【正文】 s network。 [關(guān)鍵詞]：智能家居； 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)； ZigBee；【Abstract】ZigBee is a new kind of short distance wireless munication technology,To realize the realtime monitoring of family security, and put forward the intelligent household remote security monitoring system design scheme. System based on ZigBee technology and GSM/GPRS network design, can through the MMS and SMS send monitoring image and alarm information, receiving remote instruction。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的性能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)監(jiān)控裝置的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)?；赯igBee技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[摘要] ZigBee是一種新興的短距離無(wú)線通信技術(shù),為實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提出了智能家居遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)彩信和短信發(fā)出監(jiān)控圖像和報(bào)警信息，接收遠(yuǎn)程指令；同時(shí)引入了多種傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全、便捷的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控，并具有較高的可用性和可靠性,驗(yàn)證了ZigBee技術(shù)應(yīng)用于低速個(gè)域網(wǎng)具有低功耗、可擴(kuò)展性以及較高的實(shí)用性等特點(diǎn)。 At the same time introduced a variety of sensors, realize the household appliances remote control, realize the intelligent household remote monitoring. Elaborated the system hardware, software design and system performance test, and realize multiple monitor wireless networking. The experimental results show that the designed system can realize the safe, convenient intelligent household remote monitoring, and has high availability and reliability. 【Keywords】: smart home。 ZigBee。目前，傳輸網(wǎng)絡(luò)多采用綜合布線技術(shù)，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)所，而且費(fèi)用較高。目前，應(yīng)用于智能家居的無(wú)線通信技術(shù)主要包括： Ir2DA紅外線技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)等。本研究通過(guò)采用傳輸范圍適中、安全可靠、網(wǎng)絡(luò)容量較大的ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)。一些知名企業(yè)如IBM、CISCO、Siemens、Samsung、Microsoit、Sony、Panasonic很早就投身到這一領(lǐng)域，最初他們的產(chǎn)品種類繁多，各自采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。國(guó)外目前比較流行的智能家居品牌有：AMX、Crestron、ELAN、HAI(美國(guó)海益)【l】以及已經(jīng)打入中國(guó)市場(chǎng)的Honeywell(霍尼韋爾)、LG。它采用了ISO／OSI模型的全部七層通行協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，其通信速率從300b／s至1．5Mb／s不等，直接通信距離可達(dá)2700m，支持多種通信介質(zhì)。可以說(shuō)LonWorks協(xié)議最大的應(yīng)用領(lǐng)域就是在樓宇自動(dòng)化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)的幾乎所有領(lǐng)域，即能源管理、消防、救生、供暖通風(fēng)、測(cè)量、安保等。2)CEBus協(xié)議CEBus(ConsumerElectroniCS Bus，消費(fèi)電子總線)是美國(guó)于1984年4月開始組織開發(fā)的一種智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)多年研究，于1992年正式推出，并正式命名為CEBus。它在電力線載波模式工作時(shí)最具有優(yōu)勢(shì)。CEBUS省略了ISO／OSI七層協(xié)議中的傳輸層(TransportLayer)、會(huì)話層(Session Layer)和表達(dá)層(PresentationLayer)，僅保留物理層(PhysicalLayer)、鏈路層(LinkLayer)、網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)和應(yīng)用層(ApplicationLayer)。3)XlO協(xié)議 X．10協(xié)議是由美國(guó)RadioshareChain公司于1978年研制成功的，是國(guó)際通用的智能家居電力載波協(xié)議。