【正文】 ，各個(gè)子系統(tǒng)在脫離交互平臺(tái)時(shí)能夠獨(dú)立運(yùn)行，如果樓寓對(duì)講、家庭報(bào)警、各種電器控制、門(mén)禁、家庭娛樂(lè)等等。 不同品牌的產(chǎn)品、不同的控制傳輸協(xié)議能通過(guò)這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行交互 由于有了交互平臺(tái)，不同子系統(tǒng)在交戶平臺(tái)的統(tǒng)一管理下，可以協(xié)同工作和運(yùn)行數(shù)據(jù)額交換、共享，給用戶最大限度的選擇權(quán)，充分體現(xiàn)智能家居的個(gè)性化。具有多種主流的 控制接口，如 RS48 RS23 TCP、 IP 等，同時(shí)可以擴(kuò)充添加國(guó)內(nèi)外流行的控制接口，如 EIB、 lonwork、 CEbus、 Canbus，以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)如：WiFi、 GPRS、藍(lán)牙等。 智能終端（觸摸屏）僅做為各子系統(tǒng)的顯示、操作界面 整個(gè)系統(tǒng)在平臺(tái)的控制、管理下運(yùn)行，智能終端（觸摸屏）僅做為各子系統(tǒng)的顯示、操作界面，多智能終 端配置容易可行。交互平臺(tái)，平臺(tái)可以記錄存儲(chǔ)各系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行可以提供有效的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)歷史的運(yùn)行數(shù)據(jù)，總結(jié)出主人的使用習(xí)慣和某種規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)。在現(xiàn)代的智能家居系統(tǒng)中，信息服務(wù)是非常重要的不可或缺的部分，有了信息服務(wù)，它給智能家居更多的“智慧”、給我們的生活提供更多的信息和 資訊、給智能家居賦予更生動(dòng)的生命，它是智能家居更高的境界。 多種控制手段 在日常家居生活中，為了使我們對(duì)家庭的控制系統(tǒng)能隨時(shí)掌控、需要的信息隨時(shí)獲取，操作終端的形式非常重要，多種形式的智能操作終端是必不可少如：智能遙控器、移動(dòng)觸摸屏、電腦、手機(jī)、 PDA 等。隨著科技的提高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)家居環(huán)境的要求也越來(lái)越高，作為家居智能化的核心部分—— 智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要 [5]。無(wú)線技術(shù)也分不同種類，通常以產(chǎn)生無(wú)線信號(hào)的方式來(lái)區(qū)分，目前主要的方 式有調(diào)頻無(wú)線技術(shù)、紅外無(wú)線技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)三種，其成本和特點(diǎn)也不盡相同。 7 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn) 常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種： IEEE ：使用 5GHz 頻段，傳輸速度 54Mbps，與 不兼容。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度主要有 54Mbps、 108Mbps，可向下兼容 。 目前 IEEE 最常用，但 IEEE 更具下一代標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)力， 也在快速發(fā)展中。擁有成百上千臺(tái)無(wú)線 LAN 用戶的公司需要可靠的安全解決方案，可以從一個(gè)控制中心進(jìn)行有效的管理。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種機(jī)理來(lái)提供無(wú)線 LAN 的訪問(wèn)控制和保密：服務(wù)配置標(biāo)識(shí)符（ SSID）和有線等效保密（ WEP）。 SSID ，無(wú)線 LAN 中經(jīng)常用到的一個(gè)特性是稱為 SSID 的命名編號(hào)，它提供低級(jí)別上的訪問(wèn)控制。 WEP ， 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種稱為有線等效保密（或稱為 WEP）的可選加密方案，提供了確保無(wú)線 LAN 數(shù)據(jù)流的機(jī)制。 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。 ZigBee 技術(shù)簡(jiǎn)介 蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會(huì)通過(guò)一種特殊的肢體語(yǔ)言來(lái)告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源 8 位置等信息，這種肢體語(yǔ)言就是 ZigZag 行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡(jiǎn)單傳達(dá)信息的方式。在此之前 ZigBee 也被稱為“ HomeRF Lite”、“ RF EasyLink”或“ fireFly”無(wú)線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為 ZigBee[8]。ZigBee 數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。 ZigBee 是一個(gè)由可多到 65000 個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo) 準(zhǔn)的 75m 無(wú)限擴(kuò)展。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè) ZigBee“基站”卻不到 1000 元人民幣。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)， 和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn) (RFD)無(wú)線連接。 PDU (ProtocolDataUnit)表示協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 AMC 層 對(duì)從即 DU 中提取的淤 DU 進(jìn)行進(jìn)一步的處理，同時(shí)，還提供 AMC 層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制， ED、 ACTIVE 和 ORPN 三種掃描機(jī)制，和關(guān)聯(lián) /退出關(guān)聯(lián)功能。 NwK 層 負(fù)責(zé) NPDU 收發(fā)，組網(wǎng)管理及信息路由的實(shí)現(xiàn)。