【導(dǎo)讀】家居中則充滿了人性化和智能化。其中在現(xiàn)實(shí)生活中物聯(lián)網(wǎng)的智能電子產(chǎn)品和技術(shù)在。智能家居的電子產(chǎn)品當(dāng)中得到了廣泛認(rèn)知和應(yīng)用。通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的相互。智能家居實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭設(shè)備間之間的?；ネɑヂ?lián)以及全方位的監(jiān)控和控制。智能家居網(wǎng)關(guān)作為智能家居內(nèi)外連接通信的核。ARM微處理器和一種基于Zigbee技術(shù)構(gòu)建嵌入式智能家居網(wǎng)關(guān)的方案。公司的射頻芯片CC2430，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。要求分析，采用ZigBee技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能家居是一個(gè)比較理想的解決方案。用當(dāng)中，根據(jù)用戶擺放的電器位置的不同來分布，設(shè)計(jì)一個(gè)比較理想的家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)Zigbee通信模塊進(jìn)行相應(yīng)配置并無線接收Z(yǔ)igbee終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。課題研究背景及意義·····················1. 智能家居的簡(jiǎn)介························1. 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)·····················1

　　

【正文】 te 的 RAM 和強(qiáng)大外圍模塊，而且有3個(gè)不同版本形式，這都是依據(jù)不同 Flash 的閃存空間如 32KByte， 64KByte與 128KByte來進(jìn)行優(yōu) 化其成本和復(fù)雜度組合形式，不僅它結(jié)合了一行業(yè)之中一些領(lǐng)先高性能的射頻 赫茲收發(fā)器與一個(gè)增強(qiáng)型相對(duì)工業(yè)級(jí)的其高效小巧 8051 的控制器。 本設(shè)計(jì)所選用的 CC2430 主要的優(yōu)點(diǎn) :比較小的尺寸，所占用的空間小，僅僅有 7x7毫米，所以它所需要的外接元件很少；而內(nèi)部則包含了一個(gè)高性能、低功耗的增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 8 位 8051 微控制器的內(nèi)核 。所需要的電壓比較寬一些，大概有 到 ；而電流也消耗小，在其待機(jī)模式之時(shí)它的流耗 微安之下，在其休眠模式之時(shí)流耗，只是 毫安 。還具有強(qiáng)大抗干擾的能力與優(yōu)良無線接收的靈 敏度 。而其內(nèi)部所集成的AES 的安全協(xié)的處理器則支持了 的 MAC 芯片安全所需要 AES 實(shí)行，以便于實(shí)現(xiàn)了盡可能少占用其微型控制器 。其內(nèi)部包含了集成 8 個(gè)通道， 8 到 14 位的 ADC和兩種可編程的 UART 等?；谝陨线@些優(yōu)勢(shì) CC2430 正符合本 課題的要求。圖 46 是CC2430 的典型應(yīng)用電路圖。在家庭網(wǎng)關(guān)電路系統(tǒng)中， CC2430 協(xié)調(diào)器模塊通過 4 線的SPI 總線 (MI、 MO、 SS、 C)與 S3C2410 處理器通信，將 CC2430 的管腳 (MI)、 (MO)、(SS)、 (C)分別與 S3C2410 的管腳 SPIMISO0、 SPIMOSI0、 SPICLK0、 nSS0 相連。 圖 46 CC2430 無線模塊電路圖 本章將設(shè)計(jì)并建立本課題的整個(gè)軟件系統(tǒng)，該家電的控系統(tǒng)利用 ZigBee 一些技術(shù)把嵌入式 Web 服務(wù)器和家電設(shè)備相連接，可使得一些用戶方便的利用客戶端瀏覽器從D V D D 120D V D D 241D V D D 37D V D D 447D V D D 542P 2. 048P 2. 1 /D C46P 2. 2 /D D45P 1. 26P 1. 35P 1. 44P 1. 53P 1. 62P 1. 71P 0. 