【正文】 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教 等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 本章小結(jié) 本段總結(jié)了本次任務(wù)設(shè)計(jì)，達(dá)到了什么要求，有哪些方面的不足，哪些模塊沒有調(diào)試出來(lái)，最后給出了對(duì)未來(lái)的展望。 未來(lái)展望 基于 ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)是一個(gè)功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越的系統(tǒng)。在紅外報(bào)警模塊輸出高電平到 ZigBee 模塊時(shí)，能從 口輸出低電平，使 LED 燈 發(fā)亮。由于一開始我們就有很好的溝通，所以聯(lián)合調(diào)試還算 38 比較順利。 36 圖 44 檢測(cè) 模塊實(shí)物連接圖 通上電，依次按下協(xié)調(diào)器和兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的電源按鈕，分別按下三個(gè)模塊的中間鍵，然后按下 SW2 鍵，三個(gè)模塊之間開始通信，如圖 45 所示。同上安裝了檢測(cè)使用的發(fā)光管，當(dāng)有持續(xù)的高電平的輸入時(shí)，發(fā)光管發(fā)亮，同時(shí)繼電器發(fā)出“吧嗒”的聲音，表示線圈吸合斷開。同上也采用了一個(gè)發(fā)光管方便檢測(cè)。 硬件獨(dú)立測(cè)試 電源模塊的測(cè)試 經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表的測(cè)試，輸出的直流電壓穩(wěn)定在 5V 左右，達(dá)到預(yù)期要求，檢測(cè)合格。滿足條件以后，輸出端口產(chǎn)生持續(xù)的低電平，控制電路即產(chǎn)生 壓降，形成回路，啟動(dòng)繼電器以及警報(bào)燈工作。 圖 3８ 5V電源實(shí)物圖 電器控制 模塊 31 原理圖如圖 39 所示。 圖 36 溫度檢測(cè)模塊實(shí)物圖 電源管理模塊 原理圖如圖 37 所示。實(shí)物圖如圖 34 所示。 27 圖 33 光照檢測(cè)電路原理圖 工作原理： 光敏電阻在有光照的情況下，呈現(xiàn)極小的的電阻，可以看做沒有電阻。當(dāng)有物體阻隔紅外線的時(shí)候，紅外對(duì)管的接收管阻隔斷開，比較器＋ 26 端接入 VCC，即５ V 電壓，故比較器 OUT 端輸出高電平，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。最后給出了硬件部分的設(shè)計(jì)思路，并且分析了所用到的主要芯片。 至于使用地方，那就是你需要比較器和運(yùn)算放大器的所有地方你都可以用，我們提到的設(shè)計(jì)就是把它當(dāng)做簡(jiǎn)單的比較器來(lái)使用。 具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋? 真差動(dòng)輸入級(jí)。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。如表 21 所示。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 圖 23 DS18B20 溫度傳感器封裝圖 DS18B20 工作原理： DS18B20 的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 不銹鋼保護(hù)管直徑Φ 6。 多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。 43 腳 (P2_4/XOSC_Q2): kHz XOSC 的 端口。 26 腳（ RBIAS2） :提供精確電阻， 3 kΩ，177。 控制線引腳功能 ： 10 腳（ RESET_N） :復(fù)位引腳，低電平有效。 40 腳（ AVDD_DGUARD） :為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。 36 腳（ AVDD_RF2） : 為接收和發(fā)射混頻器提供 V 電壓。 30 腳（ AVDD_PRE） :為預(yù)定標(biāo)器、 Div 2 和 LO 緩沖器提供 的電壓。 25 腳 (AVDD_IF1 )：為接收器波段濾波器、模擬測(cè)試模塊和 VGA 的第一部分電路提供 V 電壓。 電源線引腳功能： 20 7 腳（ DVDD）： 為 I/O 提供 ～ 工作電壓。 1～ 6（ P1_2～ P1_7）： 具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。 I/O 口有下面的關(guān)鍵特性： ◆ 可設(shè)置為通常的 I/O 口，也可設(shè)置為外圍 I/O 口使用。 CC2430 的引腳與 I/O 端口 CC2430 芯片采用 7 mm 7mm QLP 封裝 ,共有 48 個(gè)引腳。 ◆ 集成了 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的 ADC。 ◆ 硬件支持 CSMA/CA 功能。 ◆ 集成符合 標(biāo)準(zhǔn)的 GHz 的 RF 無(wú)線電收發(fā)機(jī)。它使用 1 個(gè) 8 位 MCU（ 8051），具有 128KB 可編程閃存和 8KB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個(gè)定時(shí)器（ Timer）、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（ Watchdog timer）、 32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路 (Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路 (Brown out detection)，以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳?？商娲模粋€(gè)平衡 式天線，如對(duì)折式偶極天線也是可以實(shí)現(xiàn)上述功能的。最終，高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)片內(nèi)功率放大器放大以達(dá)到可設(shè)計(jì)的水平。集成的模擬通道濾波器可以使工作在 ISM 波段的不同系統(tǒng)良好的共存。為了更好的處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬， CC2430 集成了大多數(shù)對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的一系列 MAC 協(xié)議，以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。 I/O 控制器的職責(zé)是 21 個(gè)一般 I/O 口的靈活分配和可靠控制。 CC2430 也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。 CC2430包含一個(gè) DMA控制器。microm CMOS 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。為了方便，本文設(shè)計(jì)了一塊給檢測(cè)模塊和控制模塊供電的電源管理模塊。當(dāng)有物體入侵時(shí)，檢測(cè)電路送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號(hào)。 16 信號(hào)檢測(cè)模塊 信號(hào)檢測(cè)模塊，按照需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)子模塊，即紅外報(bào)警模塊 ，光照監(jiān)測(cè)模塊以及溫度檢測(cè)模塊。 圖 22 CC2430 最小系統(tǒng)原理圖 CC2430 是一顆真正的系統(tǒng)芯片 (SoC)CMOS 解決方案。 該拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是減少了消息延 15 時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺點(diǎn)是需要更多的存儲(chǔ)空間開銷 [12]。樹狀網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較大，但隨著覆蓋范圍的增加，信息的傳輸時(shí)延也會(huì)增大。