【正文】 s Design Based on ZigBee Technology[J].IEEE Dependable，Automatic .Secure Computing， 20xx， 10： 758763. [14]team, AIR. Wireless Design amp。 (4) 設(shè)計(jì)中距離要求較短，不能貼近生活，若控制臺(tái)在手機(jī)上則更加能方便用戶進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制。 (2) 上位機(jī)程序多樣化、界面人性化。本設(shè)計(jì)僅做到了一些基礎(chǔ)性的工作。 (3) 分析 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)體系，組建家庭 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與智能家居相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、 ZigBee 傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高級(jí)語言編程、嵌入式技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了 PC 機(jī)對(duì)家庭中的電燈的遠(yuǎn)程控制。當(dāng) PC 與電燈距離過遠(yuǎn)時(shí)，通信質(zhì)量較差，然后是 CC2530 本來是可以用電池在支持供電的， 但是裝上電池后不能運(yùn)行，因?yàn)檫@個(gè)模塊在硬件上只能安裝一個(gè)電池，電壓無法支撐其工作，在實(shí)驗(yàn)過程中使用的是 USB 接口供電，造成了不能遠(yuǎn)距離的測(cè)試。 經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，電燈的照此方法控制其開關(guān)是可行的。 系統(tǒng)整體測(cè)試 通過以上兩個(gè)模塊的測(cè)試已經(jīng)可以確定上位機(jī)可以與協(xié)調(diào)器通過串口傳輸數(shù)據(jù)，而協(xié)調(diào)器也能將數(shù)據(jù)發(fā)送到家庭控制中心節(jié)點(diǎn)，接下來測(cè)試能否實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電燈。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)測(cè)試 圖 52 協(xié)調(diào)器與控制終端測(cè)試截圖 通過 USB 轉(zhuǎn)串口或其他串口連接到 PC 機(jī)。 22 第 5 章 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試 上位機(jī)測(cè)試 測(cè)試使用了虛擬串口驅(qū)動(dòng)軟件和串口調(diào)試助手。然后我們通過函數(shù)端口 發(fā)送函數(shù) (ColeVariant(m_Array)) 將m_Array 發(fā)送給協(xié)調(diào)器。 (COleVariant(m_Array))。)。 (1,39。S39。 (3)。發(fā)送數(shù)據(jù)主要代碼如下： CByteArraym_Array。不論串口初始化是否成功都彈出提示框來讓用戶了解上位機(jī)是否與協(xié)調(diào)器建立連接，方便用戶進(jìn)行下一步操作。 } 說明 :SetCommPort() 函 數(shù) 設(shè) 置 了 上 位 機(jī) 的 端 口 號(hào)， (115200,n,8,1)。// MessageBox(串口初始化完畢 ,提示 )。// (1)。//設(shè)置端口號(hào) (true)。通信層負(fù)責(zé)將應(yīng)用層傳遞過來的配置無誤的發(fā)送到下位機(jī)設(shè)備，并接收下位機(jī)上傳過來的數(shù)據(jù)，返回到應(yīng)用層。應(yīng)用層負(fù)責(zé)人機(jī)交換，響應(yīng)用戶的各種命令。 表 41 數(shù)字幀格式 數(shù)據(jù)幀 頭 1byte Datalength 1byte CMD 2byte Data 0Len FCS 1byte 固定值 0XFE 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 命令低字節(jié) 傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 校驗(yàn)和 (3)數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)模塊 當(dāng)用戶在控制臺(tái)操作時(shí)每當(dāng)按下按鈕就觸發(fā)該按鈕事件，數(shù)據(jù)采集模塊就將特定的值記錄下來并將數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。 