【導(dǎo)讀】全、舒適、便捷等方面的要求也越來越高。近年來人們對家庭住宅觀念發(fā)生了巨大改變，智能家居將成為現(xiàn)代化住宅的發(fā)展趨勢。對于它的研究和開發(fā)，是一項有關(guān)自動控制、無。線連接、無線通信多學(xué)科交叉的研究課題。術(shù)包括：RFID標(biāo)識技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、M2M技術(shù)。在硬件方面，采用了GPRS模塊作為。遠(yuǎn)程人機(jī)交互手段，接收和發(fā)送信息。利用器件組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)短距離的無線網(wǎng)絡(luò)通。信，并詳細(xì)闡述了各硬件模塊的功能和實現(xiàn)方法。程序，實現(xiàn)用戶手機(jī)的短信收發(fā)過程；利用單片機(jī)實現(xiàn)了對家用電器的控制?？刂葡到y(tǒng)中應(yīng)用了星型網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，通過ZigBee網(wǎng)實現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間無線通信。

　　

【正文】 集成 AES 安全協(xié)處理器。帶有 2 個強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的 USART，以及 1 個符合 IEEE 規(guī)范的 MAC 計時器， 1 個常規(guī)的 16 位計時器和 2 個 8 位計時器。 從這些特點(diǎn)我們看出，此 ZigBee 射頻模塊組網(wǎng)可以滿足我們對信號傳輸?shù)囊蟆C2430 模 塊本身集成了 51 內(nèi)核的單片機(jī)，在基于 ZigBee 協(xié)議的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行簡單編程對傳感器發(fā)出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理發(fā)送到主控制器，同時可以對 接收 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 GPRS 技術(shù) JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 智能家居的控制系統(tǒng)與用戶手機(jī)的通信是通過 GPRS 技術(shù)來實現(xiàn)的。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上引入 SGSN(GPRS 業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn) )、 GGSN(GPRS 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) )、和PCU(分組控制單元 )。在這個系統(tǒng)中，我們選用了 TC35i 來實現(xiàn)。西門子公司的 TC35i 模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級 GSM 模塊，工作在 900MHz和 1800MHz雙頻段，可以傳輸語音和數(shù)據(jù)信號。 TC35i 的數(shù)據(jù)接口通過 AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為 300b/s~115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS。它由供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF(零插拔力 )連接器、天線接口等 6 部分組成。 TC35i 模塊有 40 個引腳，通過一個 ZIF 連接器引出。這 40 個引腳可以劃分為 5 類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制。 TC35i 主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)： ?頻段為雙頻 GSM900MHz和 GSMl800MHz (phase 2/2+)； ?支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真； ?高集成度 (36mm)； ?質(zhì)量為 9g； ?電源電壓為單一電壓 ~； ?可選波特率 300bps~115kbps，動波特率 ~115kbps； ?電流消耗 ——休眠狀態(tài)為 ，空閑狀態(tài)為 25mA，發(fā)射狀態(tài)為 300mA(平 均 )， 峰值； ?溫度范圍 ——正常操作 20℃ ~+55℃ ，存放 30℃ ~+85℃ ； ?SIM電壓為 3V/。 系統(tǒng)的工作原理是：將系統(tǒng)分成監(jiān)測和控制兩大類。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時， MCU 一邊偵聽監(jiān)測端口的 報警信號，一邊等待接收從 GSM 網(wǎng)絡(luò)傳來的短信控制指令。當(dāng)系統(tǒng)的監(jiān)控傳感器發(fā)現(xiàn)危險情況，立即觸發(fā) MCU 的外部中斷，然后 MCU 將向 TC35i 發(fā)送 AT 指令，從而控制 TC35i 向指定的移動用戶發(fā)送預(yù)先存儲在 SIM 卡中的報警短信。 當(dāng) TC35i 模塊接收到用戶發(fā)來的短信時，會觸發(fā) MCU 的串行中斷， MCU立即讀取接收到的短信并進(jìn)行解析處理，當(dāng)判斷是否包含有效的控制命令后，再對家用電器控制裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制。 短消息收發(fā)規(guī)范 規(guī)定了短消息命令，表 31 中列出了與 SMS相關(guān)的主要命令。 TC35 的數(shù)據(jù)輸入 /輸出接 口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)： 8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps 之 間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS 電平，支持標(biāo)JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 準(zhǔn)的 AT 命令集。 表 31 SMS 常用的 AT 指令 SMS Commonly Used At Instruction AT 指令 功能 AT+CMGC Send an SMS mand(發(fā)出一條短消息命令 ) AT+CMGD Delete SMS message(刪除 SIM 卡內(nèi)存的短消息 ) AT+CMGF Select SMS message format(選擇短消息信息格式： 0PDU： 1文本 ) AT+CMGL List SMS message from preferred store(列出 SIM卡中的短消息信息格式PDU/text ： 0/‖REC UNREAD‖為未讀， 1/‖REC READ‖為已讀，2/‖STOUNSENT‖為待發(fā)， 3/‖STO SENT4‖為已發(fā)， 4/‖ALL‖為全部的 ) AT+CMGR Read SMS message(讀短消息 ) AT+CMGS Send SMS message(發(fā)送短消息 ) AT+CMGW Write SMS message to memory(向 SIM 內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息 ) AT+CMGS Send SMS message from storage(從 SIM 內(nèi)存中發(fā)送短消息 ) AT+CNMI New SMS message indication(顯示新收到的短消息 ) AT+CPMS Preferred SMS message storage(選擇短消息內(nèi)存 ) AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址 ) AT+CSCB Select cell broadcast message messages(選擇蜂窩廣播消息 ) TC35 模塊的編碼指令用的是 AT 指令。 