【正文】 1~6 腳 (~ )：具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力； 9 腳 (， )：具有 20 mA 的驅(qū)動(dòng)能力； 11~18 腳 ( ~)：具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力； 4 4 4 4 48 腳 (， ， ， )：具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。用 1 個(gè) kHz 的石英諧振器（ XTAL2） 和 2 個(gè)電容構(gòu)成一個(gè) kHz的晶振電路。電路中的非平衡變壓器由 1 個(gè)電容和 3 個(gè)電感以及一個(gè) PCB 微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足 RF 輸入 /輸出匹配電阻 (50 Ω)的要求。 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳連接著一個(gè)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。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 21 從 5V釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。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(shí)，提供復(fù)位信號(hào)，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定撤銷復(fù)位信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)采用的技術(shù)進(jìn)行比較分析，對(duì)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(guò)家居控制器將室內(nèi)局域網(wǎng)與外網(wǎng) GPRS 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線遠(yuǎn)程的智能家居的控制。該芯片采用 工藝生產(chǎn)，工作時(shí)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。通過(guò) AT 指令完成 GPRS 短信息接收和傳送到主控制器中。要處理的數(shù)據(jù)量相對(duì)較低，并且考慮到成本問(wèn)題，而采用了 AT89S52 單片機(jī)作為主處理器。單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)終端或硬件復(fù)位為止。 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(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 1 個(gè) 6 向量 2 級(jí) 中斷結(jié)構(gòu)，全 雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。這個(gè)部分我們選 用的是 AT89S52 作為總控制器。通過(guò) TA， TE發(fā)送 AT 命令來(lái)控制移動(dòng)臺(tái) MS(Mobile Station)的功能，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。 TC35 的數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)， MCU 一邊偵聽監(jiān) 測(cè)端口的報(bào)警信號(hào)，一邊等待接收從 GSM 網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的短信控制指令。 TC35i 模塊有 40 個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè) ZIF 連接器引出。西門子公司的 TC35i 模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí) GSM 模塊，工作在 900MHz和 1800MHz雙頻段，可以傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)。CC2430 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(jiǎn)單編程對(duì)傳感器發(fā)出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理發(fā)送到主控制器，同時(shí)可以對(duì) 接收 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 ? 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。 ? 在休眠模式時(shí)僅 μA的流耗，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī) 模式時(shí)少于 μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療 (ISM)頻段， (全球 )、915MHz(美國(guó) )和 868MHz(歐洲 )。 ZigBee 可采用星狀、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理 254 個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。 (5)短時(shí)延。 ZigBee 工作在 20250kbps 的較低速率，分別提供 250kbps()、40kbps(915MHz)和 20kbps(868MHZ)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。在低耗 電待機(jī)模式下， 2 節(jié) 5 號(hào)干電池可支持 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)工作 6~24 個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。 ZigBee 模塊是將主控制 器所下達(dá)的命令通過(guò)無(wú)線的 ZigBee 網(wǎng)傳輸?shù)郊译姸?。?dāng)檢測(cè)到的火災(zāi)存在，將把采集到的信息通過(guò)無(wú)線 ZigBee 模塊發(fā)送到家庭控制器，家庭控制器通過(guò) GPRS 模塊將信息以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)。并且以短消息的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了效率降低了成本，同時(shí)本系統(tǒng)可以擴(kuò)展應(yīng)用于多種無(wú)人職守地區(qū)的監(jiān)控安防等場(chǎng)所，如圖 31 所示。用戶可根據(jù)其需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新和升級(jí)。