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基于zigbee技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(參考版)

2025-07-17 19:59本頁(yè)面
  

【正文】 最后,感謝父母朋友和老師的支持。 Feng, HongYu。 Feng, HongYu。 8參 考 文 獻(xiàn)【1】中國(guó)智能家居信息網(wǎng)(.ezhome.on).了解國(guó)外智能家居品牌叨.?dāng)?shù)字社區(qū)amp。這部分中,主要工作是硬件設(shè)計(jì)和在CCS2.0編譯環(huán)境下完成RTL8019AS網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě),并最終實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信。文章中從ZigBee技術(shù)中最核心的協(xié)議棧入手,然后基于芯片CC2430完成了無(wú)線模塊的硬件設(shè)計(jì),并IAREmbeddedWorkbenchIDE編譯軟件環(huán)境下完成了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組網(wǎng)到從節(jié)點(diǎn)(終端節(jié)點(diǎn))添加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的軟件程序編寫(xiě),最后實(shí)現(xiàn)了通信。用戶可以通過(guò)手機(jī)或PC機(jī)接收MMS信息,根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程手機(jī)設(shè)定,從而實(shí)現(xiàn)靈活、便捷的家庭安全監(jiān)控。將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于智能家居中,實(shí)現(xiàn)了快速率、低成本、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信。7 總結(jié) 本文通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外智能家居研究的發(fā)展?fàn)顩r,結(jié)合國(guó)內(nèi)智能家居未來(lái)發(fā)展的廣闊前景以及實(shí)際需求,提出了一種智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。6.3本章小結(jié) 本章主要針對(duì)第3章、第4章的硬件完成了軟件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)包接收后,數(shù)據(jù)處理模塊要對(duì)其進(jìn)行拆解.將解包得到的IP地址與本地IP地址相比較,同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)和驗(yàn)證。在數(shù)據(jù)發(fā)送前,就要對(duì)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議封裝:首先對(duì)原始數(shù)據(jù)添加TCP頭,包括源端口、目的端口、TCP數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和校驗(yàn)和四個(gè)字段,然后再添加IP頭(包括源IP地址、目的IP地址、IP數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、校驗(yàn)和等字段),最后封裝以太網(wǎng)幀(包括目的MAC地址、源MAC地址和幀總長(zhǎng)度)。r,TxFrameSize);TCPPStatus=TCP_STATE_SYN_SENT; 將數(shù)據(jù)處理模塊作為主服務(wù)器,監(jiān)控機(jī)作為客戶端,這樣方便客戶搜集來(lái)自各個(gè)家庭中數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù),TCP連接實(shí)現(xiàn)后,可以通過(guò)TCP/IP測(cè)試軟件測(cè)試連接狀況,數(shù)據(jù)處理模塊的Ⅲ地址為:192.168.111,端口為:1028。當(dāng)TCP發(fā)出一個(gè)報(bào)文段后,就啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器,等待目的端確認(rèn)收到這個(gè)報(bào)文段,如果不能及時(shí)收到一個(gè)確認(rèn),將重發(fā)這個(gè)報(bào)文段。6.2.5 TCP協(xié)議的實(shí)現(xiàn) TCP是面向連接的,提供可靠的字節(jié)流服務(wù)。SIZE+ICMP—HEADER—SIZE+ICMPDataCount; .在ICMP測(cè)試中,將監(jiān)控機(jī)的D地址設(shè)置為:192.168.1.40(掩碼地址默認(rèn)),在運(yùn)行上述程序后,在MS.DOS下查看數(shù)據(jù)處理模塊與監(jiān)控機(jī)連通情況,就可以得到如圖6.15所示的測(cè)試結(jié)果。 ICMP都以相同的二個(gè)字節(jié)開(kāi)始:一個(gè)8位整數(shù)的報(bào)文類型字段用來(lái)識(shí)別報(bào)文;一個(gè)8位代碼字段提供有關(guān)報(bào)文類型的進(jìn)一步信息,另外,還要加上一個(gè)16位的校驗(yàn)和字段。IP傳遞的數(shù)據(jù)報(bào)可能會(huì)由于通信線路阻塞、計(jì)時(shí)器超時(shí)、處理機(jī)故障等多種原因而無(wú)法送達(dá)。MylP,2);//把數(shù)據(jù)處理模塊的m地址給源口地址memepy((TxEthnetFrameBuffer+IP_HEADEIUTART+8),amp。IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的部分代碼如下:*(TxEthnetFrameBuffer+IP_HEADEIUTART+0)=SwapWord(Ip_Edition);//IP版本,SwapWord0交換高低字節(jié),改為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*(TxEthnetFrameBuffer+IP_HEADER_START+1)=SwapWord(RecdlpFrameLenth*2);//收到的IP幀長(zhǎng)度*(TxEthnetFrameBuffer+IP_HEADER_jTART+2)=SwapWord(0);。 當(dāng)監(jiān)控機(jī)(PC機(jī))收到一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí),數(shù)據(jù)就開(kāi)始從協(xié)議棧中由底向上升,同時(shí)去掉各層協(xié)議加上的報(bào)文首部。ARP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的部分代碼如下:Void ArpRequest(structipaddr*ip) //ARP請(qǐng)求{LoadEnetHrd(RequestArp,ARP);LoadArp(ip,RequestArp);SendFrame(TxNetBuf,30);}Void ArpAnswer(structipaddr*ip)//ARP應(yīng)答{LoadEnetHrd(AnswerArp,ARP);LoadArp(ip,AnswerArp);SendFrame(TxNetBuf,30);}6.2.3 IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn) IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議棧中最核心的協(xié)議。這個(gè)內(nèi)存棧在不知道對(duì)方網(wǎng)絡(luò)硬件地址時(shí),一樣可以發(fā)一個(gè)ARP請(qǐng)求,并且能對(duì)ARP響應(yīng)進(jìn)行解析,記錄下對(duì)方的IP地址和硬件地址。在DSP芯片中實(shí)現(xiàn)ARP協(xié)議,就是通過(guò)開(kāi)一個(gè)固定大小的內(nèi)存棧作為CACHE,這個(gè)內(nèi)存棧維護(hù)一個(gè)P地址到物理地址的映射表,這個(gè)棧能響應(yīng)對(duì)方ARP請(qǐng)求,即在遠(yuǎn)方主機(jī)探求自己的硬件地址時(shí),能夠發(fā)送一個(gè)ARP響應(yīng)分組,告訴對(duì)方自己的硬件地址,同時(shí)在內(nèi)存棧中根據(jù)對(duì)方的IP地址查詢物理地址時(shí),如果沒(méi)有相應(yīng)的映射,就記錄下對(duì)方的口地址和硬件地址,為以后發(fā)送口分組做準(zhǔn)備。各個(gè)寄存器的用法可以參考芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)【23l。實(shí)物調(diào)試圖如圖6.8所示。這時(shí)候再打開(kāi)兩個(gè)或更多終端節(jié)點(diǎn),就能讓這些節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò),從串口調(diào)試助手的窗口可以看到加入網(wǎng)絡(luò)成功的提示信息“Nodej6ined:”同時(shí)給出網(wǎng)絡(luò)分配給該節(jié)點(diǎn)的物理地址。整個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)的軟件流程圖如圖6.6所示。通過(guò)向MAC層發(fā)送MLME.SCAN.request原語(yǔ)開(kāi)始進(jìn)行孤點(diǎn)掃描,其掃描的結(jié)果通過(guò)MLME.SCAN.confirm原語(yǔ)返回到網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體。終端設(shè)備通過(guò)發(fā)送NLME—JOIN.request原語(yǔ)來(lái)開(kāi)始執(zhí)行孤點(diǎn)方式同網(wǎng)絡(luò)連接,其原語(yǔ)RejoinNetwork參數(shù)設(shè)置為T(mén)RUE。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)成功后,會(huì)從串13輸出信息“Network formed,waiting for RX”信息. 網(wǎng)絡(luò)建立成功后,需要添加終端設(shè)備(終端節(jié)點(diǎn))進(jìn)入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在組網(wǎng)通信過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊的物理地址(Address)為:0xFFFFFFFFFFFFFFll,這是無(wú)法改變的;該星型網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)號(hào)(DefaultPAN)為:0x00001347;該網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)的頻道號(hào)(DcfaultChannel)為:Oxl4。如圖6_3所示。要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò),第一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須被配置成協(xié)調(diào)器,這樣才能管理以后添加到網(wǎng)絡(luò)的其它RFD節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)zigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員加入、節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備關(guān)聯(lián)表的維護(hù)并根據(jù)網(wǎng)路的狀況自動(dòng)更新。