智能家居設(shè)計(jì)方案

1、NanJing University of Science & Technology無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)方案題 目： 基于ZigBee的智能家居設(shè)計(jì)學(xué)院：自動化學(xué)院班級：15級自動化3班學(xué)號：115110001089姓 名：金威任課老師：黃成精品資料基于 ZigBee 的智能家居設(shè)計(jì)姓名：金威學(xué)號： 115110001089摘要隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)在人們的生活中應(yīng)用越來越廣泛。相對于傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)性能更優(yōu)越，體現(xiàn)在布線靈活、成本低、可擴(kuò)展性好等方面。本設(shè)計(jì)選用Zig Bee 技術(shù)構(gòu)建了智能家居無線通信網(wǎng)絡(luò)，選定星型網(wǎng)絡(luò)作為智能家居系統(tǒng)的

2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其次運(yùn)用三星公司的S3C2440 和 Win CE 操作系統(tǒng)搭建了嵌入式智能家居網(wǎng)關(guān)，并對嵌入式智能家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)。最后將嵌入式智能家居網(wǎng)關(guān)、智能手機(jī)、傳感器節(jié)點(diǎn)組建了一個(gè)智能家居系統(tǒng)模型，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了以下功能：1 . 智能家居系統(tǒng)內(nèi)部組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。2 .用戶通過家居網(wǎng)關(guān)對智能家居系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控。3 .用戶通過智能手機(jī)對智能家居系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。第一章 傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.1 家居傳感網(wǎng)絡(luò)簡介智能家居傳感網(wǎng)絡(luò)是由分布在居住環(huán)境區(qū)域內(nèi)的若干傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線技術(shù)構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)，其主要功能是感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)所覆蓋家居中感知對象的各種信息，如溫度、

3、氣體等，并將節(jié)點(diǎn)感知的信息傳輸?shù)街悄芗揖泳W(wǎng)關(guān)，之后通過互聯(lián)網(wǎng)或GPRS 到達(dá) PC 機(jī)或智能手機(jī)，并通過管理設(shè)備界面顯示出來。從網(wǎng)絡(luò)的角度來看無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)完備 的網(wǎng)絡(luò)體系，由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成在一起，不同的節(jié)點(diǎn)扮演不同的功能實(shí)體。典型的智能家居傳感網(wǎng)絡(luò)通常由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、智能家居網(wǎng)關(guān)和管理設(shè)備組成，在本文中管理設(shè)備是指 PC機(jī)或智能手機(jī)，智能家居傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié) 構(gòu)如圖1.1所示。圖1.1智能家居傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖無線傳感節(jié)點(diǎn)部署完畢后，經(jīng)過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的目標(biāo)信號經(jīng)本地簡單處理后傳輸?shù)街悄芗揖泳W(wǎng)關(guān)。用戶通過外部網(wǎng)絡(luò)，比如GPRS或Internet ,與智能家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)

4、行交互。智能家居網(wǎng)關(guān)也可以向網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布查詢請求和控制指令，接收傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能來分析，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)揮了路由器和終端節(jié)點(diǎn)的雙重角色，它主要完成以下功能：首先完成本地信息采集，其次暫存、處理以及發(fā)送其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，最后協(xié)同其它節(jié)點(diǎn)共同完成一些特定的任務(wù)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)主要由傳感器、處理器、無線通信模塊和電源這四個(gè)模塊組成。其中，傳感器完成數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，處理器完成整個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制和數(shù)據(jù)處理，無線通信模塊完成無線通信 任務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息的交換，電源為傳感器節(jié)點(diǎn)提供工作電壓。用戶通過智能家居網(wǎng)關(guān)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送操作命令，對傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置和管理，收集傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息，然后對信息

5、進(jìn)行處理和分析，把更為精確的監(jiān)測結(jié)果送到用戶手里。智能家居網(wǎng)關(guān)比普通傳感器節(jié)點(diǎn)的電量更加充足、其數(shù)據(jù)存儲空間比較大，運(yùn)算速度也相對快速，因此它的數(shù)據(jù)處理能力、存儲能力和通信能力相對較強(qiáng)。此外，智能家居網(wǎng)關(guān)還是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)主是一種基于ZigBee 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，重點(diǎn)工作是對家居網(wǎng)關(guān)的軟、硬件設(shè)計(jì)，最后將傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)了一套智能家居系統(tǒng)簡易模型，通過智能手機(jī)登陸智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。第二章 基于 ZigBee 的無線組網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)是組網(wǎng)技術(shù)，在進(jìn)

