【正文】 要求，但是信息傳輸?shù)目煽啃砸蟊容^高。因此本文以下是對系統(tǒng)中的 Zigbee 無線通信技術(shù)網(wǎng)絡進行研究。雖然不是所有的幀都包含序列域和地址，但網(wǎng)絡層幀的報頭域，依然是按照固定的順序出現(xiàn)。包含地址、幀控制和序列信息。包含幀類型所指定的信息。如圖 所示 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） Zigbee 組網(wǎng)技術(shù)及其協(xié)議 11 圖 網(wǎng)絡層模型 所謂網(wǎng)絡層幀的格式，其實就是網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (NPDU)的格式。 Zigbee 網(wǎng)絡層協(xié)議規(guī)范 Zigbee 網(wǎng)絡層主要功能包括設備連接和斷開網(wǎng)絡時所采用的機制，以及在幀信息傳輸過程中所采用的安全性機制。 標準中定義了四種類型的幀分別是：數(shù)據(jù)幀、信標幀、確認幀和 MAC 命令幀。 MAC 層幀頭所包含的幀控制、幀序列號以及地址域三項， MAC 層幀頭中的順序是不變的；MAC 負荷中包含了一些特定幀的信息，它的長度是可以變化的； MAC 層幀尾中包含幀校驗序列域 (FCS )。管理實體接口的目標是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的服務。 ? MAC 數(shù)據(jù)服務，通過公共部分子層數(shù)據(jù)接入點 MCPSSAP 接入； ? MAC 管理服務 ，通過 MLMESAP 接入。 圖 是 MAC 層的服務實體和接口。它的職責包括傳輸信標幀、保持同步提供可靠的傳輸機制。擴頻后，信號通過 OQPSK調(diào)制方 式調(diào)制到載波上。 Zigbee設備在三個免許可證的頻段分別采取不同的調(diào)制和擴頻方式。同樣，在物理層與 MAC 層之間數(shù)據(jù)字段的傳送也遵循這一規(guī)則。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） Zigbee 組網(wǎng)技術(shù)及其協(xié)議 9 i. 物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PPDU 在 Zigbee 物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PPDU(PHY Protocol Data Unit)數(shù)據(jù)包格式中，最左邊的字段優(yōu)先發(fā)送和接收。前者從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，后者維護一個物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。這些信道的中心頻率定義如 下： Fc=， k=0； (21) Fc=906+2(k1)MHz， k=1， 2，?， 10； (22) Fc=+5(k11)MHz， k=11， 12，?， 26。其中， 16個信道 。 Zigbee 物理層協(xié)議規(guī)范 PHY 層主要負責處理以下任務 [4]： (1) 無線發(fā)射機的激活和關(guān)閉； (2) 已有信道的能量檢測； (3) 接收分組的鏈路質(zhì)量指示； (4) 基于 CSMACA的空閑信道評估； (5) 信道頻率選擇； (6) 數(shù)據(jù)傳輸和接收。 [4] 圖 Zigbee 體系結(jié)構(gòu) Zigbee 技術(shù)的協(xié)議層結(jié)構(gòu)簡單，不同于藍牙和其他網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)通常為 7層，而 Zigbee技術(shù)僅為 3層。 Zigbee 體系結(jié)構(gòu) ZigBee 它是建立在開放系統(tǒng)互聯(lián) (OSI)7層模型的基礎之上，但它美中不足的就是只是定義了與實際應用功能有關(guān)的層。 在 自動控制和遠程控制領域 更為適用 ，可以嵌入 多種 設備。 Zigbee 簡介 所謂 Zigbee 技術(shù)是由 蜜蜂的八字舞 來命名的 ， 因為 蜜蜂 (bee)是 依靠 飛翔和 “ 嗡嗡 ”(zig) 地 扇動 翅膀的 “ DANCE” 來 告訴 同伴花粉所在方位 的 信息， 換言 之 就是說蜜蜂靠這樣的方 法組 成了群體中的通 訊 網(wǎng)絡。例如， 頻段總共提供 16 個信道 (信道 11~26)、915MHz 頻段提供 10 個信道 (信道 1~10)而 868MHz 頻帶提供 1 個信道 (信道 0)。IEEE 總共定義了 3個工作頻段： 、 915MHz、 868MHz。 RFD設備在網(wǎng)絡中主要是一個應用設備，它們相當簡單，比如它們可以作為燈的開關(guān)或者紅外傳感器，但不能傳輸大規(guī)模的數(shù)據(jù)，而且在某一時刻只能和一個 FFD相聯(lián)系。 [6] IEEE LRWPAN網(wǎng)絡有以下特點 [4]： 20kb/s， 40kb/s， 250kb/s三種傳輸速率； ； 16bit短地址和 64bit的擴展地址； (GTS)的分配； ； ； ； ； ； LRWPAN 中含有兩種不同類型的設備：全功能設備 (FFD)和簡 單功能設備 (RFD)FFD在三種網(wǎng)絡頻段中可作為整個 PAN的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、路由器或網(wǎng)絡中的應用設備。 