【正文】 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。作為一種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)[7]：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。低成本：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，—, 并且ZigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的。短時(shí)延：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。具有高可靠、高性?xún)r(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(lèi)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[8]。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。而且IEEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒(méi)有限制。 本章小結(jié)本章主要介紹了智能家居的研究背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，及ZigBee技術(shù)的簡(jiǎn)介，了解了智能家居的發(fā)展前景和ZigBee技術(shù)的六大特點(diǎn)：低功耗、低成本、短時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全。通過(guò)綜合管理，讓家庭生活更舒適、安全、有效和節(jié)能。 設(shè)計(jì)要求智能家居系統(tǒng)主要以ZigBee技術(shù)為核心；設(shè)計(jì)圍繞網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的網(wǎng)狀拓?fù)渚€路，例如溫度傳感器模塊、煤氣傳感器模塊、人體紅外感應(yīng)器等模塊，最后在上位機(jī)上建立家庭信息管理平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩個(gè)部分。 智能家居相關(guān)技術(shù)智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)是信息傳輸與智能控制。電力線載波技術(shù)可通過(guò)電線互相“說(shuō)話(huà)”，無(wú)需重新布線，但存在噪聲干擾強(qiáng)、信號(hào)會(huì)在傳輸過(guò)程中衰減等缺點(diǎn)。但安裝比較復(fù)雜，造價(jià)較高，工期較長(zhǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可提供更大的靈活性、流動(dòng)性，省去了花在綜合布線上的費(fèi)用和精力，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。 ZigBee智能家居系統(tǒng)本智能家居系統(tǒng)旨在運(yùn)用ZigBee技術(shù)構(gòu)建一個(gè)模擬的家居監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。從圖中可以看出，本系統(tǒng)大致由安防傳感子網(wǎng)、家電控制子網(wǎng)、信息管理平臺(tái)及遠(yuǎn)程終端等部分組成。家電控制子網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備基本為受控設(shè)備。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用華凡公司的HFZ—SmartRF04EB+CC2430EM模塊作為協(xié)調(diào)器。l 溫度傳感器采用DS18B20。l 防盜報(bào)警和門(mén)迎都采用熱釋紅外傳感技術(shù)，電路結(jié)構(gòu)相同。l 照度監(jiān)測(cè)使用電池做傳感器。系統(tǒng)應(yīng)用層的程序主要包括安防、家電控制、傳感、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸好人機(jī)交互模塊等模塊。系統(tǒng)應(yīng)用層的程序主要包括傳感、報(bào)警、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和人機(jī)交互模塊。報(bào)警模塊入網(wǎng)模塊無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)格式定義數(shù)據(jù)接收安全傳感模塊家電控制模塊煤氣LED狀態(tài)顯示終端節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)用層程序功能框圖防盜門(mén)迎求救器燈光窗簾風(fēng)扇空調(diào)建網(wǎng)模塊安防模塊LCD顯示模塊無(wú)線數(shù)據(jù)傳送模塊網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)警信息節(jié)點(diǎn)信息傳感信息LED報(bào)警顯示按鍵模塊家電控制模塊傳感模塊數(shù)據(jù)格式定義數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)發(fā)送照度協(xié)調(diào)器系統(tǒng)應(yīng)用層程序功能框圖溫度圖3 系統(tǒng)應(yīng)用層功能框圖 本章小結(jié)本章主要介紹了本次設(shè)計(jì)的主要要求和智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。