系 統(tǒng) 初 始 化監(jiān) 聽 G S M 模 塊短 消 息 是否 合 法 ？發(fā) 送 報 警 信 息 至 用 戶提 取 短 消 息 和 來 電 號 碼相 應 處 理 程 序分 析 控 制 指 令向 相 應 節(jié) 點 發(fā) 送 指 令發(fā) 送 信 息 至 來 電 用 戶NYYN 圖 智能家居主機系統(tǒng)軟件流程圖 27 中斷和初始化程序設計 圖 所示為 MCU 中斷處理過程與初始化過程的流程圖 。而 GSM僅為 ； ：分組交換接入時間縮短為少于 1s，一旦手機注冊上 GPRS網(wǎng)絡，手機就一直連接在網(wǎng)絡上； ，可以按流量計費 或 包月制等多種方式計費； WAP業(yè)務； GSM網(wǎng)絡覆蓋面廣，使得 GPRS能提供 Inter和其它分組網(wǎng)絡的全 球性無線接入。它的工作電壓只有 ，可直接與高頻芯片通信。 G P R S 網(wǎng) 絡Z i g b e e 網(wǎng) 絡終 端 設 備 R F D / F F D終 端 設 備 R F D / F F D終 端 設 備 R F D / F F D終 端 設 備 R F D / F F D終 端 設 備 R F D / F F D終 端 設 備 R F D / F F D路 由 器 1（ F F D ）路 由 器 2（ F F D ）路 由 器 3（ F F D ）無 線 遙 控 器（ F F D ）手 機 圖 Zigbee 網(wǎng)絡智能家居系統(tǒng)結構 基于這種家居網(wǎng)絡結構，在系統(tǒng)中設計網(wǎng)絡組網(wǎng)流程如下：首先由充當協(xié)調器的網(wǎng)絡控制器主節(jié)點發(fā)起請求并建立網(wǎng)絡，同時創(chuàng)建一個網(wǎng)絡鄰接表，隨后為每個路由器分配一個 16位 PAN ID（ 此地址僅在該網(wǎng)絡中有效 ） ，并將信息添加到該網(wǎng)絡鄰接表中，網(wǎng)絡節(jié)點的添加就完成了。 簇 狀 網(wǎng)絡是對等網(wǎng)絡的一種應用，在此 種 網(wǎng)絡中，絕大多數(shù)的設備是 FFD設備，而 RFD設備總是作為簇樹的葉設備連接到網(wǎng)絡中。 FFD可以與任何 Zigbee設備進行通信，但RFD僅能與 FFD通信，兩個 RFD之間如要進行通信需通過 FFD的中轉傳輸。因此該方案具有設計靈活，通用性好，可擴展性好等優(yōu)點。 Zigbee應用層由三個部分組成， APS子層、 ZDO（ 包含 ZDO管理平臺 ） 和制造商定義的應用對象。上述頻段無線信道個數(shù)分別為 16個。每個數(shù)據(jù)包都由頭字節(jié)和 16位 CRC（ Cyclic Redundancy Code， 循環(huán)冗余碼 ） 值組成。 2002年下半年，英國 Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟 “ Zigbee聯(lián)盟 ” ，以研發(fā)名為 “ Zigbee” 的下一代無線通信標準，這一事件成為該項技術發(fā)展過程中的里程碑。主要是用來取代點對點的線纜連接；保密性強；傳輸速率較高，目前 4M速率的 FIR技術已被廣泛使用， 16M速率的 VFIR技術已經(jīng)發(fā)布。藍牙協(xié)議 的標準版本為 ，由藍牙小組 （ SIG） 負責開發(fā)，規(guī)定了 PHY層、 MAC層、網(wǎng)絡和應用層等集成協(xié)議 棧 。 “ 家庭電話網(wǎng)絡聯(lián)盟 ”（ Home Phone Network Alliance） 正在開發(fā)一系列標準和規(guī)范，解決利用電話線實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡設備的互聯(lián)和互操作性問題。 近幾年，在各大公司和媒體的強大概念宣傳攻勢下，我國智能家居行業(yè)逐漸形成，可用的、接近現(xiàn)實需求的產品不斷增加，集成商、開發(fā)商以及裝修公司已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗。 