【正文】 部的頻率合成器可去除對環(huán)路濾波器和外部被動式壓控振蕩器的需要。芯片至天線之間電路的構架是由平衡/非平衡器與少量低價電容與電感所組成。 射頻的輸入輸出端口是獨立的，他們分享兩個普通的 PIN 引腳。被調制的基帶信號經(jīng)過 D/A 轉換器再由單邊帶調制器進行低通濾波和直接上變頻變?yōu)樯漕l信號。 在發(fā)射模式下，位映射和調制是根據(jù) IEEE 的規(guī)范來完成的。自動增益控制，信道過濾，解調在數(shù)字域完成以獲得高精確度及空間利用率。這包括： * 自動前導幀發(fā)生器 * 同步字插入 /檢測 * CRC16 校驗 * CCA * 信號強度檢測 /數(shù)字 RSSI 18 * 連接品質指示 (LQI) * CSMA/CA 協(xié)處理器 CC2430 的 射頻及模擬收發(fā)器 CC2430 的接收器是基于低 中頻結構之上的，從天線接收的 RF 信號經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?2MHz 的中頻信號。 CC2430 內集成的其他外設有 :實時時鐘；上電復位； 8 通道， 8－ 14 位 ADC；可編程看門狗；兩個可編程 USART，用于主 /從 SPI 或 UART 操作。 CC2430 包括四個定時器：一個 16 位 MAC 定時器，用以為 的CSMACA 算法提供定時以及為 的 MAC 層提供定時。調試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調試和外部 Flash 編程。一個 AES 協(xié)處理器被集成在CC2430，以支持 MAC 安全所需的（ 128位關鍵字） AES 的運行，以實現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。 CC2430 集成了 4 個振蕩器用于系統(tǒng)時鐘和定時操作：一個 32MHz 晶體振蕩器，一個 16MHz RC振蕩器，一個可選的 晶體振蕩器和一個可選的 RC 振蕩器。 8k字節(jié)靜態(tài) RAM，其中的 4k字節(jié)是超低功耗 SRAM。由于更快的執(zhí)行時間和通過除去被浪費掉的總線狀態(tài)的方式，使得使用標準 8051 指令集的 CC2430 增強型 8051 內核，具有 8 倍的標準 8051 內核的性能。這可實現(xiàn)數(shù)字基帶處理器， RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲器 整合在同一個硅晶片上。 涉及到的主要芯片的介紹 控制芯片 CC2430 （ 1） CC2430 的尺寸與組成 17 CC2430 的尺寸只有 7 7mm 48pin 的封裝，采用具有內嵌閃存的 amp。 原理主要就是利用變壓器線圈降壓后用橋式電路整流與濾波，從而實現(xiàn)從交流220V 到直流 5V，為模塊穩(wěn)壓供電。 電源管理模塊 3 個檢測模塊的供電是 5V 的直流電源，可以使用電池供電。 光照檢測模塊： 與紅外報警模塊類似，使用一個比較器，當光線充足的時候，光敏電阻阻值很小，輸出端送出低電平，當光線變暗的時候，光敏電阻 阻值很大，輸出端送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號。 設計的電路原理是沒有物體入侵時，使用一個比較器，檢測電路送出低電平，輸出端沒有反應。 紅外報警模塊： 一開始的設計思路是圍繞著激光技術來做，鑒于價格過高，且實用性不好，放棄了使用激光技術的想法。 CC2430 的設計結合了 8Kbyte 的 RAM 及強大的外圍模塊，并且有 3 種不同的版本，他們是根據(jù)不同的閃存空間 32， 64 和 128kByte 來優(yōu)化復雜度與成本的組合。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎的 ISM 波段應用，及對低成本，低功耗的要求。圖 22 為 CC2430 的最小系統(tǒng)原理圖。 設計方案的總體分析 本著模塊化的設計思想，本文提到的設計方案被分為三個模塊，即中央控制模塊、信息檢測模塊，以及家電控制模塊。 Mesh 網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡，具有 “ 自恢復 ” 能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇，但正是由于兩個節(jié)點之間存在多條路徑，它也是一種 “ 高冗余 ” 的網(wǎng)絡。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡 (Mesh 網(wǎng) )一般是由若干個 FFD 連接在一起組成骨干網(wǎng)，它們之間是完全的對等通信，每個節(jié)點都可以與它的無線通信范圍內的其它節(jié)點通信，即允許網(wǎng)絡中所有具有路由功能的節(jié)點直接互連，但它們中也有一個會被推薦為 ZigBee 協(xié)調器。