【正文】 100～400VDC(85～264VAC)2. 輸出短路和過(guò)溫保護(hù)3. 高效率、高功率密度4. 低功耗、綠色環(huán)保5. 多種型號(hào)可供選購(gòu)6. 工業(yè)級(jí)產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計(jì)輸入特性：輸入電壓范圍100～400VDC(85～264VAC)輸入電流40mA(typ)漏電流無(wú)外接保險(xiǎn)絲（推薦值）輸出特性：輸出電壓設(shè)定精度177。LS03 系列是金升陽(yáng)為客戶提供的小型封裝形式的高效綠色模塊電源，該系列電源采用包封工藝具有交直流兩用、輸入電壓范圍寬、高效率、高可靠性、低功耗、安全隔離等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于工業(yè)、辦公、民用等設(shè)備。圖37 電源模塊電路設(shè)計(jì) LS03高壓模塊電源變壓模塊使用金升陽(yáng)科技有限公司生產(chǎn)的LS03系列高壓ACDC模塊電源。考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源為交流220V供電，所以本系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)為使用市電（交流220V）供電，再經(jīng)過(guò)集成變壓、穩(wěn)壓模塊進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，電源模塊設(shè)計(jì)如圖37所示。圖36 ZigBee模塊電路設(shè)計(jì)電路連接引腳說(shuō)明如下： 引腳標(biāo)識(shí)功能7RUN連接ZigBee模塊運(yùn)行指示燈8NET連接ZigBee模塊聯(lián)網(wǎng)指示燈9ALARM連接ZigBee模塊告警指示燈10SZ_SLEEP控制ZigBee模塊進(jìn)入睡眠模式20RXD0異步串行通信接口。順舟SZ05LSTD無(wú)線數(shù)傳模塊擁有多種串口數(shù)據(jù)接口，方便用戶安裝和使用，有RS23RS48TTL等三種數(shù)據(jù)接口，具體的接線引腳如圖35所示[3]：圖35 SZ05LSTD引腳圖 ZigBee模塊具體設(shè)計(jì)ZigBee模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，接收上位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；在單片機(jī)主控模塊處理完畢后，接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并通過(guò)無(wú)線數(shù)傳方式傳給上位機(jī)。由于接口電平模式兼容AVR單片機(jī)，因此采用電路直連方式，與CPU的異步串行接口交叉連接。SZ05模塊，支持RS485，RS232（TTL）接口形式，因此在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中選用第二種RS232（TTL）模式。順舟科技SZ05L系列ZigBee無(wú)線串口通信模塊，采用了加強(qiáng)型的ZigBee無(wú)線技術(shù)，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無(wú)線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，它具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性；可實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸；可組MESH型的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。22OPEN1_CON控制窗簾開(kāi)。20OPEN3_CON控制窗簾停。10TXD0異步串行通信接口。8XTAL1晶振電路。4RESETATmega16單片機(jī)程序下載接口RESET，與ISP下載接口連接。2MISOATmega16單片機(jī)程序下載接口MISO，與ISP下載接口連接。電路設(shè)計(jì)如圖34所示。從ZigBee模塊接收上位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)和指令，在正確接收到數(shù)據(jù)后對(duì)上位機(jī)進(jìn)行信息的反饋。ATmega16單片機(jī)的具體技術(shù)特點(diǎn)已在第2章進(jìn)行了細(xì)致的描述，這里不再做描述。其硬件系統(tǒng)連接實(shí)物圖如圖31所示，主控板實(shí)物圖如圖32所示，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖33所示。其中ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊為順舟科技有限公司生產(chǎn)的SZ05嵌入式模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與終端的通信。接收器支持與發(fā)送器相同的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，同時(shí)由硬件實(shí)現(xiàn)并完成數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤、接收數(shù)據(jù)溢出和校驗(yàn)錯(cuò)誤的檢測(cè)。數(shù)據(jù)接收單元用作異步數(shù)據(jù)的接收。發(fā)送器部分由1個(gè)單獨(dú)的寫入緩沖器（發(fā)送UDR）、1個(gè)串行移位寄存器、校驗(yàn)位發(fā)生器和用于處理不同幀結(jié)構(gòu)的控制邏輯電路構(gòu)成?？