【文章內(nèi)容簡介】 樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (3)網(wǎng)狀拓?fù)湓谠赯igBee網(wǎng)狀拓?fù)渲?，網(wǎng)狀拓?fù)涫亲顝?fù)雜的一種方式，當(dāng)然也是最靈活的一種方式，具有很好的容錯能力，如果某個路由路徑出現(xiàn)問題，信息可自動選擇他路徑進(jìn)行傳輸。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖24所示。圖24 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 工作模式不同的應(yīng)用需求，對網(wǎng)絡(luò)的工作方式的要求也不同。為了滿足不同的應(yīng)用需求，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作模式分為信標(biāo)(Beacon)模式和非信標(biāo)(Nonbeacon)模式兩種。在信標(biāo)模式下，網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備的工作與休眠都是同步的，這樣做的目的是可以在最大程度上節(jié)省能源的消耗。而在而非信標(biāo)模式進(jìn)行周期性休眠，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備的工作與休眠不是同步的，網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長期處于工作狀態(tài)，以確保系統(tǒng)時刻處于響應(yīng)中。 本章小結(jié)本章就ZigBee技術(shù)給與一些基本的介紹，并且對節(jié)點類型和拓?fù)湫问揭约肮ぷ髂Ｊ接辛艘欢ǖ牧私?，在第三章和第四章會介紹如何基于硬件完成設(shè)計。第三章 智能家居照明系統(tǒng)總體設(shè)計方案 智能家居照明系統(tǒng)設(shè)計要求現(xiàn)代家居照明系統(tǒng)的要求與過去相比有了很大的不同。一方面讓用戶在適合的光照下生活學(xué)習(xí)，另一方面還要求系統(tǒng)具有節(jié)能功能以及用戶操作的方便性。因而在設(shè)計智能家居照明系統(tǒng)時應(yīng)圍繞這幾個方面來考慮。針對以上要求智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方面應(yīng)在無線感知網(wǎng)絡(luò)方面、接入節(jié)點功能方面、遠(yuǎn)端用戶和數(shù)據(jù)中心方面進(jìn)行重點考慮。各方面需完成的主要功能如下。無線感知層：作為感知層方面來說系統(tǒng)應(yīng)該能夠監(jiān)測室內(nèi)的溫度、濕度、室內(nèi)光照強度及設(shè)備電池電壓等環(huán)境信息,然后將感知到的結(jié)果通過系統(tǒng)中的接入節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端用戶或數(shù)據(jù)中心5。接入節(jié)點：對于接入點來說，首先收集感知層傳感節(jié)點采集到的室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、室內(nèi)光照強度及設(shè)備電池電壓等環(huán)境信息,然后通過通信網(wǎng)絡(luò)將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程用戶或PC機上的數(shù)據(jù)中心；另外對于遠(yuǎn)端用戶或者數(shù)據(jù)中心發(fā)送的時候關(guān)查詢命令、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓旅詈蚅ED燈具的開/關(guān)燈及調(diào)光控制命令等接入節(jié)點應(yīng)當(dāng)能夠及時的進(jìn)行解析,并根據(jù)解析的結(jié)果將信息轉(zhuǎn)發(fā)給底層的感知節(jié)點5。遠(yuǎn)端用戶和數(shù)據(jù)中心：對于遠(yuǎn)端用戶來說，一般都是采用手機監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境信息,這樣用戶就可以利用手機等終端設(shè)備通過短信的形式向感知節(jié)點發(fā)送查詢或者控制命令,并接收感知節(jié)點反饋的信息等；讓用戶可能很方便的監(jiān)控室內(nèi)的環(huán)境。對于數(shù)據(jù)中心來說，則需要進(jìn)行接收并顯示感知層監(jiān)測到的數(shù)據(jù)、實時顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、發(fā)送控制命令并顯示查詢結(jié)果,還具有歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計信息顯示等功能5。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案智能家居照明系統(tǒng)是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到通信技術(shù)、智能控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等方面，本課題經(jīng)過充分的認(rèn)證后決定采用基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來設(shè)計本系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要組成部分有感知節(jié)點、接入節(jié)點、路由節(jié)點、終端節(jié)點和數(shù)據(jù)中心/遠(yuǎn)端用戶。如圖31所示。圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的所有節(jié)點通過自適應(yīng)方式組成一個網(wǎng)狀的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),在該網(wǎng)絡(luò)中接入節(jié)點承擔(dān)zigbee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器,該節(jié)點上電后會自動建立網(wǎng)絡(luò),隨后路由節(jié)點和終端節(jié)點能自由地加入網(wǎng)絡(luò)。在本系統(tǒng)中,各部分的作用如下。