整個(gè)流程如圖6.1所示。然后協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體將向MAC層發(fā)出MLME.START.request原語(yǔ)啟動(dòng)新的個(gè)域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層還要通過(guò)發(fā)出MLME.SET.request原語(yǔ)給MAC層來(lái)設(shè)置macPANId(0x50)屬性。為了選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符,需要檢查PANID參數(shù)是否在NLMENETWORK.FORMATION.request原語(yǔ)中已指定。當(dāng)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體查找不到與其它節(jié)點(diǎn)模塊通信的合適信道,將終止建網(wǎng)過(guò)程,并且向協(xié)調(diào)器應(yīng)用層發(fā)出建網(wǎng)失敗信息,即通過(guò)發(fā)送參數(shù)狀態(tài)為STARTUPFAILURE的原語(yǔ)NLMENETWORKFORMATION.confirm給應(yīng)用層知道。協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將發(fā)送MLME—SCAN.request原語(yǔ)執(zhí)行主動(dòng)掃描,該原語(yǔ)的ScanType參數(shù)設(shè)置為主動(dòng)掃描,ChannelList參數(shù)設(shè)置為那些已經(jīng)通過(guò)能量檢測(cè)允許的信道列表,同時(shí)在這些信道內(nèi)搜索其它終端節(jié)點(diǎn)模塊。為實(shí)現(xiàn)能量檢測(cè)掃描,協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)發(fā)送掃描類型參數(shù)設(shè)置為能量檢測(cè)掃描的MLME.SCAN.request原語(yǔ)到MAC層進(jìn)行信道能量檢測(cè)掃描,掃描結(jié)果通過(guò)MLME.SCAN.confirm原語(yǔ)返回給網(wǎng)絡(luò)層。然后協(xié)調(diào)器應(yīng)用層發(fā)出NLMENETWORK.FORMATION.request原語(yǔ)給協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層來(lái)啟動(dòng)新的網(wǎng)絡(luò)建立。其中星型網(wǎng)絡(luò)是最省電的,且造價(jià)最低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。5.3本章小結(jié) 本章結(jié)合第4章對(duì)TMS320F2812的研究,簡(jiǎn)要介紹了μC/OS.II的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu),為pC/OSII的移植做了原理性解釋,同時(shí)介紹了移植μC/OS.II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的方法及步驟。(3)在OSCPUA.ASM文件中,集中了所有與處理器相關(guān)的匯編語(yǔ)言代碼模塊,在OSCPUA.ASM中要編寫(xiě)4個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)。行I.μC/OS.II移植,主要進(jìn)行以下部分的操作:(1)在OSCPU.H文件中用define語(yǔ)句定義與處理器相關(guān)的常數(shù)、宏和類型;根據(jù)處理器堆棧結(jié)構(gòu)在OSCPU.H中定義堆棧增長(zhǎng)方向。(5)中斷服務(wù)狀態(tài)(ISR):一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)一旦響應(yīng)中斷申請(qǐng)就會(huì)中止運(yùn)行而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序,這時(shí)任務(wù)的狀態(tài)叫做中斷服務(wù)狀態(tài)。這時(shí),控制塊指針OSTCBCur指向正在運(yùn)行的任務(wù)的任務(wù)控制塊。(3)運(yùn)行狀態(tài)(Rl烈NING):處于就緒狀態(tài)的任務(wù)如果經(jīng)調(diào)度器判斷獲得了處理器的使用權(quán),則任務(wù)就進(jìn)入了運(yùn)行狀態(tài)。(2)就緒狀態(tài)(READY):當(dāng)任務(wù)~旦建立,這個(gè)任務(wù)就處于就緒態(tài)準(zhǔn)備運(yùn)行。任務(wù)在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換即有5種狀態(tài):(1)睡眠狀態(tài)(DORMANT):指任務(wù)駐留在程序空間中,還沒(méi)有交給操作系統(tǒng)管理。對(duì)于0號(hào)任務(wù)~3號(hào)任務(wù),由于它們是保證家居安全的是不允許中斷響應(yīng)的,所以在這些任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行時(shí),一定要設(shè)置程序狀態(tài)字PSW為0x0002(關(guān)中斷)。對(duì)應(yīng)于任務(wù)6,分別將從水、電、燃?xì)獗聿杉臄?shù)據(jù)立即上傳。因?yàn)樗?