011P 0. 112P 0. 213P 0. 314P 0. 415P 0. 516P 0. 617P 0. 718P 1. 18R E S E _ N10P 1. 09A V D D 140A V D D 239A V D D 338A V D D 437A V D D 536A V D D 731A V D D 830A V D D 929A V D D 1028A V D D 635A V D D 1127A V D D 1225R F _P32T X R X W33R F _N3432 K _24332 K _14432 M _12132 M _219B A S I 122B A S I 226A V 1 .8 V24R F G _I N23U1C C 2 43 01 23 45 67 89 1011 1213 1415 16J P 4R L E D 122 0L D 1L E DL E 2R E S 1R L E D 222 0C25. 6p FC 635. 6PC 21 127 PC 19 127 PC 1110 0m FC 7110 0m FC 44 115 PC 42 122 0NC 41 110 0m FC 37 168 PC 10 110 m FC 43 127 PL28. 2m HL122 m HY532 .0 00 MX132 .0 00 NS4S W R121 23 45 67 89 10J23. 3VD V D DD V D D _3 .3 VD V D D _3 .3 V1. 8V C CD V D D _3 .3 VV C C 1. 8LED2LED1L31. 8m H12345M C A 5C O N 5A N T 10. 1UC 23 122 0NC 24 122 0NR 26 143 KR 22 156 KR 40 610 KJ8C O NDCC S NR E S E T _NM I S ODCS C KM O S ID V D D _3 .3 V 23 而實(shí)現(xiàn)了對(duì)其家電設(shè)備控制與監(jiān)測(cè)。 第 5 章 智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試 本課題的 軟件框架設(shè)計(jì) 智能家居的監(jiān)控系統(tǒng)則由家電設(shè)備、嵌入式的 Web 的服務(wù)器與客戶端 三個(gè)部分所組成，包括，嵌入式的 Web 的服務(wù)器則是其家電的監(jiān)控系統(tǒng)核心，而嵌入式的 We b的服務(wù)器利用了客戶端與網(wǎng)線相連接，且利用了 ZigBee 的技術(shù)與家電的設(shè)備進(jìn)行相連接，三個(gè)部分整體配合則組成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。本監(jiān)控的系統(tǒng)整體軟件的構(gòu)架圖則如圖51 所示。 圖 51 為軟件整體 構(gòu)架 一些客戶端利用嵌入式的 Web 的服務(wù)器與 Inter 進(jìn)行相連。而客戶端則為一般的通用 PC。一些家電監(jiān)控的系統(tǒng)之中可同時(shí)存在了許多客戶端。這些用戶利用客戶端之上 Web 的瀏覽器，進(jìn)行嵌入式的 Web 的瀏覽器所提供監(jiān)控的主頁(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其家電監(jiān)控。 為實(shí)現(xiàn)其家電的監(jiān)控系統(tǒng)，而除在其網(wǎng)關(guān)之上所建立了 Web 的服務(wù)器的 Boa 之外，還需兩個(gè)應(yīng)用的程序模塊：接口程序、交互程序。接口程序、交互程序都將包括了對(duì)其數(shù)據(jù)文件操作，其中數(shù)據(jù)文件之中保存則是家電設(shè)備狀態(tài)參數(shù)與命令。對(duì)本數(shù)據(jù)文件訪問則要做到了互斥操作。一些客戶端的瀏 覽器對(duì)其家電設(shè)備設(shè)置或者查詢操作，則由交互的程序去完成讀與寫數(shù)據(jù)的文件，且由 Web 的服務(wù)器可將操作的結(jié)果執(zhí)行返回給了一些客戶端的瀏覽器。而接口程序則主要負(fù)責(zé)了向一些家電設(shè)備所采集的家用電器與傳遞的控制命令的狀態(tài)數(shù)據(jù)。 家電設(shè)備是家電監(jiān)控系統(tǒng)之中十分重要組成部分。而不同類型家電設(shè)備則可都存在家電的監(jiān)控系統(tǒng)之中。不同類型家電設(shè)備在其處理之中必須要進(jìn)行劃分，如可依據(jù) 24 設(shè)備的類型和設(shè)備號(hào)碼來區(qū)分。