它是以50Hz或(60Hz)為載波，再以120KHz的脈沖為調(diào)變波，發(fā)展出來(lái)的數(shù)位控制技術(shù)，并采用電力線為連接介質(zhì)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的通信協(xié)議。 國(guó)外廠家大多數(shù)都是專業(yè)生產(chǎn)家庭智能化設(shè)備的，歷史悠久，產(chǎn)品的可靠性以及性能都經(jīng)歷了驗(yàn)證。1．2．2智能家居系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)在智能家居研究領(lǐng)域起步較晚。蓋茨的深圳之行又推出了“維納斯計(jì)劃，使國(guó)內(nèi)的IT廠家對(duì)智能家居有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，他們將研究注意力主要集中在系統(tǒng)構(gòu)成上，從而從根本上解決了目前智能家居存在的弊端和問(wèn)題；目前，智能家居在國(guó)內(nèi)的發(fā)展已全面展開，不論是技術(shù)還是市場(chǎng)方面都出現(xiàn)了可喜的局面。就智能家居解決方案而言，主要的困難就是系統(tǒng)通信，而最核心的問(wèn)題還是通信協(xié)議的選擇。PLC．BUS技術(shù)是一種高穩(wěn)定性及較高性價(jià)比的雙向電力線通信總線技術(shù)，它主要利用已有的電力線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、家用電器及辦公設(shè)備的智能控制。發(fā)射器主要作用是通過(guò)電力線發(fā)射PLCBUS控制信號(hào)給接收器，通過(guò)對(duì)接收器的控制，從而達(dá)到間接控制燈及電器設(shè)備的目的；接收器主要作用是接收來(lái)自電力線的PLC．BUS控制信號(hào)，并執(zhí)行相關(guān)控制命令，從而達(dá)到燈及電器控制的目的；系統(tǒng)配套設(shè)備主要是為了配合發(fā)射器及接收器設(shè)備，輔助實(shí)現(xiàn)控制目的，例如：三相耦合器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)強(qiáng)度分析儀、吸波器等。2)H．Bus總線協(xié)議深圳普利特智能家居系統(tǒng)采用的就是H．Bus總線。它采用雙向數(shù)字通信，無(wú)沖撞通信協(xié)議設(shè)計(jì)，系統(tǒng)容量大。通訊速率為9．6KB／S，總線電壓為+12V，系統(tǒng)總線傳輸距離大于1000m。ApBus總線(網(wǎng)絡(luò))技術(shù)是具有專利產(chǎn)權(quán)的總線技術(shù)。該總線技術(shù)主要用于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，特別是智能家居網(wǎng)絡(luò)、住宅小區(qū)網(wǎng)絡(luò)方面。每個(gè)功能模塊都是串聯(lián)在雙絞線上，互相的連接不分極性?？偟膩?lái)說(shuō)，ApBus是一種新型的智能控制總線，在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EIB總線及LonWorks總線技術(shù)上作了創(chuàng)造性的改進(jìn)，其防通信沖撞協(xié)議設(shè)計(jì)很好的解決了總線上各節(jié)點(diǎn)收發(fā)指令的沖撞問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)的通信效率與穩(wěn)定性。他們目前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中主要采用的是有線方案(總線)，也有部分系統(tǒng)中包含了無(wú)線接口的應(yīng)用。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要可分為射頻(RF)技術(shù)、IrDA紅外線技術(shù)、IEEE802．1la和IEEE802．1lb協(xié)議技術(shù)、HomeRF協(xié)議、Zigbee技術(shù)，其各自的技術(shù)特點(diǎn)決定了其應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)仍有很大的不同。1．3本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)主板的核心控制器為S3C44B0X型32位微控制器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判別，并通過(guò)彩信模塊和Zig2Bee模塊發(fā)出信息和指令；擴(kuò)展板用以接入煙霧、紅外、煤氣等家庭安防狀態(tài)傳感器；彩信模塊將系統(tǒng)控制器所發(fā)出的家庭安防狀態(tài)信息發(fā)送至用戶手機(jī)，并接收用戶發(fā)送的短信指令； ZigBee模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)主板、擴(kuò)展板和家用電器之間的數(shù)據(jù)交聯(lián)?！D1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖基于以上要求，本設(shè)計(jì)主要分為以下部分：(1)無(wú)線傳輸模塊：基于CC2430芯片(包括無(wú)線收發(fā)及傳感器)設(shè)計(jì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊，并完成各節(jié)點(diǎn)模塊的軟件編寫和節(jié)點(diǎn)間通信調(diào)試。(3)以太網(wǎng)傳輸模塊：利用網(wǎng)絡(luò)接口芯片RTL8019AS設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信模塊，并完成通信測(cè)試程序編寫。2. 短距離無(wú)線通信技術(shù)ZigBee2．1 ZigBee技術(shù)概述 ZigBee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過(guò)跳ZigZag型舞蹈來(lái)告知同伴，達(dá)到交換信息的目的，是一種通過(guò)簡(jiǎn)捷方式實(shí)現(xiàn)“無(wú)線”溝通的方式。 ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國(guó)Ivemys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司、荷蘭飛利浦半導(dǎo)體等公司組成，迄今已吸引了上百家芯片公司、無(wú)線設(shè)備公司及產(chǎn)品開發(fā)商。 ZigBee技術(shù)主要應(yīng)用在短距離范圍內(nèi)以及數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間，所以非常適用于家電和小型電子設(shè)備的無(wú)線控制指令傳輸。其目標(biāo)功能是自動(dòng)化控制。兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃?。針?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。可支持達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。ZigB∞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AES．128。采用64位出廠編號(hào)并支持AES．128加密。1998年3月，IEEE標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)正式批準(zhǔn)成立了IEEE802．15工作組，致力于WPAN網(wǎng)絡(luò)的PHY層和MAC層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，目標(biāo)是為在個(gè)人操作空間(Personaloperating．space，POS)內(nèi)相互通信的無(wú)線通信設(shè)備提供通信標(biāo)準(zhǔn)。2000年12月IEEE成立了802．15．4小組，負(fù)責(zé)制定物理層(PHY)與介質(zhì)接入控制層(MAC)。例如，ZigBee聯(lián)盟“燈綱要會(huì)確定相關(guān)的所有協(xié)議，從而能夠使A公司買的ZigBee燈開關(guān)與B公司的正常工作。 IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)于低速無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(10wratewirelesspersonalareanetwork，LRWPAN)，把低能量消耗、低傳輸速率、低成本作為重點(diǎn)目標(biāo)，旨在為個(gè)人或家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備之間低速互聯(lián)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。具體來(lái)說(shuō)就是：2．4GHz上的傳輸速率為250kb／s；915MHz上的傳輸速率為40kb／s；868MHz上的傳輸速率為20kb／s。(3)有16位和64位兩種地址格式。(4)支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)(carrier sense multiple access withcollision avoidanee，CSMA．CA)。CSMA．CA通信方式將時(shí)間域的劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來(lái)，保證某一時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集中控制(5)支持確認(rèn)(ACK)機(jī)制，使用這種機(jī)制，所有特殊ACK標(biāo)志位置1的幀均會(huì)被它們的接收器應(yīng)答。如果發(fā)送幀的時(shí)候置位了ACK標(biāo)志位，但在一定的超時(shí)期限內(nèi)沒(méi)有收到應(yīng)答，發(fā)送器將重復(fù)進(jìn)行固定次數(shù)的發(fā)送，如仍無(wú)應(yīng)答就宣布發(fā)生錯(cuò)誤。2．2．2 ZigBee協(xié)議的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域 ZigBee通信協(xié)議雖然是是面向低功耗和低成本的通信技術(shù)的，但ZigBee協(xié)議是能夠保證通信的可靠性的，而且ZigBee協(xié)議的另一大優(yōu)勢(shì)就是使網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力也很強(qiáng)。2)ZigBee的自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。目前只要符合以下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù)：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多；要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而且要求設(shè)備成本低；要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，安全性高；設(shè)備體積很小，不方便放置較大的充電電池或者電源模塊；地形復(fù)雜，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；．現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位應(yīng)用。它使用一個(gè)8位MCU(8051)，具有36128KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含了模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、4個(gè)定時(shí)器(Timer)、AES．128安全協(xié)處理器、看門狗定時(shí)器(WatchdogTimer)、32KHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電(Poweronreset)、掉電檢測(cè)電路(Brownout detection)以及21個(gè)可編程I／O引腳。3．2 ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊的電路設(shè)計(jì) 。這種供電方式對(duì)與智能家居系