Zigbee則主要負責網(wǎng)絡層及其以上層的協(xié)議。該工作組致力于定義一種低廉固定的、移動設備使用的復雜度極低、成本低、功耗低、速率低的無線連接技術(shù)。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） Zigbee 組網(wǎng)技術(shù)及其協(xié)議 6 2 Zigbee 組網(wǎng)技術(shù)及其協(xié)議 Zigbee 是最近幾年才提出的一種功耗低、速率低、距離近、復雜度低、成本低廉的無線通信技術(shù)，適用于遠程控制和自動控制兩方面，是為了小型設備的控制和無線聯(lián)網(wǎng)而制定的。表 。 小范圍有 效 單個設備的有效覆蓋范圍在 10m~75m之間，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境，但還要依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和多個不同的應用模式而定。為此大大降低了制造成本。在待機模式下，一對普通號干電池就可以支撐 6 個月到 2年左右的使用壽命。 Zigbee包括下面所訴幾方面的技術(shù)特點 相對較低的數(shù)據(jù)傳輸速率 其中包括 20kbps、 40kbps、 250kbps三種數(shù)據(jù)傳輸速率。 所謂 Zigbee就是一個全新的無線連接技術(shù)，這項無線連接技術(shù)關(guān)鍵在于解決了成本低、功耗低、繁復度低、傳輸速率低、近距離設備聯(lián)網(wǎng)。 RFID 是一種非接觸式自動識頻技術(shù)，它通過射頻信號自動識別對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。所以，許多業(yè)內(nèi)人士認為，藍牙的市場前景關(guān)鍵在于藍牙的應用是否能達到一定的規(guī)模和價格能否下調(diào)。主要體現(xiàn)在芯片大小和價格居高不下、抗干擾能力較弱、傳輸受距離限制、信息安全不受保證等等問題。藍牙標準是 IEEE ，藍牙協(xié)議工作可建立在無需許可的 ISM頻段 。 1998年 6月 11日， 英特爾、諾亞、索尼愛立信、東芝等創(chuàng)立的藍牙興趣小組，專門來制訂藍牙技術(shù)統(tǒng)一標準。但是，由于技術(shù)標準沒有公開，只獲得了將近二十家公司的支持，在抗干擾能力方面與其他技術(shù)標準相比還存在著不少缺陷，并且后續(xù)研發(fā)技術(shù)升級進展遲緩，在同其他標準協(xié)議的競爭中漸攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒 論 4 漸失利，喪失了它技術(shù)的優(yōu)勢，可能會被擠出無線通信市場。 現(xiàn)在，市場上無線技術(shù)種類很多，應用范圍不同，其中，應用最為廣泛的有如下幾種無線技術(shù)： (Home RF) 家庭無線電射頻技術(shù)無線聯(lián)網(wǎng)標準是由 Proxio、西門子、康柏、摩托羅拉、電腦等發(fā)起組建工作組負責研發(fā)的，它的研發(fā)初衷是為了家庭無線聯(lián)網(wǎng)提供一個組網(wǎng)便捷 、容易使用、低成本且通用的標準?！盁o線家居”是未來的發(fā)展方向，在有線方式中，各傳感器和控制器的連接都通過總線，其優(yōu)點是可以簡化功能單元的設計 ，缺點是布線較為復雜，結(jié)構(gòu)繁復等等，而無線技術(shù)不但不存在布線的問題，而且擴展較為容易，維護及使用都比較簡單。同時用戶不必在線路上更改，其與以太網(wǎng)設備基本類似但它沒有提供足夠份額 RJ11接口，這便給設備的擴展帶來許多的不便。以 太網(wǎng)本身的實現(xiàn)成本就很低，但專門布線需要花大量的費用。它必須采用專門鋪設的線纜布網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率非常高，可達 10Mbps 或 100Mbps，能夠傳輸電話、數(shù)據(jù)、視頻和家電控制信息，主要用于個人電腦的有線局域網(wǎng)及高速因特網(wǎng)。這種技術(shù)在美國占據(jù)了主流市場，利用這項技術(shù)可以實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡的連接，數(shù)據(jù)傳輸有很高的可靠性，但是，由于電力線自身的噪聲和信號的傳輸效率原因，這種技術(shù)并不適合數(shù)據(jù)的高速傳輸，而且也沒有技術(shù)標準，擴展性較差。無線方式包括紅外 IrDA、無線局域網(wǎng)的 IEEE 、家庭射頻技術(shù) HomeRF、藍牙的 IEEE 802. 15. 1和 ZigBee的攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒 論 3 IEEE 802. 15. 4等。 目前關(guān)于室內(nèi)網(wǎng)絡有許多解決方案，主要是有線和無 線兩種方式。該設計實現(xiàn)通過無線局域網(wǎng)對家庭電器進行控制和監(jiān)控。