與此同時(shí)，應(yīng)立足于用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的具體需求，具有實(shí)用性。 本章小結(jié) 本章介紹了 GPRS 技術(shù)和 ZigBee 技術(shù)在應(yīng)用于智能家居中短距離無(wú)線通信的優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)介紹了 GPRS 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議和路由管理的相關(guān)知識(shí)。 第二種情況中，一個(gè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)到移動(dòng)臺(tái)，首先通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和 GGSN 之間的路由。 第一種情況，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生了一個(gè) PDU(分組數(shù)據(jù)單元 )，這個(gè) PDU 經(jīng)過(guò) SNDC 層處理，稱為 SNDC 數(shù)據(jù)單元。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定 TCP/IP 地址和加密方式。 MAC 的主要作用是定義和分配空中接口控制層。 (2)GPRS 協(xié)議 移動(dòng)臺(tái) (Ms)和 SGSN 之間的 GPRS 分層協(xié)議模型如圖 27 所示： 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議S N D CL L CM A C物 理 鏈 路R F 接 口M S物 理 鏈 路R F 接 口物 理 鏈 路M A CL L RL A P DL A P DL L CS D N C網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議R S SU mG bU m 圖 27 GPRS 協(xié)議 Agreement of GPRS 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì) 12 Um 接口是 GSM 的空中接口?？梢杂涗浰羞M(jìn)出大門的個(gè)人的信息。 ZigBee 應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵問(wèn)題 ZigBee 實(shí)現(xiàn)家庭組網(wǎng)的目標(biāo)是 ：在消費(fèi)類電子設(shè)備中嵌入 ZigBee 芯片聯(lián)網(wǎng)后，實(shí)現(xiàn)家電等設(shè)備的無(wú)線互連和家庭自動(dòng)化。均可以考慮采用 ZigBee 技術(shù)作無(wú)線傳輸： ? 設(shè)備成本較低．傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小。 ZigBee 的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景 ZigBee 技術(shù)將主要嵌入在消費(fèi)性電子設(shè)備、家庭和建筑物自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)控制裝置、電腦外設(shè)、醫(yī)用傳感器、玩具和游戲機(jī)等設(shè)備中。 ZDO 的職責(zé)是定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它設(shè)備的角色。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì) 10 a)配置一個(gè)新設(shè)備 b)開始一個(gè)新網(wǎng)絡(luò) c)加入 或者離開網(wǎng)絡(luò) 圖 26 NWK 層模型 Model of NWK (6) 應(yīng)用層 應(yīng)用會(huì)聚層將主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)上，具體而言包括：安全與鑒權(quán)、多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會(huì)聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。 ZigBee 規(guī)范定義的 NWK 層協(xié)議，提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) (NLDE)和管理服務(wù) (NLME)的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，用于將 APL層提供的數(shù)據(jù)打包成 應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，并將其傳輸給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的 NWK 層；或者將接收到的應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行解包，并將解包后得到的數(shù)據(jù)傳送給 本節(jié)點(diǎn)的 APL 層 。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和維護(hù)、命名和綁定服務(wù)，它們協(xié)同完成尋址、路由及安全這些必須任務(wù)。若發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)收不到確認(rèn) 幀，將自動(dòng)重傳該幀。靈活的 MAC 幀結(jié)構(gòu)適應(yīng)了不同的應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男枰?，同時(shí)也保證了協(xié)議的簡(jiǎn)潔。 圖 24 MAC 子層組成及接口模型 MAC Form and Interface Model 的 MAC 協(xié)議包括以下功能：設(shè)備間無(wú)線鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束；確認(rèn)模式的幀傳送與接收；信道接入控制；幀校驗(yàn)；預(yù)留時(shí)隙管理；廣播信息管理。 字節(jié) 4 1 1 可變 前同步碼（ Preamble） 幀定界符（ SFD） 幀長(zhǎng)度 (7bits) 保留（ 1bit） 物理層數(shù)據(jù)（ PSDU） 同步頭（ SHR） 物理層報(bào)頭（ PHR） 物理層凈荷 圖 23 PPDU 格式 of PPDU 前同步碼域用來(lái)為 后續(xù)數(shù)據(jù)的收發(fā)提供碼片或數(shù)據(jù)符號(hào)的同步，幀定界符用來(lái)標(biāo)識(shí)同步域的結(jié)束及報(bào)文數(shù)據(jù)的開始。數(shù)據(jù)碼片序列采用半正弦脈沖波形的偏移四相移相鍵控技術(shù) (OQPSK)調(diào)制，對(duì)偶數(shù)序列碼片進(jìn)行同相調(diào)制，而對(duì)奇數(shù)序列碼片進(jìn)行正交調(diào)制 ，如圖 22 所示 。40 pm。