一些家電的設(shè)備利用 Zigbee 的 Web 的服務(wù)器的通信與無線技術(shù)，且能進(jìn)行處理 Web 的服務(wù)器所發(fā)過來的命令。為了實(shí)現(xiàn)控制命 令能準(zhǔn)確到達(dá)被控對(duì)象，在 Web 服務(wù)器和家庭電設(shè)備之間要建立簡(jiǎn)單的通信協(xié)議。 ZigBee 節(jié)點(diǎn) 軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境 本 設(shè) 計(jì) 使 用 則 是 瑞 典 的 IAR systems 的 公 司 所 集 成 開 發(fā) 的 環(huán) 境 IAR 版， IAR Embedded Workbench 則是一種用在調(diào)試與編譯嵌入式的應(yīng)用程序集成的開發(fā)環(huán)境，而 IAR 的編譯器則支持了 C 和 C++的語(yǔ)言。則具有下列優(yōu)勢(shì)：具有庫(kù)工具與鏈接器；完備工程模板；高度優(yōu)化的 C 和 C++編譯器；還帶有編譯器集成的開發(fā)環(huán)境與工程的管理 工具等。包括本系統(tǒng)通用性和方便開發(fā)考慮，人們使用 TI 公司所編 ZStack 的協(xié)議棧。 TI 公司的 ZStack 的協(xié)議軟件完全符合ZigBee 2020 的規(guī)范需要， ZStack 則是 TI 公司所編 ZigBee 協(xié)議具體的實(shí)現(xiàn)，它是則由 ZigBee 的聯(lián)盟所鑒定的符合 ZigBee 的協(xié)議平臺(tái)。還支持了包括其 CC24 CC2431和 MSP430+ CC2420 等在內(nèi)多個(gè)平臺(tái)。 ZStack 協(xié)議還支持了許多新的特性，例如無線下載，還可利用了 ZigBee 網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò) (mesh work)下載節(jié)點(diǎn)的更新程序。 IAR 集成 開發(fā)環(huán)境 ZigBee 協(xié)議棧運(yùn)行在一個(gè)稱為 OSAL(Operation System Abstraction Layer)的操作系統(tǒng)上，所以要想進(jìn)行 ZigBee 開發(fā)必須熟悉 OSAL。 OSAL是基于任務(wù)調(diào)度機(jī)制的，而它是利用對(duì)其任務(wù)事件來觸發(fā)實(shí)現(xiàn)了對(duì)其任務(wù)調(diào)度。相對(duì)每個(gè)任務(wù)則都包含了許多個(gè)事件，相對(duì)每個(gè)事件所對(duì)應(yīng)的一個(gè)事件的號(hào)。在一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，這事件標(biāo)志位則就被設(shè)置，而這樣的事件調(diào)度則會(huì)調(diào)用任務(wù)處理的程序。在OSAL 之中任務(wù)可通過 API 將它添加到一些系統(tǒng)之中，可實(shí)現(xiàn)了多個(gè)任務(wù)的機(jī)制。在系統(tǒng)上電之后，要先對(duì)各個(gè) 各層所實(shí)行初始化，而后該系統(tǒng)則進(jìn)入了低功耗的模式，在當(dāng)事件產(chǎn)生之時(shí)，喚醒了系統(tǒng)且對(duì)本事件所進(jìn)行了處理，在處理結(jié)束之后則可進(jìn)入了低功耗的模式。假如有幾個(gè)的事件都發(fā)生，可先判斷其優(yōu)先級(jí)，而后進(jìn)行逐次的處理事件。從而該種軟件的構(gòu)架可大大的降級(jí)了系統(tǒng)的功耗和整個(gè)系統(tǒng)的軟件框架。 ZigBee 軟件設(shè)計(jì) 使用 ZStack 所進(jìn)行程序的開發(fā)，其主要的任務(wù)則是對(duì)其 OSAL 應(yīng)用層實(shí)行開發(fā)，而應(yīng)用層開發(fā)需要依據(jù)節(jié)點(diǎn)功能確定。協(xié)調(diào)器對(duì)其應(yīng)用層的開發(fā)則主要為接收與發(fā)送信息、分配地址、發(fā)起網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)綁定等事件。對(duì)路由器 應(yīng)用層的開發(fā)則其重點(diǎn)放在路由實(shí)現(xiàn)之上。