無線網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展十分迅速，從廣域網(wǎng) (Inter、 GSM\GPRS)到基于 系列的無線局域網(wǎng) (WLAN)、基于藍牙的無線個人局域網(wǎng) (WPAN)基于Zigbee 的低速無線個人局域網(wǎng) (LRWPAN)[3]，加上嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，人們就可以實現(xiàn)家具設備和微控制器的互連了。 智能家電的發(fā)展方向 網(wǎng)絡化是未來無線智能家電控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 [6]，它能提供標準的接口和無線網(wǎng)絡互聯(lián)功能，而且可以通過不同的通信協(xié)議來實現(xiàn)。 ：系統(tǒng)在不改動的情況下，能夠自動進行軟件升級和功能擴展。 ：由于用戶不能親身進行系統(tǒng)的配置和管理。所以，我們要重點考慮以下特點： ：網(wǎng)絡中控制的對象主要是大量的家電和傳感器終端節(jié)點。音視頻等大數(shù)據(jù)傳輸可能需要高速的通信接口 來維持，而本網(wǎng)絡在于設備的互連和控制功能，不需要高速率的通信技術(shù)來支撐。因此，目前我國還處于初級發(fā)展階段，各大廠家推出了各自的智能家居控制系統(tǒng)，如科龍集團研發(fā)的“智能網(wǎng)絡家居系統(tǒng)”，海信集團的“智能家居控制系統(tǒng)”，清華同方的“ eHome數(shù)字家園”等等。但其反應速度慢，抗干擾能力差。其中發(fā)展最為成熟的技術(shù)也是應用最廣泛的技術(shù)是 X10，其產(chǎn)品以超過 5000 多攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒 論 2 種，比如燈光控制、家庭影院等。 智能家電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，智能家電在發(fā)展中遇到了不少問題：系統(tǒng)復雜、價格貴、普及率不高等，根據(jù)資料顯示，我國的智能家居產(chǎn)業(yè)還沒有相關(guān)的統(tǒng)一行業(yè)標準，各個企業(yè)各自為準，導致產(chǎn)品不能相互兼容；產(chǎn)品實用性不好，操作較復雜；價格仍居高不下。該系統(tǒng)將所有家電組成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡，同時具有與外部互聯(lián)網(wǎng)相連接的功能。 智能家電控制系統(tǒng)只是智能家居系統(tǒng)的其中一部分，它利用智能家居系統(tǒng)的 控制 網(wǎng)絡工作。 智能家電控制系統(tǒng)是運用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、綜合布線技術(shù)，把和家居生活有關(guān)的各種家電，有機的結(jié)合在一起，通過統(tǒng)一管理，使家居生活更加的舒適、安全、有效[2]。從科研、國防到金融直至辦公、企業(yè)管理。 關(guān)于研究背景 隨著人們的生活水平不斷提高，對生活環(huán)境的要求也會越來越高，“智能家居”這一概念慢慢進入普通居民的眼簾，而智能家 電作為“智能家居”的領頭羊，更是普通居民普遍關(guān)注的問題。s radio frequency chip CC2420 Zigbee modules and PIC18LF4620 microcontroller Microchip design and architecture into a lowcost, highly flexible, generalpurpose work Zigbee wireless intelligent home appliances. And then, this article introduce the smart home appliances control system whose software to achieve, Microchip provides the use of the Zigbee protocol, bined with the functionality to achieve specific program. Key words: Smart Home electrical appliances； Zigbee； PIC18LF2420； CC2420； 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 目 錄 摘 要 ............................................................. Ⅰ Abstract ..................................................................................................................... Ⅱ 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 關(guān)于研究背景 ..................................................................................................