ZigBee 協(xié)調(diào)器必須是 FFD，它位于網(wǎng)絡(luò)的中心，負(fù)責(zé)發(fā)起建立和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn) (終端節(jié)點(diǎn) )一般為 RFD，也可以為 FFD，它們分布在 ZigBee 協(xié)調(diào)器的覆蓋范圍內(nèi)，直接與 ZigBee 協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信。擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，即作為網(wǎng)絡(luò)中的潛在父節(jié)點(diǎn)，允許更多的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。 系統(tǒng)的工作流程是：首先智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器（主節(jié)點(diǎn)）建立 ZigBee 智能網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器（分節(jié)點(diǎn)）隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，他們共同組成一個(gè)星狀的 ZigBee無(wú)限家居網(wǎng)絡(luò)。 13 圖 21 智能家居系統(tǒng)的組成 方案實(shí)現(xiàn)的過(guò)程 本文任務(wù)提出的功能控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與各種家居設(shè)備的接口。 在有線方式中，各類傳感器和控制器的連接通過(guò)總線，它的優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化各功能單元的設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)就是布線多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也存在總線協(xié)議設(shè)計(jì)選擇的問(wèn)題。 （ 3）智能溫控空調(diào)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能 化和個(gè)性化的獨(dú)特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設(shè)成為 21 世紀(jì)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。 課題研究的目的和意義 課題目的 智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的 4K 字節(jié)或者作為 Hub 或路由器的協(xié)調(diào)器的 32K 字節(jié)。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。 ZigBee 技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場(chǎng)。 安全： ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了 AES128 的加密算法 ,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 254 個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備， 一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多 100 個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò) , 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。 成本低： ZigBee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計(jì)很快就能降到 — 美元 , 并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費(fèi)的。信息路由則包括路徑發(fā)現(xiàn)、路徑維護(hù)、信息 9 單播及信息廣播 [9]。 AMC 層 對(duì)從即 DU 中提取的淤 DU 進(jìn)行進(jìn)一步的處理，同時(shí)，還提供 AMC 層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制， ED、 ACTIVE 和 ORPN 三種掃描機(jī)制，和關(guān)聯(lián) /退出關(guān)聯(lián)功能。除此之外，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) (FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)， 和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn) (RFD)無(wú)線連接。 ZigBee 是一個(gè)由可多到 65000 個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo) 準(zhǔn)的 75m 無(wú)限擴(kuò)展。在此之前 ZigBee 也被稱為“ HomeRF Lite”、“ RF EasyLink”或“ fireFly”無(wú)線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為 ZigBee[8]。 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。 SSID ，無(wú)線 LAN 中經(jīng)常用到的一個(gè)特性是稱為 SSID 的命名編號(hào)，它提供低級(jí)別上的訪問(wèn)控制。擁有成百上千臺(tái)無(wú)線 LAN 用戶的公司需要可靠的安全解決方案，可以從一個(gè)控制中心進(jìn)行有效的管理。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度主要有 54Mbps、 108Mbps，可向下兼容 。無(wú)線技術(shù)也分不同種類，通常以產(chǎn)生無(wú)線信號(hào)的方式來(lái)區(qū)分，目前主要的方 式有調(diào)頻無(wú)線技術(shù)、紅外無(wú)線技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)三種，其成本和特點(diǎn)也不盡相同。 多種控制手段 在日常家居生活中，為了使我們對(duì)家庭的控制系統(tǒng)能隨時(shí)掌控、需要的信息隨時(shí)獲取，操作終端的形式非常重要，多種形式的智能操作終端是必不可少如：智能遙控器、移動(dòng)觸摸屏、電腦、手機(jī)、 PDA 等。交互平臺(tái)，平臺(tái)可以記錄存儲(chǔ)各系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行可以提供有效的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)歷史的運(yùn)行數(shù)據(jù)，總結(jié)出主人的使用習(xí)慣和某種規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)。具有多種主流的 控制接口，如 RS48 RS23 TCP、 IP 等，同時(shí)可以擴(kuò)充添加國(guó)內(nèi)外流行的控制接口，如 EIB、 lonwork、 CEbus、 Canbus，以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)如：WiFi、 GPRS、藍(lán)牙等。它具有如下特點(diǎn)： 每個(gè)子系統(tǒng)都 可以脫離交互平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行 智能家居交互平臺(tái)中，各個(gè)子系統(tǒng)在脫離交互平臺(tái)時(shí)能夠獨(dú)立運(yùn)行，如果樓寓對(duì)講、家庭報(bào)警、各種電器控制、門禁、家庭娛樂(lè)等等。智能化系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容也從單純的方式向多種方式相結(jié)合 的方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的最基礎(chǔ)最核心最廣泛的單元細(xì)胞，而 ZigBee 能夠在數(shù)千個(gè)微小的傳 感傳動(dòng)單元之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它的通信效率非常高。在其制定的設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)中，智能住宅的電氣設(shè)計(jì)要求必須滿足以下三個(gè)條件，即：