上位機(jī)與協(xié)調(diào)器是通過串口來實(shí)現(xiàn)通信的，上位機(jī)發(fā)送串口命令給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器把命令的處理結(jié)果反饋給上位機(jī)，串口的命令為控制命令協(xié)調(diào)器將返回一種操作結(jié)果：成功或者失敗。 模塊功能 的實(shí)現(xiàn) (1)顯示模塊 顯示模塊接收各種數(shù)據(jù)并且能將數(shù)據(jù)直觀向用戶展現(xiàn)出來電燈的工作狀態(tài)，本設(shè)計(jì)中采用了提示框顯示方式，提示框顯示內(nèi)容具有較強(qiáng)的典型性，更加容易讓用戶察覺，而一般使用的在編輯框中顯示則不具有這一特點(diǎn)。可以通過右鍵點(diǎn)擊按鈕在屬性欄中設(shè)置它的標(biāo)題方便用戶認(rèn)識(shí)到按鈕的作用。然后將這個(gè)控件布局到整個(gè)界面中，當(dāng)上位機(jī)程序運(yùn)行后不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)圖標(biāo)。 開關(guān)按鈕：用來控制電燈的工作狀態(tài)， 狀態(tài)查詢：用戶查詢當(dāng)前電燈的工作狀態(tài)，然后可以根據(jù)亮滅情況進(jìn)行開關(guān)操作，打開 /關(guān)閉串口按鈕：連接 /斷開上位機(jī)與協(xié)調(diào)器的連接，當(dāng)按下關(guān)閉串口后此按鈕顯示內(nèi)容就會(huì)變?yōu)榇蜷_串口， 退出按鈕：用戶退出控制臺(tái)。 } } 說明：在本設(shè)計(jì)中當(dāng)我們接收到從協(xié)調(diào)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)（根據(jù)協(xié)調(diào)器那邊的設(shè)置傳送來的數(shù)據(jù)有三個(gè)），我們根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的任務(wù)，當(dāng)終端接收到數(shù)據(jù)后通過終端節(jié)點(diǎn)主芯片 CC2530的 。 HalLedBlink( HAL_LED_4, 4, 50, (flashTime / 4) )。) mark=0。 else if(set[0]==39。S39。 HalUARTWrite(0,set,len)。ilen。 if(SAMPLEAPP_COM_CLUSTERID:== pktclusterId) len=pkt[0]。其流程如圖 43所示： 初 始 化 硬 件初 始 化 軟 件開 始網(wǎng) 絡(luò) 建 立 成 功事 件 是 否 處 理休 眠處 理 事 件輪 詢中 斷YYNN 圖 43 終端節(jié)點(diǎn)工作流程圖 接收函數(shù)： void SampleApp_MessageMSGCB( afIningMSGPacket_t *pkt ) { uint16 flashTime。終端節(jié)點(diǎn)通常都處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)協(xié)調(diào)器傳來指令時(shí)．它就被激活．對(duì)傳來的指令進(jìn)行相應(yīng)的處理．處理完后又進(jìn)入到休眠狀態(tài)。 家庭 控制中心 節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì) 終端節(jié)點(diǎn)是命令的執(zhí)行者，在整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)中處于最底層，與家電設(shè)備緊密地結(jié)合在一起。接收到數(shù)據(jù)后就可以用函數(shù)SampleApp_SerialCMD((mtOSALSerialData_t *)MSGpkt)。 osal_msg_deallocate( (uint8 *)pMsg )。i++) { pMsgmsg[i+1] = buf[i]。 for(i=0。 pMsgmsg = (uint8*)(pMsg+1)。 } if(flag==1) { pMsg = (mtOSALSerialData_t *)osal_msg_allocate( sizeof ( mtOSALSerialData_t ) + j + 1 )。 j++。 // Intentionally unreferenced parameter while (Hal_UART_RxBufLen(port)) { HalUARTRead (port, amp。 uint8 buf[128]。 [13] 完成串口初始化后協(xié)調(diào)器就可以與上位機(jī)進(jìn)行通信。 else = NULL。 if defined (ZTOOL_P1) || defined (ZTOOL_P2) = MT_UartProcessZToolData。至此協(xié)調(diào)器一個(gè)周期的任務(wù)完成，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)中，如此往復(fù)。