對(duì)終端的設(shè)備節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層的開發(fā)則主要為發(fā)送其狀態(tài)信息給予協(xié)調(diào)器，可接收控制的命令和加入網(wǎng)絡(luò)等。 在一些 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)之中，僅僅有協(xié)調(diào)器則有能力進(jìn)行建立新的網(wǎng)絡(luò)。因此假如 25 不是其協(xié)調(diào)器，所網(wǎng)絡(luò)建立則將被終止；假如是，便于可實(shí)行下一個(gè)能量的掃描。能量的掃描則由 MAC 層進(jìn)行完成，它是對(duì)與所有的信道實(shí)行的掃描，其主要的任務(wù)則是選擇其能量損耗較低信道當(dāng)做建立網(wǎng)絡(luò)備用的信道。在能量掃描其完成之后，假如沒有發(fā)現(xiàn)其他可用的信道，于是終止了網(wǎng)絡(luò)建立；假如發(fā)現(xiàn)，則可繼續(xù)實(shí)行激活其掃描。而激 活掃描則是對(duì)其能量發(fā)現(xiàn)的掃描之中發(fā)現(xiàn)了信道所進(jìn)行掃描，其目的則是檢測(cè)本信道能否已經(jīng)被激活了，在只有被其激活時(shí)，它的信道才可使用。當(dāng)激活掃描之中，假如沒有發(fā)現(xiàn)其適合信道，于是則終止其網(wǎng)絡(luò)的建立；假如找到了適合信道，則報(bào)告給其網(wǎng)絡(luò)層，而網(wǎng)絡(luò)層則會(huì)在合適信道之中選擇其中一個(gè)信道，且隨機(jī)的選擇一種PAN(Personal Area Network)號(hào)碼分配給了這種新建網(wǎng)絡(luò)。而 PAN 號(hào)則是一種 16位地址，且是唯一，包括了網(wǎng)絡(luò)層會(huì)隨機(jī)的分配一種 16 位網(wǎng)絡(luò)地址。在網(wǎng)絡(luò)層向其 MAC層所發(fā)送的 PAN 號(hào)碼啟動(dòng)請(qǐng)求，而后收到了 MAC層確認(rèn)之后，網(wǎng)絡(luò)層則便可向應(yīng)用層進(jìn)行報(bào)告，新網(wǎng)絡(luò)的成功建立。在當(dāng)接收到了其它的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求之時(shí)，協(xié)調(diào)器則給予這種節(jié)點(diǎn)所分配一種網(wǎng)絡(luò)的地址。而協(xié)調(diào)器的節(jié)點(diǎn)在本設(shè)計(jì)之中則主要用了向其終端的節(jié)點(diǎn)發(fā)送了控制命令與接收其終端節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，則將接收到了狀態(tài)數(shù)據(jù)把其全部上傳到 Web 的服務(wù)器，而后利用了 Inter 可傳送到了遠(yuǎn)程用戶端。如果許多個(gè)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)都對(duì)協(xié)調(diào)器的節(jié)點(diǎn)發(fā)送了請(qǐng)求，而其協(xié)調(diào)器的節(jié)點(diǎn)從來不及其響應(yīng)則會(huì)處理丟掉了許多請(qǐng)求，在發(fā)現(xiàn)自己請(qǐng)求沒有得到了響應(yīng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的過幾秒鐘之后會(huì)相應(yīng)再次發(fā)出了請(qǐng)求，則直 到得到了其協(xié)調(diào)器的節(jié)點(diǎn)響應(yīng)。當(dāng)協(xié)調(diào)器在不休眠時(shí)，它則會(huì)處于正常的工作的狀態(tài)。其協(xié)調(diào)器的主程序流程圖如圖 52 所示。 26 開 始初 始 化 硬 件初 始 化 軟 件 配 置建 立 網(wǎng) 絡(luò)有 節(jié) 點(diǎn) 加 入 網(wǎng) 絡(luò) ？有 待 處 理 事 件 ？