6、行家居組網(wǎng)時(shí)，不但要考慮選取恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且還必須考慮選定合理的組網(wǎng)方式和技術(shù)。鑒于家居內(nèi)部電器設(shè)備密集、傳感器數(shù)量較少、通信距離較短等特點(diǎn)，因此在本系統(tǒng)中選擇 ZigBee 作為無線組網(wǎng)技術(shù)。ZigBee:ZigBee 一詞來源于蜜蜂的傳播信息的方式，蜜蜂通過跳ZZ 形狀的舞蹈向同伴傳遞發(fā)現(xiàn)食物的信息。ZigBee 是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗的無線雙向通信技術(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)化方面，2000 年12 月成立了IEEE802.15.4 工作組，該工作組致力于研究無線通信技術(shù)，Zig Bee 正是這種技術(shù)的代名詞。IEEE802.15.4 工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC 層的協(xié)議，其余協(xié)議

7、主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee 的工作頻段為2.4GHz 和 868/915MHz ，這三個(gè)頻段的物理層各不相同，所對應(yīng)的帶寬分別為0.6MHz， 2MHz 和 5MHz。2.4GHz 采 用 的 是 十 六 相 位 正 交 調(diào) 制 技 術(shù) ， 定 義 了 16 個(gè) 信 道 ，868/915MHz 都是采用二進(jìn)制移相鍵控的直擴(kuò)序列調(diào)制(DSSS) 技術(shù)，它們之間最主要的區(qū)別是工作在不同的頻率之上，數(shù)據(jù)的傳輸速率也不相同。ZigBee 的實(shí)際傳輸范圍一般介于10100m之間，相鄰節(jié)點(diǎn)增加發(fā)射功率后，傳輸范圍可增加到13Km。作為一種新型的無線通信技術(shù)，ZigBee具有非常顯著的特 征，這

8、些特征也直接影響了其廣泛的應(yīng)用用范圍。第三章 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)是安裝在家居場所中的通信系統(tǒng)，通過本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩種方式實(shí)現(xiàn)對家居環(huán)境的了解，從而實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備管理的智能化。用戶通過PC 或手機(jī)登錄智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查看家居內(nèi)部信息，真正實(shí)現(xiàn)了“人在路上，家再手中”這一目標(biāo)。3.1 技術(shù)要求目前 Zig Bee 技術(shù)廣泛的應(yīng)用在PC 外設(shè)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、智能家居控制、醫(yī)療技術(shù)以及工業(yè)自動化等領(lǐng)域，由于ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)是自組織網(wǎng)絡(luò)，其靈活性較高，因此可將ZigBee 技術(shù)應(yīng)用到智能家居系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中來，通過對智能家居相關(guān)技術(shù)和用戶需求的分析，結(jié)合本論文對智能家居系統(tǒng)

9、模型提出以下設(shè)計(jì)要求：1 ）無線組網(wǎng)，采用ZigBee 技術(shù)構(gòu)建智能家居網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了家居網(wǎng)絡(luò)從有線到無線的轉(zhuǎn)變，并完成對傳感器節(jié)點(diǎn)的控制。2）本地監(jiān)控，在住宅中用戶可以通過家居網(wǎng)關(guān)對智能家居系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控。3）遠(yuǎn)程監(jiān)控，在遠(yuǎn)離住宅的任何地方，用戶可以通過PC 機(jī)或智能手機(jī)快速接入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。4）降低功耗，充分利用休眠模式來延長傳感器的使用壽命，避免了頻繁更換電池的麻煩。本智能家居系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：1 ）嵌入式系統(tǒng)代替PC 機(jī)來構(gòu)建智能家居網(wǎng)關(guān)。2）構(gòu)建人機(jī)交互界面，方便用戶對傳感器的控制以及設(shè)備狀態(tài)的查詢和修改。3）在智能家居網(wǎng)關(guān)上構(gòu)架Web 服務(wù)器，用戶通過