刂萍拇嫫鳛樗械哪K共享。 支持倍（高）速異步通信模式；圖25為ATmega16的全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊USART收發(fā)器的接口硬件結(jié)構(gòu)方框圖。 配備3個(gè)完全獨(dú)立的中斷源：TX發(fā)送完成、TX發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空和RX接收完成；216。 硬件實(shí)現(xiàn)的幀錯(cuò)誤檢測(cè)；216。 由硬件支持的奇偶校驗(yàn)位的發(fā)生和數(shù)據(jù)校驗(yàn)；216。 獨(dú)立的高精度波特率發(fā)生器，不占用定時(shí)/計(jì)數(shù)器；216。 支持同步或異步傳輸操作；216。其主要特點(diǎn)如下：216。 芯片RESET復(fù)位后，所有I/O口的默認(rèn)狀態(tài)為輸入方式，上拉電阻無(wú)效，即I/O為輸入高阻三態(tài)。因此AVR單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力非常強(qiáng)，能夠直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。當(dāng)I/O口設(shè)置為輸入方式時(shí)，引腳內(nèi)部還配置有上拉電阻，這個(gè)內(nèi)部的上拉電阻可通過(guò)編程設(shè)置為上拉有效或上拉無(wú)效。2) I/O引腳 I/O引腳共32只，分成PA、PB、PC和PD 4個(gè)8位端口，它們?nèi)渴强删幊炭刂频碾p（多）功能復(fù)用的I/O端口。RESET芯片復(fù)位輸入引腳。GND芯片接地引腳，使用時(shí)接地，XTAL2片內(nèi)反相振蕩放大器的輸出端。不使用ADC時(shí)，直接連接到電源正極；使用ADC時(shí)，應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通電源濾波器與VCC連接。(a)PDIP40封裝 (b)TQFP/MLF44封裝圖24 ATmega16的引腳與封裝示意圖各引腳的功能如下：1) 電源、系統(tǒng)晶振、芯片復(fù)位引腳VCC芯片供電（片內(nèi)數(shù)字電路電源）輸入引腳，使用時(shí)連接到電源正極。 各種功能的外圍接口、I/O口，以及它們相關(guān)的數(shù)據(jù)、控制、狀態(tài)寄存器等 ATmega16的外部引腳與封裝ATmega16單片機(jī)有3種形式封裝：PDIP40（雙列直插）、TQFP44（方形）和MLF44（貼片形式）。 程序存儲(chǔ)器Flash216。 從圖中可以看出，ATmega16內(nèi)部的主要構(gòu)成部分如下：216。I/O寄存器空間可使用I/O寄存器訪問(wèn)指令直接訪問(wèn)，也可將其映射為通用工作寄存器組后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令進(jìn)行操作。中斷的中斷向量地址越小，其中斷的優(yōu)先級(jí)越高。每個(gè)中斷都分別對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷向量（中斷入口地址）。每個(gè)運(yùn)算操作的結(jié)果將影響和改變狀態(tài)寄存器（SREG）的值。這3個(gè)過(guò)程是在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的 ，構(gòu)成一個(gè)完整的ALU操作?！翱焖僭L問(wèn)”意味著在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一個(gè)完整的ALU操作。算術(shù)邏輯單元（ALU）使用單級(jí)流水線操作方式對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)，在執(zhí)行當(dāng)前一條指令的同時(shí)，也完成了從程序存儲(chǔ)器中取出下一條將要執(zhí)行指令的操作，因此執(zhí)行一條指令的時(shí)間僅需要一個(gè)時(shí)鐘周期。圖23為典型的AVR單片機(jī)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖。 低功耗：ATmega16L工作在1MHz、3V、25℃時(shí)的典型功耗：，掉電工作模式為1uA。 工作電壓范圍寬：～，～216。 多達(dá)21個(gè)各種類型的片外部中斷源216。 片內(nèi)含上電復(fù)位電路以及可編程的掉電檢測(cè)復(fù)位電路BOD216。 片內(nèi)模擬比較器216。 1個(gè)可編程、增強(qiáng)型全雙工，支持同步/異步通信的串行接口USART216。 8路10位ADC216。 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC216。 2個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器216。 支持?jǐn)U展的片內(nèi)在線調(diào)試功能；216。 512字節(jié)片內(nèi)在線可編程EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（擦寫壽命: 大于10000 次）3) 片內(nèi)含JTAG 接口( 與IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容)216。 16KB在線可編程（ISP）Flash程序存儲(chǔ)器（擦寫壽命: 大于10000 次）采用Boot load技術(shù)支持IAP功能216。 工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16MIPS216。 