信息路由則包括路徑發(fā)現(xiàn)、路徑維護(hù)、信息 9 單播及信息廣播 [9]。作為一種無(wú)線通信技術(shù)， ZigBee 具有如下特點(diǎn)： 低功耗 : 由于 ZigBee 的傳輸速率低 ,發(fā)射功率僅為 1mW,而且采用了休眠模式，功耗低 ,因此 ZigBee 設(shè)備非常省電。 成本低： ZigBee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計(jì)很快就能降到 — 美元 , 并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費(fèi)的。 時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延 30ms,休眠激活的時(shí)延是 15ms, 活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為 15ms。 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 254 個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備， 一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多 100 個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò) , 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。 MAC 層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。 安全： ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了 AES128 的加密算法 ,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。聯(lián)盟制定了基于 ，具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。 ZigBee 技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場(chǎng)。 ZigBee 聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用軟 10 件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測(cè)試規(guī)格；在世界各地推廣 ZigBee 品牌并爭(zhēng)取市場(chǎng)的關(guān)注，管理技術(shù)的發(fā)展。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會(huì)陸續(xù)發(fā)布。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的 4K 字節(jié)或者作為 Hub 或路由器的協(xié)調(diào)器的 32K 字節(jié)。 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)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。 課題研究的目的和意義 課題目的 智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。在智能家居的認(rèn)定上，只有完整地安裝了所有的必備系統(tǒng)，并且至少選裝了一種及以上的可選系統(tǒng)的家居系統(tǒng)才能稱為智能家居。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能 化和個(gè)性化的獨(dú)特魅力，使得智能家居的開(kāi)發(fā)與建設(shè)成為 21 世紀(jì)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。 研究主要內(nèi)容 基本問(wèn)題： （ 1）報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 （ 3）智能溫控空調(diào)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 本章小結(jié) 首先對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，包括智能家居的定義和國(guó)內(nèi)外智能家居系統(tǒng)的發(fā)展，接著對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了介紹，對(duì)于智能家居 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不僅為家居智能化提供靈活簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，省去了浪費(fèi)在布線上的人力和物力，并且更符合家庭網(wǎng)絡(luò)通訊的特點(diǎn)。 在有線方式中，各類傳感器和控制器的連接通過(guò)總線，它的優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化各功能單元的設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)就是布線多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也存在總線協(xié)議設(shè)計(jì)選擇的問(wèn)題。 智能家居系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)主要由智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，即主節(jié)點(diǎn)，與智能家居設(shè)備相連的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，即分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)房間放置的充當(dāng)路由器的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，功能控制驅(qū)動(dòng)模塊和相應(yīng)的家具設(shè)備構(gòu)成。 13 圖 21 智能家居系統(tǒng)的組成 方案實(shí)現(xiàn)的過(guò)程 本文任務(wù)提出的功能控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與各種家居設(shè)備的接口。每個(gè)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器包括一個(gè) ZigBee 無(wú)線收發(fā)模塊，與各個(gè)設(shè)備、節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信。 