10、瀏覽家居網(wǎng)頁即可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看家居環(huán)境狀況。4）在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模型中實(shí)現(xiàn)了對溫度，瓦斯等功能的簡單查詢。3.2 智能家居體系結(jié)構(gòu)的選擇3.2.1 智能家居網(wǎng)絡(luò)的兩種常用結(jié)構(gòu)家居網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)上可以分為兩種即集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。1 . 中式結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)以家居網(wǎng)關(guān)為核心，家居網(wǎng)關(guān)一端通過小區(qū)網(wǎng)絡(luò)（或?qū)拵Ы尤朦c(diǎn)）接入Internet,另一端則分別通過三個(gè)接口與信息網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體網(wǎng)絡(luò)連接，如圖3.1 所示。圖3.1中式家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可見如果家居網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)故障將會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。2 .分布式結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)以信息網(wǎng)絡(luò)（通常指TCP/IP計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）為核心，信息網(wǎng) 絡(luò)一端通過家居網(wǎng)關(guān)接入小區(qū)網(wǎng)絡(luò) （或?qū)拵?/p>

11、接入點(diǎn)），另一端通過子網(wǎng)關(guān)連接控 制網(wǎng)絡(luò)和多媒體網(wǎng)絡(luò)，如圖3.2所示。圖3.2分布式家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各節(jié)點(diǎn)處于同級狀態(tài)，任意兩節(jié)點(diǎn)之間都可實(shí)現(xiàn)通信, 從而形成各節(jié)點(diǎn)間的信息共享，止匕外，某一節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或退出網(wǎng)絡(luò)都不會對其它 節(jié)點(diǎn)造成影響?？紤]到以后家用電器的添置或移動，要滿足即插即用性，因此 設(shè)計(jì)家居網(wǎng)絡(luò)時(shí)常采用分布式結(jié)構(gòu)。3.2.2 分布式家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡介丁 I 網(wǎng) K-i（二一同二卜產(chǎn)網(wǎng)I 1 .分布式家居網(wǎng)絡(luò)采用分層次的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)網(wǎng)段：家居 主網(wǎng)和家居控制子網(wǎng)。其中，家居主網(wǎng)通過家居主網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相連接，家 居控制子網(wǎng)通過子網(wǎng)關(guān)與家居主網(wǎng)相連接。家店主網(wǎng)中

12、的設(shè)備可以互相通信， 并通過家居主網(wǎng)關(guān)訪問外部網(wǎng)絡(luò)。家居控制子網(wǎng)中的設(shè)備通過子網(wǎng)關(guān)、家居主 網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)通信。圖3.2為分布式家居網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。T -I| ： Mi2第nF|圖3.2分布式家居網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在家居網(wǎng)絡(luò)中家居主網(wǎng)通常包括家居主網(wǎng)關(guān)、信息設(shè)備、娛樂設(shè)備、通信 設(shè)備、家居控制子網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的網(wǎng)段。家居控制子網(wǎng)一般包含家居控制子網(wǎng)關(guān)、移動控制終端、照明設(shè)備、傳感器設(shè)備等。家店主網(wǎng)關(guān)是家居主網(wǎng)中的一種設(shè)備。家店主網(wǎng)關(guān)能夠與家居主網(wǎng)中的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，為各種加入設(shè)備提供外部 網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)對家居主網(wǎng)的配置和管理，同時(shí)作為家居服務(wù)器被內(nèi)部設(shè)備和 外部網(wǎng)絡(luò)訪問。家居控制子網(wǎng)關(guān)是家居控制子網(wǎng)中的一種

13、設(shè)備。家居控制子網(wǎng)關(guān)能夠與家 居控制子網(wǎng)中的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，同時(shí)為家居控制子網(wǎng)內(nèi)的各種設(shè)備提供與家居 主網(wǎng)的接口，為各子網(wǎng)設(shè)備提供各種服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)對家居網(wǎng)絡(luò)控制子網(wǎng)的配置 和管理。3.2.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇ZigBee網(wǎng)絡(luò)層(Network Wizard Kde )支持星型、樹型和網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3.4所示星型結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器O全功能設(shè)備CFFD)0精簡功能小川)網(wǎng)型結(jié)構(gòu)圖3.4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于在本系統(tǒng)模型中用到的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目相對較少，因此本系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是由一個(gè)全功能協(xié)調(diào)器(FFD),若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組建成的。FFD通過串口與家居網(wǎng)關(guān)相連，終端節(jié)點(diǎn)被布置

14、在環(huán)境監(jiān)測區(qū)域，采集到的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送給 FFD,由于FFD和家居網(wǎng)關(guān)連接，這時(shí)網(wǎng)關(guān)上顯示 出當(dāng)前的環(huán)境狀況。3.3 智能家居系統(tǒng)整體構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)整體構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)將基于ZigBee芯片的無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊嵌入到各種家居設(shè)備中，從而構(gòu)建家居無線控制網(wǎng)絡(luò)。用戶可根據(jù)需求的不同選擇接入或移除不同功能的終端設(shè)備。在無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中可選擇因特網(wǎng)或者3G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)通信的載體。網(wǎng)絡(luò)中的各傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的信息發(fā)送到全功能協(xié)調(diào)器上，然后協(xié)調(diào)器通過特定的接口將信息發(fā)送給智能家居網(wǎng)關(guān)，隨后通過開發(fā)的人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，另外通過PC或智能手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制與狀態(tài)查詢，系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖 3.