3 2 智能家居概述 智能家居的定義 智能家居 （ Smart Home） 又稱為電子家庭 (Electronic Home)、 eHome、數(shù)字家 園 (Digital Family)、 家庭網(wǎng)絡 (Home/Networks for Home)、網(wǎng)絡家居 (Network Home)、智能化家庭 (Intelligent Home)等， 在我國香港和臺灣等地區(qū)，還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。你或許憧憬過這樣的生活：通過手持遙控器，可以隨時在家中的任何一個地方對各種家電設備進行智能控制，調節(jié)冰箱溫度、打開關閉窗簾、設置空調溫度、控制洗衣機洗滌衣物等等；安防系統(tǒng)會隨時進行煙霧探測、入侵檢測，為主人提供生命安全保障；借助于網(wǎng)絡系統(tǒng)，你可 以在外出時通過手機或互聯(lián)網(wǎng)對家中的設備進行遠程控制，炎熱的夏天 ,你完全可以在回家之前，提前打開空調 ?? 智 能家居 (Smart Home)的出現(xiàn)，讓這樣的生活場景逐步成為現(xiàn)實。 本文 首先 分析了國內外智能家居系統(tǒng)技術的現(xiàn)狀， 然后 針對智能家居系統(tǒng)存在的布線難、造價高、結構復雜等問題， 指出基于 議 的 Zigbee技術是目前最適合 智能 家居系統(tǒng)的 無線標準，并對該標準進行了研究。 Zigbee技術在智能家居應用中的優(yōu)勢，進而重點 研究了 Zigbee技術的特點、基本原理，分析了 Zigbee協(xié)議構架， 研究了2 各協(xié)議層的具體功能和作用。 智能家居的國內外發(fā)展現(xiàn)狀 在國外智能家居已經(jīng)獲得長足發(fā)展，自世界上第一幢智能建筑于 1984年在美國康捏迪格州出現(xiàn)后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家和地區(qū)先后提出了各種智能家居方案。目前，智能家居網(wǎng)絡技術主要包含兩類：有線 家庭 網(wǎng)絡技術和無線 家庭 網(wǎng)絡技術。其數(shù)據(jù)傳輸有很高的可靠性，但是，由于電力線本身的噪聲和信號輸送能力有限，這種技術不適合數(shù)據(jù)的高速傳輸，而且也沒有任何標準來保證設備之間的互操作。 7 WiFi是一種無線通信協(xié)議，正式名稱是 ，與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術。 圖 熱門的幾種短距離無線通信技術之間的比較。 設備的復雜程度低，且 Zigbee協(xié)議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本， Zigbee的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的 ，就是沒有使用費的無線通信； 一個 Zigbee網(wǎng)絡可以容納最多 254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在 200多個 Zigbee網(wǎng)絡； Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能 。接收節(jié)點的 MAC層可能 正確地接收并應答了一 個幀，但是由于缺乏處理資源，該幀可能被上層丟棄。通用 MAC層結構，即 MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)包括MAC層幀頭、 MAC載荷以及 MAC層幀尾。首先對 Zigbee技術進行了簡要介紹，接著分別對 Zigbee的各層協(xié)議，如物理層協(xié)議， MAC層協(xié)議，網(wǎng)絡層和應用層的主要功能、職責和工作過程進行了介紹，為后 續(xù) 工作的開展提供技術基礎。本文利用家庭內部網(wǎng)絡對各種智能家電進行互連，因此可以利用共享網(wǎng)絡資源來大幅度降低成本。 星型 網(wǎng)絡 拓撲結構 星型網(wǎng)絡拓撲結構由 PAN主協(xié)調器和多個從設備組成，主協(xié)調器必須為一個 FFD，從設備既可為 FFD也可為 RFD，整個網(wǎng)絡以主協(xié)調器為中心，所有設備只能 與網(wǎng)絡主協(xié)調器 PAN進行通信 。如果請求被 允許，則該設備將作為簇的字設備加入到網(wǎng)絡協(xié)調器的鄰居節(jié)點列表中 。 21 5 基于 Zigbee 智能家居網(wǎng)絡的硬件設計 硬件總體設計 智能家居網(wǎng)絡控制器硬件主要由單片機