131條機(jī)器指令，且大多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期216。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。本課題中使用的即為ATmega16（工業(yè)級(jí)）單片機(jī)。例如，引腳數(shù)最少（28腳）的ATmega8，在市場(chǎng)上的價(jià)格大約10元人民幣，卻具備了1KB的SRAM、8KB的Flash、512字節(jié)的EEPROM，2個(gè)8位和1個(gè)16位共3個(gè)超強(qiáng)功能的定時(shí)/計(jì)數(shù)器等多種功能的接口和特性。不同型號(hào)的AVR單片機(jī)封裝形式也不一樣，引腳數(shù)最少的只有6腳，最多的達(dá)到100腳，價(jià)格也從幾元到幾十元不等，可以滿足不同場(chǎng)合、不同應(yīng)用的需求，用戶可以根據(jù)需要選擇。為了滿足市場(chǎng)和產(chǎn)品的不同需求，ATMEL公司對(duì)AVR單片機(jī)進(jìn)行過(guò)兩次的調(diào)整和改進(jìn)，在對(duì)內(nèi)部資源進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展或刪減的基礎(chǔ)上，形成了以tinyAVR、megaAVR和XMEGA3大系列為主的10個(gè)品種、近百種型號(hào)的產(chǎn)品，以滿足和適應(yīng)各種層次的應(yīng)用。ATMEL公司的AVR是8位單片機(jī)中第一個(gè)真正采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。在微控制器方面，ATMEL公司有基于8051內(nèi)核、AVR內(nèi)核和ARM內(nèi)核的三大系列單片機(jī)產(chǎn)品（確切地講，最后一款應(yīng)稱為嵌入式微處理器）。這里列出SZ05LSTD無(wú)線數(shù)傳模塊具體技術(shù)參數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)軟件設(shè)置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如星型、鏈型、樹(shù)型、網(wǎng)狀網(wǎng)（MESH）等；網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的ID地址；通信波特率等。模塊外觀如圖22所示。中心協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)這三種類型的設(shè)備在硬件結(jié)構(gòu)上完全一致，只是設(shè)備嵌入軟件不同，只需通過(guò)跳線設(shè)置或軟件配置即可實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)備功能。本課題中使用順舟科技生產(chǎn)的SZ05LSTD ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊[3]，此模塊的性能特點(diǎn)如下：產(chǎn)品主要功能：有線TTL、IO與無(wú)線ZigBee的相互轉(zhuǎn)換，通過(guò)無(wú)線ZigBee進(jìn)行組網(wǎng)通信。[2] SZ05LSTD無(wú)線數(shù)傳模塊概述順舟科技SZ05L系列ZigBee無(wú)線串口通信模塊，采用了加強(qiáng)型的ZigBee無(wú)線技術(shù)，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無(wú)線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，它具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性；可實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸；可組MESH型的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而且新節(jié)點(diǎn)加入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)極為方便。隨著技術(shù)日益成熟以及價(jià)格的下降，ZigBee在大多領(lǐng)域取代原始的無(wú)線是毋庸置疑的。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。組網(wǎng)方式千變?nèi)f化，如圖21所示。統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個(gè)協(xié)調(diào)器，也只能有1個(gè)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)16位地址分配（自動(dòng)分配）。兩節(jié)普通的5號(hào)干電池可以使用6個(gè)月到2年的時(shí)間，免去充電和更換電池的麻煩。 。 ZigBee與其他技術(shù)的比較IrDA藍(lán)牙WiFiZigBee工作頻率紅外線有效物理范圍20cm－10m左右25－100m10m－100m最大傳輸速率16Mbps1Mbps11Mbps250kbps, 20/40kbps網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)273265000最大功耗數(shù)mw100mw100mw30mw主要用途直線短距離遙控個(gè)人網(wǎng)絡(luò)無(wú)線局域網(wǎng)家庭網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)、功耗、傳輸速率、連接設(shè)備數(shù)上的差別和性能比較。