接著協(xié)調(diào)器通過無線電的形式把命令再一次發(fā)送出去，發(fā)送內(nèi)容中不再包含串口命令中的“幀頭”、“幀尾”和“目的地址”，只剩下了核心部分 ——命令。其工作流程如圖 42 所示 初 始 化建 立 網(wǎng) 絡(luò)向 服 務(wù) 器 注 冊(cè)傳 送 設(shè) 備 狀 態(tài) 數(shù) 據(jù)接 收 服 務(wù) 器 指 令智 能 家 電 控 制開 始 圖 42 ZigBee協(xié)調(diào)器工作流程圖 協(xié)調(diào)器在初始化、建立網(wǎng)絡(luò)完成之后協(xié)調(diào)器就進(jìn)入了工作狀態(tài)。 協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì) 作為創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)在智能家居控制系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器是唯一的，它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立者和維護(hù)者。將中心結(jié)點(diǎn)上的 Zigbee 節(jié)點(diǎn)稱為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（ Coordinator），在終端的 Zigbee 節(jié)點(diǎn)稱為終端 節(jié)點(diǎn)（ RFD） [12]。 HOT 端口與220V 電路的火線相連，而 GROUND 端口則與另一根地線相連，用光電耦合器MOC3021 作為晶閘管的驅(qū)動(dòng)器，當(dāng) 1 引腳為低電平時(shí)， MOC3021 內(nèi)部雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部晶閘管導(dǎo)通，然后整個(gè)電路導(dǎo)通，燈點(diǎn)亮；當(dāng) 1 引腳為高電平時(shí)，MOC3021 內(nèi)部雙向晶閘管斷開，從而觸發(fā)外部晶閘管也斷開，電路斷開，燈熄滅。協(xié)調(diào)器采用開關(guān)電源供電，終端設(shè)備采用干電池供電。因此本系統(tǒng)采用了兩種供電方案：一種是采用開關(guān)電源供電（開關(guān)電源與市電電網(wǎng)相連），另一種是采用干電池組（兩節(jié) AA 電池）供電。 、 圖 33 串口轉(zhuǎn)換電路 供電電源電路 ZigBee 節(jié)點(diǎn)設(shè)備按功能分，可以分為協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。 SN65C3243 支持 ~ 電壓供電，休眠電流僅為 1，而且?guī)ъo電保護(hù) [13]。所以當(dāng) CC2530 的 UART 相連于上位機(jī)時(shí)，它需要一個(gè) RS232 驅(qū)動(dòng)器來轉(zhuǎn)換電平。 圖 32 CC2530 核心功能模塊原理圖 串口通信接口 CC2530 有兩個(gè) USART（串行同步 /異步通信端口）接口，可以獨(dú)立地工作在UART(通用異步收發(fā)器 )模式或者 SPI(串行外設(shè)接口 )模式。 C C 2 5 3 0L C D 模 塊L E D 模 塊J T A G接 口電 路 控制 模 塊按 鍵模 塊串 口模 塊電 源 模 塊 圖 31 總設(shè)計(jì)方案 核心功能模塊 核心功能模塊主要由 CC2530 主芯片、電源 LC 濾波電路、外部晶振組成，此外還引出了所有的通用 I/O 端口分配在三個(gè)接口，如圖 32。只要極少數(shù)的外圍元器件就能完成一個(gè)典型的應(yīng)用設(shè)計(jì)，由此降低了整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的成本。 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在本系統(tǒng)中最小的單位是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的終端節(jié)點(diǎn)，它除了具有 無線收發(fā)功能外還必須具有一定的運(yùn)算能力和存儲(chǔ)能力?？煽毓枰坏?dǎo)通，控制極便失去其控制作用。加在可控硅陽極和陰極間的電壓低于轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，器件處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)器件的陽極上加正電位時(shí) (若控制極不接任何電壓 )，在一定的電壓范圍內(nèi)，器件仍處于阻抗很高的關(guān)閉狀態(tài)?？煽毓璧娜齻€(gè)電極分別叫陽極 (A)、陰極 (K)和控制極 (G)。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一 [8]。 