協(xié)調器比網(wǎng)絡中的其它路由器具有更強人的處理能力和存儲空間。星形網(wǎng)的控制和同步都比較簡單，通常用于節(jié)點數(shù)量較少的場合。 星形網(wǎng) (Star)是由一個 ZigBee 協(xié)調器和一個或多個 ZigBee 終端節(jié)點組成的。路由節(jié)點只有在樹狀網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)絡中存在； 終端設備：不具備成為父節(jié)點或路由器的能力，一般作為網(wǎng)絡的邊緣設備，負責與實際的監(jiān)控對象相連，這種設備只與自己的父節(jié)點主動通訊，具體的 信息路由則全部交由其父節(jié)點及網(wǎng)絡中具有路由功能的協(xié)調器和路由器完成 [11]。 協(xié)調器：一個 ZigBee網(wǎng)絡 PAN(Personal Area Network)有且僅有一個協(xié)調器，該設備負責啟動網(wǎng)絡，配置網(wǎng)絡成員地址，維護網(wǎng)絡，維護節(jié)點的綁定關系表等，需要最多的存儲空間和計算能力； 路由器：主要實現(xiàn)擴展網(wǎng)絡及路由消息的功能。當需要對某一個家具設備 進行控制或者檢測時，主節(jié)點找到與該家具設備相連的分節(jié)點的 ID 信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點所在房間的路由器，路由器再將信息轉發(fā)給對應的分節(jié)點，分節(jié)點收到信息后，切入功能驅動模塊，功能驅動模塊對該家居設備進行相應的操作，從而完成智能家居的控制。此方案的設計靈活性好，擴展性好。并為家居設備的 功能執(zhí)行機構，其與相應的智能家居網(wǎng)絡控制器分節(jié)點進行通信，智能家居網(wǎng)絡控制器分節(jié)點，每個房間放置的充當路由器功能的分節(jié)點和智能家居網(wǎng)絡控制器主節(jié)點組成 ZigBee 無線通信網(wǎng)絡，是整個智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡。組成框圖如圖 21 所示。 針對智能家居中采 用有線方式存在的問題，本文提出了一種采用 ZigBee 無線通信技術的新型智能家居系統(tǒng)設計方案，設計并實現(xiàn)了該系統(tǒng)中的檢測、中央處理、控制等各個模塊。 12 第二章 智能家居系統(tǒng)的任務設計（硬件部分） 系統(tǒng)設計總體方案 在智能家居系統(tǒng)設計中，在盡可能保持統(tǒng)一標準的前提下，針對各種信號類型選擇合適的總線或者無線技術并設計主控器已成為智能家居建設的首要問題。 重點注意： 軟件與硬件的聯(lián)合調試。 （ 2）智能光控燈具模塊的設計與實現(xiàn)。隨著全 11 球對能源和環(huán)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。 課題意義 智能家居是利用先進的計算機技術、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡通訊技術，將家庭中的各種設備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電）通過家庭網(wǎng)絡連接到一起的，自從美國在 1984 真正的智能建筑出現(xiàn)以來，國外已經(jīng)有將近 30 年的研究歷史，而國內在這方面的研究相對較晚，從 2020 年才逐步應用于高端市場，而且標準不統(tǒng)一?；谥悄芗揖拥淖钚露x，參考 ZigBee 技術的特點，設計出的本系統(tǒng)，在包含了智能家居必備系統(tǒng) (智能家居 (中央 )控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng) )的基礎上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)、背景音樂系 統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。 ZigBee 聯(lián)盟所鎖定的焦點為制定網(wǎng)絡、安全和應用軟件層；提供不同產品的協(xié)調性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣 ZigBee 品牌并爭取市場的關注，管理技術 的發(fā)展 [10]。每個協(xié)調器可連接多達 255 個節(jié)點，而幾個協(xié)調器則可形成一個網(wǎng)絡，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。由于 ZigBee 不僅只是 的代名詞，而且 IEEE 僅處理低級 MAC 層和物理層協(xié)議，因此 ZigBee 聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和 API 進行了標準化。 