我負(fù)責(zé)軟件設(shè)計(jì)，李方舟負(fù)責(zé)硬件設(shè)計(jì)。第三章 軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)劃分為軟件和硬件兩人合作制，硬件部分是由李方舟設(shè)計(jì)，軟件部分是由我主要進(jìn)行設(shè)計(jì)，在與硬件進(jìn)行合作的條件下，我們考慮各種器件的價(jià)格，芯片的價(jià)格，在芯片上我們主要選擇CC2430來(lái)作為這次設(shè)計(jì)的芯片。IAR Embedded Workbench是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用編程開(kāi)發(fā)工具。通過(guò)其內(nèi)置的針對(duì)不同芯片的代碼優(yōu)化器IAR Embedded Workbench可以為ARM芯片生成非常高效可靠的FLASH/PROMable代碼[10]。下面為IAR集成開(kāi)發(fā)軟件各組成部件的特點(diǎn)：（1）集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）l 層次化的工程表示方法；l 強(qiáng)大的工程管理允許在同一工作區(qū)管理多個(gè)工程；l 自適應(yīng)窗口的浮動(dòng)床擴(kuò)管理；l 智能的源文件瀏覽器；l 包括生成、維護(hù)庫(kù)的庫(kù)工具；l 集成源代碼控制系統(tǒng)；l 文本編輯器；l 常用代碼構(gòu)件的代碼模板；l 命令行建立功能。（3）IAR匯編器l 強(qiáng)大的可重定位宏匯編器，并帶有豐富的標(biāo)示符合操作符，內(nèi)置C語(yǔ)言預(yù)處理器，支持所有C宏定義。（6）CSPY調(diào)試器l 完全集成的源代碼和反匯編調(diào)試器；l 非常精細(xì)的運(yùn)行控制尺度；l 復(fù)雜的代碼和數(shù)據(jù)斷點(diǎn)；l 多種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；l 支持STL容器；l C/C++調(diào)用棧窗口，也會(huì)顯示即將進(jìn)入的函數(shù)；雙擊調(diào)用鏈上的任一函數(shù)，將自動(dòng)更新編輯器、Locals、寄存器、Watch被反匯編窗口以顯示該函數(shù)被調(diào)用時(shí)的狀態(tài)；l Trace功能，允許查看代碼運(yùn)行的歷史；在Trace窗口中移動(dòng)時(shí)，將自動(dòng)更新編輯器和反匯編窗口，以顯示正確的位置；l Terminal I/O仿真；l 終端和I/O的模擬；l 類(lèi)C的宏語(yǔ)言系統(tǒng)，用于擴(kuò)展調(diào)試器的功能；l 由主機(jī)對(duì)應(yīng)用程序的系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行仿真；l 代碼覆蓋率和Profiling性能分析工具；l 通用的Flash Loader，帶有API手冊(cè)。（8）IAR庫(kù)和庫(kù)工具l 包含所有必需的ISO/ANSIC/C++庫(kù)和源代碼；l 為所有的低級(jí)程序，如write char和read char，提供完整的源代碼；l 輕量級(jí)Runtime庫(kù)。 IEEE ZigBee技術(shù)是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一組基于IEEE 、安全和應(yīng)用軟件方面的通信技術(shù)。IEEE ，一般在個(gè)人活動(dòng)空間（10m直徑或更?。┕ぷ鞯暮?jiǎn)單器件。但是對(duì)等拓?fù)涞倪壿嫿Y(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)層定義[11]。低頻率物理層包括868MHz歐洲頻段和在美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家使用的915MHz頻段，高頻率物理層是供全世界使用的。ZigBee設(shè)備在不同頻段的比特率、碼片率以及調(diào)制方式如表1所示：表1 頻段和數(shù)據(jù)率物理層/MHz頻段/MHz擴(kuò)頻參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)碼片率/(kcpips/s)調(diào)制比特率/(kb/s)符號(hào)率/(ksymbol/s)符號(hào)86915868~300BPSK2020二進(jìn)制902~928600BPSK4040二進(jìn)制24502400~20000—QPSK25016位正交ZigBee三個(gè)頻段共有27個(gè)信道，編號(hào)從0—26。這些信道的中心頻率定義如下：Fc=868．3MHz，k=0Fc=906+2(k一1)MHz，k=1，2，…，10Fc=2405+5(k一11)MHz，k=1l，12，…，26其中k表示信道號(hào)碼。它的職責(zé)包括傳輸信標(biāo)幀、保持同步和提供可靠的傳輸機(jī)制。