傳感器節(jié)點環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送LED燈具亮度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)路由器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的管理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接入節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的建立節(jié)點的管理數(shù)據(jù)的處理以及對外的接口網(wǎng)絡(luò)的建立節(jié)點的管理；數(shù)據(jù)的處理以及對外的接口接入節(jié)點實現(xiàn)對智能照明節(jié)點的集中控制與管理數(shù)據(jù)中心/遠(yuǎn)端用戶：。 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案本課題中的硬件部分的設(shè)計本質(zhì)上就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的設(shè)計。由于系統(tǒng)需要實現(xiàn)無線方式照度的調(diào)節(jié)，燈具的開與關(guān)，因此本系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要有微處理器模塊、光控模塊、無線射頻收發(fā)模塊、電源模塊、串口單元和調(diào)試接口等的設(shè)計,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖32所示。在該系統(tǒng)中,微處理器單元需要與光控模塊、射頻模塊、串口單元以及調(diào)試接口進(jìn)行通信，是系統(tǒng)的核心部件。電源模塊光控模塊CC2530射頻模塊串口單元調(diào)試接口MSP430F2619微控制器模塊GPIOSPIGPIOJTAG圖32 節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案系統(tǒng)的硬件是系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，而系統(tǒng)中的軟件部分則是系統(tǒng)的靈魂，一個好的系統(tǒng)離不開優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)。為了實現(xiàn)本課題中的智能家居照明系統(tǒng)的設(shè)計，在該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中心/遠(yuǎn)端用戶、接入節(jié)點、路由節(jié)點和終端節(jié)點部分的軟件功能如下應(yīng)做到以下幾個方面5。數(shù)據(jù)中心216。 實時地顯示家居環(huán)境信息（自然光照度）216。 用戶能夠通過數(shù)據(jù)中心對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的管理、控制智能燈光節(jié)點上燈具的開關(guān)等。遠(yuǎn)端用戶216。 可以實時遠(yuǎn)程監(jiān)控家居環(huán)境信息216。 可以通過短信的形式向感知節(jié)點發(fā)送查詢、控制命令,并接收感知節(jié)點反饋的信息。接入節(jié)點216。 組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)216。 發(fā)送與接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與指令216。 實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心/遠(yuǎn)端用戶的通信。終端節(jié)點216。 實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境信息的采集216。 通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)及拓?fù)湫畔⒌浇尤牍?jié)點路由節(jié)點216。 實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的路由與轉(zhuǎn)發(fā),擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍216。 具備終端節(jié)點的所有功能第四章 智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)按照系統(tǒng)的規(guī)劃，智能家居照明系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計與實現(xiàn)也就是微控制器模塊、射頻模塊、光控模塊、傳感器采集模塊、電源模塊、串口單元及調(diào)試接口的設(shè)計與實現(xiàn)。 MSP430F2619 微控制器芯片微控制器（MCU），也被稱為單片機，可以被認(rèn)為在其內(nèi)部集成了許多完成算術(shù)運算和邏輯運算等功能的邏輯電路模塊。微控制器的每一條匯編指令對應(yīng)一個邏輯電路模塊。微控制器依靠所運行的程序來完成工作。這個程序是設(shè)計者對微控制器的一組完整的指令，指令告訴微控制器其操作的每一步應(yīng)該去調(diào)用什么邏輯電路模塊，以及如何調(diào)用這個邏輯電路模塊。這些指令以二進(jìn)制代碼的形式存儲在存儲器中，微控制器從存儲器中一次讀取一條指令代碼，并完成由指令代碼指定的操作。通過編寫設(shè)計文件，或者程序，可以在可編程邏輯器件內(nèi)部產(chǎn)生希望的硬件電路，或者控制微控制器完成不同的工作，正時由于這個特點，使得硬件系統(tǒng)的設(shè)計變得非常方便。當(dāng)由于需求的更改而需要修改系統(tǒng)的部分設(shè)計時，設(shè)計者只需要進(jìn)行少量的工作就可以完成。由于微控制器一次只能執(zhí)行一條指令，因此它的主要局限性是工作速度。采用硬件方案設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)總是比軟件方案設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)的工作速度快6?？删幊踢壿嬈骷谙螺d設(shè)計文件以后，在它的內(nèi)部將形成對應(yīng)的硬件電路，這些電路是可以同時工作的。例如向2個數(shù)碼管傳送顯示代碼，這時可以同時進(jìn)行。在微控制器中，向2個數(shù)碼管傳送顯示代碼的工作只能是逐個傳送?？删幊踢壿嬈骷?nèi)部電路模塊中信號處理的時間只來源于硬件電路產(chǎn)生的時間延遲，不存在指令讀取和執(zhí)行產(chǎn)生的時間延遲。上述工作特點使得可編程邏輯器件的工作速度比微控制器芯片快。在本課題的設(shè)計中采用MSP430F2619微控制器模塊，該芯片是由德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的64管腳PM包裝。MSP430F261