AT 命令即 Attention， AT 命令集是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和 HP 等廠家共同為 GSM 系統(tǒng)研制的 DTEDCE 接口標(biāo)準(zhǔn)，是從終端設(shè)備 TE(Terminal Equipment)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE(Data Terminal Equipment)向終端適配器TA(Terminal Adapter)或數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發(fā)送的。通過 TA， TE發(fā)送 AT 命令來控制移動臺 MS(Mobile Station)的功能，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。 AT 命令包括一般命令，呼叫控制命令，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令，安全性命令，電話本命令，短消息 (SMS)命令，補(bǔ)充業(yè)務(wù)命令，數(shù)據(jù)命令，傳真命令和串口命令。本設(shè)計主要用的是短消息命令，對 GSM 中的短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行操作。 系統(tǒng)控制器技術(shù) 當(dāng)用戶發(fā)送短信息時，信號通過 GPRS 模塊接收并解析，傳送到了家庭總控制器中進(jìn)行命令解析和響應(yīng)。這個部分我們選用的是 AT89S52 作為總控制器。 AT89S52 是一種低功JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 耗、高性能 COMS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有 8 位 CPU和在系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 1 個 6 向量 2 級 中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇。節(jié)電模式、空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)存被保存，振蕩器被凍結(jié)。單片機(jī)一切工作停止，直到下一個終端或硬件復(fù)位為止。 本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)是基于 AT89S52 芯片作為總控制器開發(fā)和設(shè)計的。主要任務(wù)是處理和接收各個 ZigBee 節(jié)點(diǎn)傳來的信號 以及 TC35i 收發(fā)的信號 ，對其進(jìn)行分類，解析，并判決信息類型，及時處理。 主處理 器的選取 智能家居的系統(tǒng)的主要目的是為實現(xiàn)對家中電器的開關(guān)控制及家庭安防的報警功能。要處理的數(shù)據(jù)量相對較低，并且考慮到成本問題，而采用了 AT89S52 單片機(jī)作為主處理器。并且與主處理器相連的 ZigBee 芯片 CC2430 內(nèi)部也集成了 MCU，可以起到輔助處理的作用，而且每塊 ZigBee 節(jié)點(diǎn)都有一個 MCU，所以主處理器只要起協(xié)調(diào)作用和處理簡單數(shù)據(jù)量信息功能，從而可以完全滿足我們的設(shè)計需要。 GPRS 模塊采用 TC35i， TC35i 是 GPRS 模塊，價錢比較便宜。在設(shè)計結(jié)構(gòu)上 ，它采用插槽代替排線，這樣就可以將其懸空放置，不占用 PCB 面積，它的下面可以放置 SIM 卡槽和其他芯片和電路。通過 AT 指令完成 GPRS 短信息接收和傳送到主控制器中。 ZigBee 模塊的型號是 CC2430，該芯片是 Chipcon公司生產(chǎn)的首款符合 ZigBee 技術(shù)的 射頻系統(tǒng)單芯片。該芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻前端、內(nèi)存和微控制器。模塊的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 32 所示： JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS G P R S 模 塊T C 3 5 i主 控 中 心A T 8 9 S 5 2Z b i g e e 模 塊C C 2 4 3 0Z i g B e e 模 塊C C 2 4 3 0分 控 中 心A T 8 9 S 5 2繼 電 器 控制 家 電R X DT X DR X DT X D圖 32 模塊結(jié)構(gòu)框架圖 Block Frame CC2430 使用 1 個 8 位 MCU(8051)，具有 128KB 可編程閃存和 SKB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個定時器、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器、 32kHz 晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及 21 個可編程 I/O 引腳。該芯片采用 工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為 27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27mA 或 25mA。 CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。 設(shè)計中考慮到處理器只有一個硬件串口，和 ZigBee 部分連接采用模擬串口方式通信，減少硬件成本，主要電路包括：連接 TC35i 的外部晶振電路、復(fù)位電路、與 AT89S52 連接電路組成， TC35i 負(fù)責(zé)建立 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，使室內(nèi)與外部可以進(jìn)行通信，接受外界的指令同時將室內(nèi)的狀況及時通知外界， ZigBee 網(wǎng)絡(luò)是室內(nèi)的一個局部網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)室內(nèi)各個家電及報警裝置與主控制器的無線通信， ZigBee 的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)家中網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。 本章小結(jié) 在這一章里，根據(jù)智能家居系統(tǒng)的研究內(nèi)容，完成了智能家居系統(tǒng)的總體方案的設(shè) 計。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計方案，對采用的技術(shù)進(jìn)行比較分析，對主要選用的器件進(jìn)行了學(xué)習(xí)研究，采用 ZigBee 技術(shù)進(jìn)行局域網(wǎng)的組網(wǎng)，通過家居控制器將室內(nèi)局域網(wǎng)與外網(wǎng) GPRS 結(jié)合，實現(xiàn)了無線遠(yuǎn)程的智能家居的控制。首先從整體系統(tǒng)處理信息的能力和成本考慮，選取低成本的單片機(jī)作為主處理器，同時將功能模塊化，構(gòu)建了硬件的實現(xiàn)方案。系統(tǒng)程序方面采用了匯編語言與 C 語言相結(jié)合的編程方法，使得程序簡捷易懂，保證功能的實現(xiàn)。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 復(fù)位操作有手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種。如圖 4圖 42 所示的復(fù)位電路基本 功能是：當(dāng)系統(tǒng)上電時，提供復(fù)位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的演示才撤銷復(fù)位信號，以防止電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。 1 5 p F1KV C CR S T 圖 41 上電復(fù)位電路 the PowerOn Reset Circuit E12 2uR11 0ksm Ch1 04R S TV C C 圖 4