【導讀】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、無線通信多學科交叉的研究課題。術(shù)包括：RFID標識技術(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。遠程人機交互手段，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，并詳細闡述了各硬件模塊的功能和實現(xiàn)方法。GPRS模塊軟件方面，利用AT指令編寫。程序，實現(xiàn)用戶手機的短信收發(fā)過程；利用單片機實現(xiàn)了對家用電器的控制?？刂葡到y(tǒng)中應用了星型網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲，通過ZigBee網(wǎng)實現(xiàn)了節(jié)點之間無線通信。

　　

【正文】 W 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 接口標準，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)務進行交互。 AT 命令包括一般命令，呼叫控制命令，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務命令，安全性命令，電話本命令，短消息 (SMS)命令，補充業(yè)務命令，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)務進行操作。 系統(tǒng)控制器技術(shù) 當用戶發(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行命令解析和響應。這個部分我們選用的是 AT89S52 作為總控制器。 AT89S52 是一種低功詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計 18 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 具有以下標準功能： 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。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)存被保存，振蕩器被凍結(jié)。單片機一切工作停止，直到下一個終端或硬件復位為止。 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。主要任務是處理和接收各個 ZigBee 節(jié)點傳來的信號 以及 TC35i 收發(fā)的信號 ，對其進行分類，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： 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 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、復位電路、與 AT89S52 連接電路組成， TC35i 負責建立 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，使室內(nèi)與外部可以進行通信，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)，負責室內(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)器負責家中網(wǎng)絡(luò)的正常運行。 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)進行比較分析，對主要選用的器件進行了學習研究，采用 ZigBee 技術(shù)進行局域網(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)。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計 20 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 復位操作有手動復位和上電自動復位兩種。如圖 4圖 42 所示的復位電路基本 功能是：當系統(tǒng)上電時，提供復位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定撤銷復位信號。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位。 1 5 p F1KV C CR S T 圖 41 上電復位電路 the PowerOn Reset Circuit E12 2uR11 0ksm Ch1 04R S TV C C 圖 42 手動復位電路 the Resets Circuit by Manual 其中手動復位電路的工作原理：在單片機啟動 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這時候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關(guān)導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 從 5V釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。 單片機晶振電路 作為單片機的時鐘基準， XTAL1 與 XTAL2 分別用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，選用外部石英晶振，晶振頻率為 。 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳連接著一個高增益反相放大器， XTAL1 引腳是反相放大器的輸入端， XTAL2 引腳是反相放大器的輸出端。電路圖如圖 43 所示： C12 2 p FC22 2 p FY1X O S C _ Q 1 X O S C _ Q 2 圖 43 單片機晶振電路 Monolithic Integrated Circuits Crystals its Circuit ZigBee無線傳輸電路 此部分電路基于 CC2430 單芯片 ZigBeeSoC，集成 8051 內(nèi)核，是 CC2430 的模塊電路， 滿足不同應用需求。模塊對外提供 TTL串口，還有多個 I/O 和 A/D 接口，提 供 ZigBee 協(xié)議棧和芯片射頻，串口等模塊測試程序。 電路使用一個非平衡天線連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由 1 個電容和 3 個電感以及一個 PCB 微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足 RF 輸入 /輸出匹配電阻 (50 Ω)的要求。內(nèi)部 T/R 交換電路完成 LNA 和PA 之間的交換。 R14 和 R15 為偏置電阻，電阻 R14 主要用來為 32 MHz 的晶振提供一個合適的工作電流。用 1 個 32 MHz的石英諧振器（ XTAL1）和 2 個電容構(gòu)成一個 32 MHz的晶振電路。用 1 個 kHz 的石英諧振器（ XTAL2）和 2 個電 容構(gòu)成一個 kHz的晶振電路。電壓調(diào)節(jié)器為所有要求 電壓的引腳和內(nèi)部電源供電， C23 和 C28 電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計 22 CC2430 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 (RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用 1 個 8 位 MCU(8051)，具有 128 KB 可編程閃存和 8 KB的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個定時器 (Timer)、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器 (Watchdog timer)、 32 kHz晶振的 休眠模式定時器、上電復位電路 (Power On Reset)、掉電檢測電路 (Brown out detection)，以及 21 個可編程 I/O 引腳。 1~6 腳 (~ )：具有 4 mA 輸出驅(qū)動能力； 9 腳 (， )：具有 20 mA 的驅(qū)動能力； 11~18 腳 ( ~)：具有 4 mA 輸出驅(qū)動能力； 4 4 4 4 48 腳 (， ， ， )：具有 4 mA 輸出驅(qū)動能力。 外圍電路 如圖 44 所示 。 R 1 4R 1 1 R 1 2R 1 5C 1 7C 1 9C 1 8C 2 6 C 2 7C 2 8P 1. 71P 1. 62P 1. 53P 1. 44P 1. 35P 1. 26DVDD7P 1. 18P 1. 09R E S E T _ N10P 0. 011P 0. 112P0.213P0.314P0.415P0.516P0.617P0.718XOSC_Q219AVDD_SOC20XOSC_Q121RBIASI22AVDD_RREG23RREG_OUT24R B IA S 226V C O _C H P27V C O _G U A R D28A V D D _V C O29A V D D _P R E30A V D D _R F 131R F _P32T X R X _ s w itc h33R F _N34A V D D _S W35A V D D _R F 236AVDD_F237DVDD_ADC38DVDD_ADC39AVDD_DGUA40AVDD_DREG41DCOUPL42P2.3/XOSC_Q144P2.4/XOSC_Q243P2.245P2.146DVDD47P2.048C C 2 43 0A V D D _I F 125S2R6C 2 3LLL2 2p F 2 2p F2 20 n F2 20 n F