圖5 MAC層參考模型示意圖 ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在兩種功能類(lèi)型的設(shè)備，三種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及兩種工作模式。全功能器件擁有完整的協(xié)議功能，在網(wǎng)絡(luò)中可以作為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、路由器(Router)和普通節(jié)點(diǎn)(Device)而存在。全功能器件可以與精簡(jiǎn)功能器件或其他的全功能器件通信，而精簡(jiǎn)功能器件只能與全功能器件通信，精簡(jiǎn)功能器件之間不能直接通信。 節(jié)點(diǎn)類(lèi)型ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含三種類(lèi)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)。 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(xiāo)[15]。保存后將文件夾名“SimpleApp”改為“Coordinator”，作為智能家居的協(xié)調(diào)器工程。圖10 智能家居系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)工程示意圖 工程選項(xiàng)設(shè)置協(xié)調(diào)器工程SimpleCollectorEB修改后的預(yù)編譯選項(xiàng)[17]為：CC2430EBHOLD_AUTO_STARTREFLECTORNV_INITxNV_RESTORExMT_TASKLCD_SUPPORTED終端節(jié)點(diǎn)工程SimpleSensorEB修改后的預(yù)編譯選項(xiàng)為：CC2430EBHOLD_AUTO_STARTREFLECTORNV_INITNV_RESTORExMT_TASKxLCD_SUPPORTED 添加文件編寫(xiě)溫度控制開(kāi)關(guān)程序：新建文件“Untitled1”，編寫(xiě)程序，將文件另存為“”放到C:\Texas Instruments\ \ Projects\ zstack\ Samples\ Coordinator \Source目下， 如圖11所示。添加后的結(jié)果如圖13所示。圖12 添加文件示意圖圖13 添加文件后的結(jié)果示意圖 任務(wù)與事件 自定義事件，用于啟動(dòng)設(shè)備的協(xié)議棧，使設(shè)備建立我網(wǎng)絡(luò)或者加入網(wǎng)絡(luò)。新增事件的定義如下：define MY_UPDATE_NET_EVT 0x0002 //更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)define MY_SHOW_MAIN_MENU_EVT 0x0003 //顯示主菜單define MY_SHOW_VICE_MENU_EVT 0x0004 //顯示二級(jí)菜單 事件觸發(fā)以MY_UPDATE_NET_EVT為例，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立成功后腰觸發(fā)該事件來(lái)更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，因此，在建網(wǎng)回調(diào)函數(shù)zb_StartConfirm（）中觸發(fā)該事件。 事件觸發(fā)。 MY_START_EVT){ zb_BuildNet()； //建立網(wǎng)絡(luò)}If (event amp。 MY_SHOW_MAIN_MENU_EVT){ Show_MainMenu()； //LCD顯示主菜單}If (event amp。圖14 事件處理流程圖 設(shè)備信息配置 Profile IDCoordinator工程中Profile 。 設(shè)備。其中，協(xié)調(diào)器與每一個(gè)設(shè)備的操作可以對(duì)應(yīng)一個(gè)命令。因此，協(xié)調(diào)器輸入命令表如下：const cId_t zb_InCmdList[NUM_IN_CMD_COOD]={ILLUMINANCE，LIGHT，CURTAIN，F(xiàn)AN，CONDITION，WELCOME，INBREAK，GAS，}；協(xié)調(diào)器的輸出命令列表如下：const cId_t zb_OutCmdList[NUM_IN_CMD_COOD]={ALLINFO，LIGHT，CURTAIN，F(xiàn)AN，CONDITION，WELCOME，INBREAK，GAS，}；終端節(jié)點(diǎn)的輸入命令列表應(yīng)與協(xié)調(diào)器輸出命令列表相同，輸出命令列表與協(xié)調(diào)器輸入命令列表相同。zb_SimpleDesc；afRegister(amp。 建網(wǎng)與入網(wǎng)模塊程序中協(xié)調(diào)器建網(wǎng)的過(guò)程如圖15所示。 HAL_KEY_SW_5）{If(myAppState == APP_INIT){ Zb_BuildNet()；}}zb_BuildNet()為新定義的協(xié)調(diào)器建網(wǎng)函數(shù)，代碼如下：void zb_BuildNet(void){uint8 logicalType；uint8 startOptions；zb_ReadConfiguration(ZCD_NV_LOGICAL_TYPE，sizeof(uint8)，amp。logicalType)；zb_Rea