有效范圍大：有效覆蓋范圍為10~75m（通過(guò)功放可以在低功耗條件實(shí)現(xiàn)1000m以上的通信距離），具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通家庭或辦公室事環(huán)境。成本低：因?yàn)閆igBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，且ZigBee協(xié)議免收專利費(fèi)，所以大大降低了成本。功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用6個(gè)月到2年，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES128。時(shí)延短：針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，通常時(shí)延都在15~30ms之間。本課題中使用的是上海順舟科技有限公司生產(chǎn)的SZ05系列ZigBee嵌入式無(wú)線數(shù)傳模塊。此新標(biāo)準(zhǔn)ZigBee聯(lián)盟更專注3種應(yīng)用類型的拓展，包括家庭自動(dòng)化（Home Automation，HA）、建筑/商業(yè)大樓自動(dòng)化（Building Automation，BA）和先進(jìn)抄表基礎(chǔ)建設(shè)（Advanced Meter Infrastructure，AMI）。此外還移除了KVP（Key Value Pair）的信息格式。2004年12月，（又稱為ZigBee2004）出臺(tái)，之后于2005年9月公布并提供下載。2000年12月，工作小組成立。另外，ZigBee可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。除此之外，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，與多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立子節(jié)點(diǎn)（RFD）無(wú)線連接。每個(gè)移動(dòng)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)人民幣以上，而每個(gè)ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。例如，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在北京監(jiān)控云南某地的一個(gè)ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)。其中每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里。正因?yàn)槿绱?，?jīng)過(guò)人們的長(zhǎng)期努力，ZigBee協(xié)議于2004年正式制定。在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管在許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在著許多缺陷。2002年下半年，英國(guó)Invensys公司、日本Mitsubishi公司、美國(guó)Motorola公司及荷蘭Philips半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟“ZigBee聯(lián)盟”，以研發(fā)名為“ZigBee”的下一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其他節(jié)點(diǎn)獲得。或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32KB。最后對(duì)本課題設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件功能進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。使用結(jié)構(gòu)化編程，基于編寫的軟件設(shè)計(jì)流程圖進(jìn)行分模塊設(shè)計(jì)。第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。主要對(duì)ZigBee技術(shù)的由來(lái)、發(fā)展、特點(diǎn)進(jìn)行論述，對(duì)本課題設(shè)計(jì)使用到的ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行技術(shù)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述。主要論述了本論文的選題背景，課題研究的意義及國(guó)內(nèi)智能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)送趨勢(shì)。本文針對(duì)基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要工作是對(duì)無(wú)線遙控窗簾的控制終端進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)通信ZigBee通信來(lái)控制窗簾的開(kāi)、關(guān)、停等動(dòng)作。本課題是基于ATmega16和順舟科技生產(chǎn)的ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊組成的窗簾控制終端，以此終端配合驅(qū)動(dòng)電機(jī)