、電表、燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求沒(méi)有那么高,可以分時(shí)采集,在執(zhí)行該任務(wù)時(shí),同時(shí)通過(guò)ZigBcc網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器同時(shí)發(fā)送一個(gè)16位地址符就可以選擇出所要執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)的終端節(jié)點(diǎn),另外,還要為該任務(wù)調(diào)用一個(gè)延時(shí)函數(shù),并設(shè)置延時(shí)時(shí)鐘周期數(shù),從而最終實(shí)現(xiàn)在三表間輪流數(shù)據(jù)采集。因?yàn)榇昂煹目刂剖且粋€(gè)閉環(huán)控制。4號(hào)任務(wù),用來(lái)控制冰箱、空調(diào)、電視、燈的電源開(kāi)關(guān),通常情況下,這些開(kāi)關(guān)型控制,只用一個(gè)任務(wù)就可以完成,只要在執(zhí)行該任務(wù)時(shí),同時(shí)通過(guò)ZigBec網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器同時(shí)發(fā)送一個(gè)16位地址符就可以選擇出所要執(zhí)行開(kāi)關(guān)任務(wù)的終端節(jié)點(diǎn)。2號(hào)任務(wù),與0號(hào)任務(wù)對(duì)應(yīng),將安防傳感器(煤氣泄露)采集的數(shù)據(jù)最終通西華大學(xué)碩士學(xué)位論文過(guò)以太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī)(PC機(jī))上。1號(hào)任務(wù),用來(lái)監(jiān)測(cè)安防傳感器(溫度)。 圖5.1 μC/OS.II的體系結(jié)構(gòu)5.2 μC/0S—II的移植 在本設(shè)計(jì)中,所移植的系統(tǒng)建立了8個(gè)任務(wù)(參照見(jiàn)圖1.2):O號(hào)任務(wù),用來(lái)監(jiān)測(cè)安防傳感器(煤氣泄露)。(3)μC/OS.Ⅱ最多可以支持64個(gè)任務(wù),采用的是占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核,保證任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)能夠即時(shí)完成。μC/OS.H操作系統(tǒng)是一種性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)且被廣泛應(yīng)用的免費(fèi)嵌入式操作系統(tǒng),其主要特點(diǎn)有:(1)μC/OS.II是一個(gè)可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核,其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。其中絕大部分代碼都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的,只有極少數(shù)部分與處理器密切相關(guān)的代碼是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的,所以用戶只要做很少的工作就可把它移植到各類8位、16位和32位嵌入式處理器上。最早這個(gè)系統(tǒng)叫做μC/OS,后來(lái)經(jīng)過(guò)近10年的應(yīng)用和修改,在1999年JeanJ.Labrosse推出了μC/OS.II,并在2000年通過(guò)了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局的RTCADO:178B標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,從而證明μC/OS.II具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。本設(shè)計(jì)在考慮到整個(gè)設(shè)計(jì)成本問(wèn)題時(shí),首選免費(fèi)型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),考慮到μC/OS比較適合家庭這種小型的控制系統(tǒng),同時(shí)執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn),對(duì)處理器的移植比較簡(jiǎn)單,所以最后選擇了μC/os—II作為本設(shè)計(jì)將要移植的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。所以說(shuō)移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是有必要的。 串行通信電路4.3本章小結(jié) 本章概述了數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)目的和原理,并以TMS320F2812為核心,詳細(xì)介紹了外圍電路設(shè)計(jì)和輔助通信電路設(shè)計(jì)方案。 以太網(wǎng)通信接口電路 考慮到以后調(diào)試工作的需要,所以為數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)了串行接口。為了做到這點(diǎn),如果33引腳RSTDRV置高,則網(wǎng)絡(luò)適配器被認(rèn)為放入16位插槽,而IOCSl6B腳將會(huì)連~300W的上拉電阻;反之,則被認(rèn)為放入8位插槽,而IOCSl6B腳將會(huì)連一27KW的下拉電阻。本地DMA完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換,遠(yuǎn)程DMA負(fù)責(zé)DSP與RAM之間的數(shù)據(jù)傳輸,DSP收發(fā)數(shù)據(jù)只對(duì)遠(yuǎn)
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