CC2530 還可以配備 TI 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（ RemoTI， ZStack，或 SimpliciTI）來簡(jiǎn)化開發(fā)，使開發(fā)變得更加容易，因此本系統(tǒng)選擇 CC2530 作為主控制器 [11]。擁有龐大的快閃記憶體多達(dá) 256 個(gè)字節(jié)， CC2530 是理想的 ZigBee專業(yè)應(yīng)用芯片。 ZDO 利用原語履行它的職責(zé)，通過管理接口 APSMESAP 獲得 APS 的管理實(shí)體，應(yīng)用框架層通過 ZDO 公共接口和 ZDO 聯(lián)系在一起。它包括了 ZigBee 協(xié)議棧中所有應(yīng)用的通用函數(shù)。例如在智能家居照明系統(tǒng)中多個(gè)燈連接在一個(gè)無線電收發(fā)器上，每個(gè)燈都被分配了一個(gè)唯一的端點(diǎn)地址，都能被獨(dú)立地開啟和關(guān)閉。如果要廣播一個(gè)消息至所有應(yīng)用對(duì)象，那么它的端點(diǎn)地址必須設(shè)置為 255。每一個(gè)應(yīng)用都有一個(gè)唯一的端點(diǎn)地址（端點(diǎn) 1 至端點(diǎn) 240）。在一個(gè)設(shè)備中最多可以嵌入多達(dá) 240 個(gè)應(yīng)用對(duì)象。 在 ZigBee 設(shè)備中應(yīng)用層框架是應(yīng)用對(duì)象的支撐，同時(shí)也管理著協(xié)議層。跟低層協(xié)議相似，應(yīng)用支持子層支持兩種服務(wù)：數(shù)據(jù)和管理。 ZigBee 應(yīng)用層由三個(gè)部分組成，如圖 27 所示：應(yīng)用支持子層（ APS）、 ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ ZDO）和應(yīng)用框架。 上 層 實(shí) 體N L M EM A C 層 實(shí) 體N L M E S A PN L D E S A PM C P S A P M L M E S A PN L D EN E K I B 圖 26 網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu) 在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層會(huì)針對(duì)不同的設(shè)備類型初始化設(shè)備：如果是協(xié)調(diào)器，則應(yīng)該具備初始化并建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)的能力，包括支持其他設(shè)備的加入、離開，以及為其他設(shè)備分配地址等功能；如果是路由器應(yīng)具備發(fā)現(xiàn)、報(bào)告和記錄相鄰設(shè)備信息的能力；如果是終端設(shè)備則應(yīng)具備最基本的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送功能。對(duì)上，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體通過訪問服務(wù)接口 NLDESAP 為上層（一般是應(yīng)用層）提供數(shù)據(jù)服務(wù)；數(shù)據(jù)管理實(shí)體通過訪問服務(wù)接口 NLMESAP 為上層提供網(wǎng)絡(luò)層的管理服務(wù)。 上 層 實(shí) 體M A C 通 用 部 分 子 層M A C 管 理 層 實(shí) 體（ M L M E ）M A C P I B物 理 層M L M E S A PM C P S S A PP D S A P P L M E S A P 圖 25 MAC 層結(jié)構(gòu)模型 網(wǎng)絡(luò)層 NWK 由 ZigBee 協(xié)議棧架構(gòu)可知，網(wǎng)絡(luò)層是 ZigBee 聯(lián)盟定義的協(xié)議層。 MAC 管理服務(wù)則是通過 MAC 層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn) (MLMESAP)提供服務(wù)。 MAC 層幀包括幀頭、凈荷和幀校驗(yàn)序列（ FCS），具體結(jié)構(gòu)如下表 ： 表 21 MAC 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2（字節(jié)） 1 0/2 0/2/8 0/2 0/2/8 0/5/6/10/14 可變 2 10 幀控制 序列號(hào) 目的PAN標(biāo)識(shí)符 目的地址 源 PAN標(biāo)識(shí)符 源地址 安裝認(rèn)證頭 凈荷 幀校驗(yàn) 地址域 MAC 幀頭 MAC負(fù)載 MAC幀尾 MAC 提供了兩種服務(wù)： MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)和 MAC 層管理服務(wù)。目前 , 中 MAC 層并沒有規(guī)定短地址沖突檢測(cè)和解決的方法