由于這兩個(gè)頻段上無(wú)線信號(hào)傳播損耗較小，因此可以降低對(duì)接收機(jī)靈敏度的要求。 ISM頻段，有助于 ZigBee 設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。 ZigBee 聯(lián)盟制定了 MAC 層以上協(xié)議，其協(xié)議套件由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。通過(guò)實(shí)用證明，星形家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)簡(jiǎn)單。 在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用星型網(wǎng)絡(luò)，這種星型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是對(duì)中心節(jié)點(diǎn) (這里是無(wú)線數(shù)字家居服務(wù)器或網(wǎng)關(guān) )的依賴性很大，中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題可能造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。在 網(wǎng)絡(luò)中，有一個(gè)稱為 PAN 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者 (PAN coordinator)的 FFD 設(shè)備。 FFD 之間以及 FFD 和 RFD 之間都可以相互通信；但 RFD 只能與 FFD 通信，而不能與其他 RFD 通信。在最后又介紹了智能家居系統(tǒng)的幾個(gè)特點(diǎn) ，設(shè)計(jì)智能家居時(shí)需要考慮的一些問(wèn)題 。 (5)家電完成的功能各有不同，需要達(dá)到的智能水平也有很大的差異，要針對(duì)不同的功能要求，設(shè)計(jì)不同家電的智能水平 (比如說(shuō)，如果讓電燈也共享 Inter 資源，顯然沒(méi)有必要，但是家中的攝像監(jiān) 控設(shè)備則需要較高的智能水平 )。 智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn) (1)它的對(duì)象是結(jié)構(gòu)和 特性完全相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，電器之間的數(shù)據(jù) 共享 比較困難。從目前中國(guó)的國(guó)情來(lái)看，實(shí)用型與舒適型應(yīng)當(dāng)成為家庭住宅建設(shè)的主流，舒適型面向中等偏上收入者。此外，每個(gè)房間的墻壁顏色、裝修風(fēng)格和溫度 ,都可以根據(jù)家庭成員的喜好和情緒自動(dòng)更換。由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時(shí)間內(nèi)還 沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以一般都是一個(gè)廠家單獨(dú)做系統(tǒng)研發(fā)方案的。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持 信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中三個(gè)層次所涉及的關(guān)鍵技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)最終實(shí)現(xiàn)并得以實(shí)施的重要保證。近幾年金融危機(jī)之后的復(fù)蘇時(shí)期，物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風(fēng)行，受到各國(guó)政府的重視。但是物聯(lián)網(wǎng)的第一次提出源于 1999 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成立 AutoID 研究中心，進(jìn)行 RFID技術(shù)的研發(fā)，將 RFID 與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，提出了產(chǎn)品電子代碼（ EPC）解決方案。從字面上解釋，物聯(lián)網(wǎng)就是 ―物物相連的互聯(lián)網(wǎng) ‖。家居智能的基本目標(biāo)是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過(guò)家庭總線技術(shù) (HBS)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。 智能家居的概念早在上世紀(jì) 80 年代初就已經(jīng)提出。 Remote Control 目 錄 前言 ....................................................................................................................... 1 1 緒論 ................................................................................................................... 2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述 ............................................................................................. 2 智能家居概述 .............................................................................................. 3 智能家居的發(fā)展 ............................................................................................. 3 智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn) ..................................................................................... 4 本章小結(jié) ......................................................................................................... 4 2 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)通信技術(shù)的原理 ............................................................................ 5 ZigBee 無(wú)線技術(shù) ............................................................................................. 5 ZigBee 的概念 ..........