處 理 事 件給 節(jié) 點(diǎn) 分 配 地 址NYYN 圖 52協(xié)調(diào)器主程序流程圖 它的任務(wù)事件主要有： （ 1）維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這主要?jiǎng)t是真對(duì)終端的節(jié)點(diǎn)離開或加入網(wǎng)絡(luò)而做出一些響應(yīng)的操作； （ 2）接收了 Web 的服務(wù)器所傳送過來命令數(shù)據(jù)，且將其命令的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后再由轉(zhuǎn)發(fā)到其目的節(jié)點(diǎn)； （ 3）接收了終端節(jié)點(diǎn)所發(fā)送來狀態(tài)數(shù)據(jù)且轉(zhuǎn)發(fā)到了 Web 的服務(wù)器之上。本設(shè)計(jì)中 ZigBee 的終端設(shè)備則主要 是其接收了協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)來命令。比如關(guān)閉或者打開熱水器、設(shè)置其熱水器的最高水溫。包括則是對(duì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送家電運(yùn)行狀態(tài)。而終端設(shè)備大多數(shù)的時(shí)間處在休眠的狀態(tài)，在當(dāng)有其任務(wù)需要進(jìn)行處理的時(shí)，它的從休眠之中進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)其任務(wù)實(shí)行處理，然后又進(jìn)入了休眠的狀態(tài)。下面是終端設(shè)備主程序的流程圖如下圖 53所示。 27 開 始初 始 化 硬 件初 始 化 軟 件 配 置加 入 網(wǎng) 絡(luò) 成 功 ？有 待 處 理 事 件 ？休 眠 中 斷輪 詢事 件 處 理NYYN 圖 53終端設(shè)備主程序流程圖 主要程序代碼 整個(gè) 的 協(xié)議棧 則 是以 其 OSAL 為 貫穿的， 如果 要 進(jìn)入 自己應(yīng)用，就 需 要 在其中 添加一個(gè)任務(wù)，任務(wù)可與 其 協(xié)議棧 共同 實(shí)現(xiàn) 一個(gè) 無縫 的 連接。 而 在協(xié)議棧 之 中， 就 有osal_init_system(void)的 函數(shù)， 它主要負(fù)責(zé)的 是初始化 OSAL 系統(tǒng) ，同時(shí)還 添加 了 任務(wù)到 OSAL 的 任務(wù)表 之 中。 而 這個(gè)函數(shù)調(diào)用 其 osalAddTasks()函數(shù) 來 進(jìn)行 定制項(xiàng)目 所 需要任務(wù)， 本 函數(shù) 則 屬于 OS 與 應(yīng)用層 的 間接口函數(shù)。 一般來說 ， 本 項(xiàng)目 的 建立 必須依據(jù) 系統(tǒng)需要，修改該函數(shù) 或者 自己編寫， 且 將 該 函數(shù)放 在 應(yīng)用層 里面 。函數(shù)osalAddTasks()利用 多次 的 調(diào)用函數(shù) osalTaskAdd()來 完成 了 具體任務(wù)添加。本 設(shè)計(jì)以協(xié)調(diào)器任務(wù) 的 初始化 osalAddTasks()函數(shù)為 例子 ，代碼 則 如下： void osal Add Tasks(void) { osal TaskAdd(Ha1_Init,Hal_ProcessEvent,OSAL_TASK_PRIORITY_LOW)。 if defined 28 (ZMAC_F8W) osalTaskAdd(macTaskInit,macEventLoop,OSAL_TASK_PRORITY_HIGH)。 endif if defined(MT_TASK) osalTaskAdd(MT_askInit,MT_ProcessEvent,OSAL_TASK_PRIORITY_LOW)。 endif osalTaskAdd(nwk_init， nwk_event_loop,OSAL_TASK_PRIORITY_MED)。 osalTaskAdd(APS_Init,APS_event_loop,OSAL_TASK_PRIORITY_LOW)。 osalTaskAdd(ZDApp_Init,ZDApp_event_loop,OSAL_TASK_PRIORITY_LOW)。 osalTaskAdd(myApp_Init,myeApp_ProcessEvent,OSAL_TASK_PRIORITY_LOW)。 } osalTaskAdd(myApp_Init,myeApp_ProcessEvent,OSAL_TASK_PRIORITY_LOW)。 則 是添加 了 有關(guān) 的 數(shù)據(jù)接收和發(fā)送具體函數(shù)， 它的 里面參數(shù)意義 則 為：