【導讀】控，提出了智能家居遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)和。重點闡述了系統(tǒng)的硬件、軟件設計以及系統(tǒng)的性能測試，實現(xiàn)了。多個監(jiān)控裝置的無線聯(lián)網(wǎng)。實驗結(jié)果表明，所設計的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全、便捷的。速個域網(wǎng)具有低功耗、可擴展性以及較高的實用性等特點。IrDA屬于短距離、點對點的半雙工通信方式，使用不。本研究通過采用傳輸范圍適中、安全可靠、網(wǎng)絡容量較大的ZigBee技術(shù)，標準也不盡相同。發(fā)展至今，已經(jīng)形成了比較統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，這些協(xié)議。標準在國際智能家居和家庭網(wǎng)絡中占據(jù)主導地位。國外目前比較流行的智能家。LonWorks協(xié)議是由美國Echelon公司與Motorola和東芝公司共同倡導的，于1990年正式公布而形成的。可以說LonWorks協(xié)議最大的應用領域就是在樓宇自動化方面，它包。LonWorks協(xié)議中的介質(zhì)訪問控制層，即ISO／OSI模型中的第1、2層，協(xié)會制定的有關(guān)標準所采納。并正式命名為CEBus。它在電力線載波模式工作時最具有優(yōu)勢。CEBUS省略了ISO／OSI七層協(xié)議中。，僅保留物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層和應用層。

　　

【正文】 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；／／命令寄存器，這時讓芯片開始工作 Re901=MAC_sel￡ addr2 1；／／物理地址寄存器，包含了以太網(wǎng)節(jié)點地址． Re902=MA∞ elf． addr2_l8； Re903=MAc_self． addr4_3； Re904=MA∞ elf． addr4_38； Re905=MACjelf． addr6_5； Re906=MAC_self． addr6_58； page(0)；／／再次切換到第 0頁設置 Re90c=0xde；／／將芯片設置成正常模式，跟外部網(wǎng)絡連接 Re90d=0xe0；／／發(fā)送配置寄存器 Re900=0x22；／／命令寄存器啟動芯片開始工作 Re907=0xff；／／ i 青除所有中斷標志位 6． 2． 2 ARP 協(xié)議的實現(xiàn) ARP地址解析協(xié)議是將口 地址與網(wǎng)絡物理地址一一對應的協(xié)議。 在 DSP 芯片中實現(xiàn) ARP協(xié)議，就是通過開一個固定大小的內(nèi)存棧作為 CACHE，這個內(nèi)存棧維護一個 P地址到物理地址的映射表，這個棧能響應對 方 ARP 請求，即在遠方主機探求自己的硬件地址時，能夠發(fā)送一個 ARP響應 分組，告訴對方自己的硬件地址，同時在內(nèi)存棧中根據(jù)對方的 IP地址查詢物理 地址時，如果沒有相應的映射，就記錄下對方的口地址和硬件地址，為以后發(fā) 送口分組做準備。這個內(nèi)存棧由一個時鐘來控制，如果網(wǎng)絡長時間沒有活動， 就把這一條記錄刪掉，以便節(jié)省內(nèi)存。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 這個內(nèi)存棧在不知道 對方網(wǎng)絡硬件地址時，一樣可以發(fā)一個 ARP 請求，并 且能對 ARP 響應進行解析，記錄下對方的 IP 地址和硬件地址。這樣雙方就可 以進行網(wǎng)絡通信了。 ARP 協(xié)議實現(xiàn)的部分代碼如下： Void ArpRequest(structipaddr*ip) ／／ ARP 請求 { LoadEHrd(RequestArp， ARP)； LoadArp(ip， RequestArp)； SendFrame(TxNetBuf,30)； } Void ArpAnswer(structipaddr*ip)//ARP 應答 { LoadEHrd(AnswerArp， ARP)； LoadArp(ip， AnswerArp)； SendFrame(TxNetBuf,30)； } 6． 2． 3 IP 協(xié)議的實現(xiàn) IP 協(xié)議是 TCP／ IP協(xié)議棧中最核心的協(xié)議。 IP數(shù)據(jù)報的格式分為報頭區(qū)和 數(shù)據(jù)區(qū)兩部分，數(shù)據(jù)區(qū)包括高層協(xié)議需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，報頭區(qū)是為了正確傳輸 數(shù)據(jù)而加的各種控制信息。 當監(jiān)控機 (PC 機 )收到一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時，數(shù)據(jù)就開始從協(xié)議棧中由底 向上升，同時去掉各層協(xié)議加上的報文首部。每層協(xié)議盒都要去檢查報文首部 中的協(xié)議標識，以確定 接收數(shù)據(jù)的上層協(xié)議， IP 協(xié)議盒里要處理的有 ARP、 ICMP，還有上層的 UDP和 TCP。 IP 協(xié)議實現(xiàn)的部分代碼如下： *(TxEthFrameBuffer+IP_HEADEIUTART+0)=SwapWord(Ip_Edition)；／／ I P版本， SwapWord0 交換高低字節(jié)，改為網(wǎng)絡字節(jié)順序 *(TxEthFrameBuffer+IP_HEADER_START+1)=SwapWord(RecdlpFrameLe 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 nth*2)；／／收到的 IP 幀長度 *(TxEthFrameBuffer+IP_HEADER_jTART+2)=SwapWord(0)； 。 *(TxEtlmetFrameBuffer+IP_HEADER_START+3)2SwapWord(0)； *(TxEthFrameBuffer+IP_HEADER_START+4)=SwapWord((DEFUALT_TT L8)IPROTOCOL 二 _ICMP)； *(TxEthFrameBuffer+IP_HEADER_START+5)=0； memcpy((TxEthFrameBuffer+IP_HEADER_START+6)， amp。MylP,2)；／／把數(shù)據(jù) 處理模塊的 m地址給源口地址 memepy((TxEthFrameBuffer+IP_HEADEIUTART+8)， amp。ReedFrameIP,2)；／／ 把收到幀的口地址給目的 P地址 CalcCkSum=CalcCheckSum((TxEthFrameBuffer+IP_HEADER_START)， IP _HEADER_SIZE， O， O)； if(!CalcCkSum) CalcCkSum=OxFFFF； *(TxEthFrameBuffer+IP ．． HEADER START+5)=CalcCkSum； 6． 2． 4 ICMP 協(xié)議的實現(xiàn) IClVIP 是 TCP／ IP協(xié)議集中的一個子協(xié)議，屬于網(wǎng)絡層協(xié)議。 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。 為了讓互聯(lián)網(wǎng)能報告有關(guān)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)。 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(guān)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。 ICMP 協(xié)議實現(xiàn)的部分代碼如下： 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 *(TxEthFrameBuffer+ICMP_HEADERSTART+0)=SwapWord(ICMP_ECH O_REPLY8)；／／回顯回答 *(TxEthFrameBuffer+ICMP_HEADER,_START+1)=0； memcpy((TxEthFrarneBuffer+ICMP_HEADER_START+2)， (RxEthFram eBuffer+RTL8019_HEADER_SIZE+ICMP_HEADEILSTART+2)， ICMPDataC ount)； CalcCkSum=CalcCheckSum((TxEthFrameBuffer+ICMP_HEADER_START ),(ICMPDataCount+ICMP_HEADER_SIZE)， 0， 0)； if(!CalcCkSum) CalcCkSum=0xFFFF； *(TxEthFrameBuffer+ICMP_HEADEILSTART+1)=CalcCkSum； TxFrameSize=ETH— HEADER— SIZE+IP— HEADER。 SIZE+ICMP— HEADER— SIZE+ICMPDataCount； ． 在 ICMP 測試中，將監(jiān)控機的 D地址設置為： 192． 168． 1． 40(掩碼地址默認 )，在運行上述程序后，在 MS． DOS下查看數(shù)據(jù)處理模塊與監(jiān)控機連通情況，就可以得到如圖 6． 15所示的測試結(jié)果。同時通過網(wǎng)絡抓包軟件 CaptureNetV3． 12可以看到 ICMP 請求和應答幀。 6． 2． 5 TCP 協(xié)議的實現(xiàn) TCP 是面向連接的，提供可 靠的字節(jié)流服務。面向連接意味著兩個使用 TCP 的應用在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個 TCP 連接。當 TCP發(fā)出一個報文段 后，就啟動一個定時器，等待目的端確認收到這個報文段，如果不能及時收到 一個確認，將重發(fā)這個報文段。 TCP 協(xié)議實現(xiàn)的部分代碼如下： *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+0)=SwapWord(MY_TCP_POPT)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+I)=SwapWord(TCPRemoteP ort)； 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 WriteDWord((TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+2)， TCPSegNr)； WriteDWord((TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+4)， TCPAckNr)；／／ 確認 ． *(TxEthFrameBuffer+TCPHEADER_START+6)=SwapWord(0x70001TCP_ CODE_svN)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+7)=SwapWord(1024)；／／端口 *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+8)=0； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+9)=0； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+10)=SwapWord(0x0204)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+11)=SwapWord(MY_MAX_ SEG_SIZE)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+12)=SwapWord(0x0101)； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START+13)=SwapWord(0x0101)； CalcCkSum=CalcCheckSum((TxEthFrameBuffer+TCP_HEADER_START)， 14， 1， O)； if(!CalcCkSum) CalcCkSum=0xFFFF； *(TxEthFrameBuffer+TCP_HEADEILSTART+8)2CalcCkSum； TxFrameSize2ETH— HEADER— SIZE+IP_HEADER_SIZE+14； SendFrame(TxEthFrameBuffe39。r,TxFrameSize)； TCPPStatus=TCP_STATE_SYN_SENT； 將數(shù)據(jù)處理模塊作為主服務器，監(jiān)控機作為客戶端，這樣方便客戶搜集來 自各個家庭中數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)， TCP 連接實現(xiàn)后，可以通過 TCP／ IP 測試軟 件測試連接狀況，數(shù)據(jù)處理模塊的Ⅲ地址為： 192． 168． 111，端口為： 1028。 經(jīng)過了 RTLS019AS 網(wǎng)卡芯片驅(qū)動程序的設計和 TCP／ IP 協(xié)議棧的實現(xiàn)，數(shù) 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 據(jù)處理模塊就可以通過以太網(wǎng)控制器完成傳輸數(shù)據(jù)了。在數(shù)據(jù)發(fā)送前，就要對 待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行協(xié)議封裝：首先對原始數(shù)據(jù)添加 TCP 頭，包括源端口、目的 端口、 TCP 數(shù)據(jù)長度和校驗和四個字段，然后再添加 IP頭 (包括源 IP 地址、 目的 IP 地址、 IP數(shù)據(jù)長度、校驗和等字段 )，最后封裝以太網(wǎng)幀 (包括目的 MAC 地址、源 MAC地址和幀總長度 )。其中源 MAC 地址為本地物理地址。 數(shù)據(jù)包接收后，數(shù)據(jù)處理模塊要對其進行拆解．將解包得到的 IP地址與本 地 IP 地址相比較 ，同時進行校驗和驗證。如果 IP 一致，則接收該數(shù)據(jù)包，否 則丟棄它；如果校驗和不『 F 確，則表示數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生差錯，也該丟棄 該數(shù)據(jù)包，但不產(chǎn)生差錯報文，而是由應用層發(fā)現(xiàn)丟失的數(shù)據(jù)包并請求重傳。 6． 3 本章小結(jié) 本章主要針對第 3章、第 4章的硬件完成了軟件設計。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(qū) 動程序編寫和 TCP／ IP協(xié)議分層實現(xiàn)的程序編寫。 7 總結(jié) 本文通過分析國內(nèi)外智能家居研究的發(fā)展狀況，結(jié)合國內(nèi)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。 分別從系統(tǒng)功能介紹、硬件設計、軟件設計、實驗數(shù)據(jù)分析等方面分析了 ZigBee 技術(shù)在該系統(tǒng)中的應用。將 ZigBee 技術(shù)應用于智能家居中，實現(xiàn)了快速率、低成本、低功耗的無線網(wǎng)絡通信。通過將傳統(tǒng)傳感器報警系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，形成了新型的智能安防系統(tǒng)。用戶可以通過手機或 PC機接收 MMS 信息，根據(jù)需要進行遠程手機設定，從而實現(xiàn)靈活、便捷的家庭安全監(jiān)控。 一方面，主要是利用ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡在家居監(jiān)控中不受家居布局影響的獨到的傳輸優(yōu)勢，設計了比較符合日常家用 的 ZigBee 無線模塊，負責數(shù)據(jù)采集和基本的電器電源開關(guān)，并由此搭建了星型無線傳感網(wǎng)絡。文章中從 ZigBee 技術(shù)中最核心的協(xié)議棧入手，然后基于芯片 CC2430完成了無線模塊的硬件設計，并 IAREmbeddedWorkbenchIDE基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 編譯軟件環(huán)境下完成了網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器組網(wǎng)到從節(jié)點 (終端節(jié)點 )添加進網(wǎng)絡的軟件程序編寫，最后實現(xiàn)了通信。另一方面，基于 DSPTMS320F2812 設計了數(shù)據(jù)處理模塊，負責對 ZigBee 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器采集的數(shù)據(jù)進行處理，并完成數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)控制器傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)上，期間還為數(shù)