版本已經(jīng)發(fā)布。 ZigBee 聯(lián)盟對 ZigBee 標準的制定： 的物理層、 MAC 層及數(shù)據(jù)鏈路層，標準已在 2020 年 5 月發(fā)布。使得聯(lián)盟會員可以利用 ZigBee 這個標準化無線網(wǎng)絡平臺，設計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產品來。 ZigBee 聯(lián)盟的主要目標是以通過加入無線網(wǎng)絡功能，為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產品。 ZigBee 聯(lián) 盟及標準制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。 可靠：采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙 ,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。因此 ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制 (如工業(yè)控制場合等 )應用。低成本對于 ZigBee 也是一個關鍵的因素。據(jù)估算， ZigBee 設備僅靠兩節(jié) 5 號電池就可以維 持長達 6 個月到 2 年左右的使用時間 ,這是其它無線設備望塵莫及的。 ZigBee 的技術特點 ZigBee 是一種無線連接，可工作在 (全球流行 )、 868MHz(歐洲流行 )和915 MHz(美國流行 )3 個頻段上 ,分別具有最高 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳輸速率，它的傳輸距離在 1075m 的范圍內 ,但可以繼續(xù)增加。其中組網(wǎng)管理主要包括網(wǎng)絡建立、地址分配、節(jié)點入網(wǎng)及節(jié)點離網(wǎng)。 AMC 層的 ED 掃描調用 PHY 層的 ED 檢測實現(xiàn)。 PHY 層 主要通過無線信道進行收發(fā)數(shù)據(jù)包 PPDU (PHYProtcoloDataUin)t，以及檢測接收包的鏈路質量 LQI(Link alitylndication)值，信道選擇，信道能量檢測ED(Energy Detect)和空閑信道評估 CCA (Clear ChannelAssessment)。 ZigBee 協(xié)議棧各層結構 Zig Bee 協(xié)議棧各層的主要功能模塊主要包括 PHY 層功能、 MAC 層功能、 NWK 層功能、 APS 子層功能，應用框架 AF(APhcationFram， ork)功能及各類應用對象。每個 ZigBee 網(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。與移動通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是，ZigBee 網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。通訊距離從標準的 75m 到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。 簡單的說， ZigBee 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡。借此意義 ZigBee 作為新一代無線通 訊技術的命名。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩?WEP 利用一個對稱的方案， 在數(shù)據(jù)的加密和解密過程中使用相同的密鑰和算法 [7]。 SSID 通常是無線 LAN 子系統(tǒng)中設備的網(wǎng)絡名稱；它用于在本地分割子系統(tǒng)。還有一種加密的機制是通過透明運行在無線 LAN 上的虛擬專網(wǎng)（ VPN）來進行的。缺乏集中的安全控制是無線 LAN只在一些相對較的小公司和特定應用中得到使用的根本原因。 IEEE 標準含有確保訪問控制和加密的兩個部分，這兩個部分必須在無線 LAN 中的每個設備上配置。 IEEE 草案： 使用 頻段，傳輸速度可達 300Mbps，目前標準尚為草案，但產品已層出不窮。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度 11Mbps 。廣泛應用于音響鍵鼠等各項內容，有很好的發(fā)展前景。 無線網(wǎng)絡技術 所謂無線網(wǎng)絡，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，也包括為近距離無線連接進行優(yōu)化的紅外線技術及射頻技術，與有線網(wǎng)絡的用