系統(tǒng)的工作流程是：首先智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器（主節(jié)點(diǎn)）建立 ZigBee 智能網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器（分節(jié)點(diǎn)）隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，他們共同組成一個(gè)星狀的 ZigBee無(wú)限家居網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee 節(jié)點(diǎn)類型 14 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)包含三種類型的節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器 ZC(ZigBee Coordinator)、路由器ZR(ZigBee Route)和終端設(shè)備 ZE(ZigBee End Deviee)，其中協(xié)調(diào)器和路由器均為全功能設(shè)備 (FFD)，而終端設(shè) 備選用精簡(jiǎn)功能設(shè)備 (RFD)。擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，即作為網(wǎng)絡(luò)中的潛在父節(jié)點(diǎn)，允許更多的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee 的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)支持星狀網(wǎng) (Star Network)，樹(shù)狀網(wǎng) (Cluster tree Network)和網(wǎng)狀網(wǎng) (Mesh Network)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。ZigBee 協(xié)調(diào)器必須是 FFD，它位于網(wǎng)絡(luò)的中心，負(fù)責(zé)發(fā)起建立和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn) (終端節(jié)點(diǎn) )一般為 RFD，也可以為 FFD，它們分布在 ZigBee 協(xié)調(diào)器的覆蓋范圍內(nèi)，直接與 ZigBee 協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信。 樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò) (Clustertree)由一個(gè)協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)星狀結(jié)構(gòu)連接而成，枝干末端的葉子節(jié)點(diǎn)一般為 RFD，設(shè)備除了能與自己的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接通訊外，其他只能通過(guò)樹(shù)狀路由完成數(shù)據(jù)和控制信息的傳輸。樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較大，但隨著覆蓋范圍的增加，信息的傳輸時(shí)延也會(huì)增大。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，與樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)不同的是，它是由路由器中的路由表配合來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀路由的。 該拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是減少了消息延 15 時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺點(diǎn)是需要更多的存儲(chǔ)空間開(kāi)銷 [12]。 中央控制器 CC2430 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能家居的設(shè)計(jì)，我們選擇了技術(shù)成熟、低耗高能的 ZigBee技術(shù)組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，硬件上面，我們選擇了被廣泛應(yīng)用于 ZigBee 模塊的控制芯片CC2430。 圖 22 CC2430 最小系統(tǒng)原理圖 CC2430 是一顆真正的系統(tǒng)芯片 (SoC)CMOS 解決方案。它結(jié)合一個(gè)高性能 DSSS(直接序列擴(kuò)頻 )射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的 8051 控制器。 16 信號(hào)檢測(cè)模塊 信號(hào)檢測(cè)模塊，按照需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)子模塊，即紅外報(bào)警模塊 ，光照監(jiān)測(cè)模塊以及溫度檢測(cè)模塊。后來(lái)發(fā)現(xiàn)使用廉價(jià)的紅外線對(duì)管也可以做到，便著手設(shè)計(jì)紅外對(duì)管相關(guān)的紅外檢測(cè)電路。當(dāng)有物體入侵時(shí)，檢測(cè)電路送出高電平，給 ZigBee 模塊送出信號(hào)。 溫度檢測(cè)模塊： 使用廣泛被采納的 DS18B20，溫度傳感器，使得檢測(cè)電路十分簡(jiǎn)單，僅僅由這個(gè)傳感器構(gòu)成即可，監(jiān)測(cè)到的溫度會(huì)時(shí)事發(fā)送數(shù)據(jù)到主控中心。為了方便，本文設(shè)計(jì)了一塊給檢測(cè)模塊和控制模塊供電的電源管理模塊。 控制電路模塊 主控 ZigBee 模塊處理 之后會(huì)送出持續(xù)的高電平，從而帶動(dòng)繼電器工作以達(dá)到弱電控制強(qiáng)電的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)警報(bào)、燈具、空調(diào)的控制。microm CMOS 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 針對(duì)協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件的執(zhí)行對(duì) MCU 處理能力的要求， CC2430 包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 8 位 8051 微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘 32MHz。 CC2430包含一個(gè) DMA控制器。32k， 64k 或 128k 字節(jié)的片內(nèi) Flash 塊提供在電路可編程非易失性存儲(chǔ)器。 CC2430 也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。中斷控制器為總共 18 個(gè)中斷源提供服務(wù)，他們中的每個(gè)中斷都被賦予 4 個(gè)中斷優(yōu)