15、5所示。喻人陶史饃寄圖3.5系統(tǒng)總體架構(gòu)圖第四章智能家居網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)4.1 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖智能家居系統(tǒng)的硬件部分主要由智能家居網(wǎng)關(guān)、協(xié)調(diào)器以及若干傳感器節(jié) 點(diǎn)組成。智能家居系統(tǒng)的核心就是智能家居網(wǎng)關(guān)，因此家居網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)直接影 響了家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建立。由于智能家居系統(tǒng)受到空間、成本以及實(shí)時(shí)性等條件的限制，這里選擇嵌 入式技術(shù)來設(shè)計(jì)智能家居網(wǎng)關(guān)，來提高資源的利用率。智能家居網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，智能家居網(wǎng)關(guān)的硬件架構(gòu)是以嵌入式處理器為主芯片，配 置電源及復(fù)位電路、Zig Bee無線通信模塊、有線網(wǎng)絡(luò)接口、無線網(wǎng)絡(luò)模塊、 輸入輸出設(shè)備、用口等必要的外圍設(shè)備，為軟件運(yùn)行提供通信接口和平臺。

16、智能家居網(wǎng)關(guān)的每一個(gè)模塊都發(fā)揮不同的作用，其中家居網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行離不開 電源的支撐；Zig Bee無線網(wǎng)絡(luò)組成了家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)采集家居內(nèi)部環(huán)境信息；GPRS模塊實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控；LCD用于顯示用戶管理界面，協(xié) 調(diào)器通過RS232串口與網(wǎng)關(guān)主控制器相連。電源及復(fù)位外部存儲器ARM9主控制器以太網(wǎng)二LCD/鍵盤JTAGGPRSZigEce無線模塊圖4.1硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)4.1.3 Zig Bee 處理器 CC2530CC2530芯片使用的是一個(gè)單周期的8051兼容內(nèi)核，它有三個(gè)不同的存儲器訪問總線 SFR、DATA和CODE/XDATA ,以單周期訪問SFR、DATA和 主 SRAM。Zig B

17、ee 新一代 SOC 芯片 CC2530 支持 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。 目前大多數(shù)Zig Bee無線通信網(wǎng)絡(luò)都使用 CC2530芯片，該芯片內(nèi)部集成了 RF收發(fā)器模塊，實(shí)現(xiàn)信息的無線傳遞。本文中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部都集成 了 CC2530芯，因此這些傳感器節(jié)點(diǎn)既可以作協(xié)調(diào)器也可以作為終端節(jié)點(diǎn)來使用，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。CC2530內(nèi)存容量足夠大，允許芯片無線下載，滿足設(shè)計(jì)者開發(fā)先進(jìn)的應(yīng)用程序的要求。CC2530芯片應(yīng)用電路圖如圖4.2所小03.6VQC4V IXTAL2)0 D3KI Ci MJ 2C1KD 3CiND 4 GAD5 PI 5fr產(chǎn)Tt-二一X 二一a.占十.

18、IL 1C1 UCC253O一：二二二K PI 2XOSC Q2 公比A A與AV LHJ4 "AVIJOI 2SAVDAJfl 27kF M6氧 III 22"AVQi 15 21RF P 25AVDO4 24rr圖4.2 CC2530芯片應(yīng)用電路圖4.2.2 以太網(wǎng)硬件設(shè)計(jì)本文在設(shè)計(jì)中增加了智能家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能可以有兩種 方法來實(shí)現(xiàn)，一種是有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，另一種是無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。有線聯(lián)網(wǎng)一般使 用接入有線寬帶，來達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，因此在家居網(wǎng)關(guān)中必須要增加有線 網(wǎng)絡(luò)接口，在本設(shè)計(jì)中加入以太網(wǎng)接口模塊（以太網(wǎng)芯片 DM9000 ）來實(shí)現(xiàn)有 線網(wǎng)絡(luò)的接入。4.

19、2.3 GPRS入電路GPRS(General Packer Radio Service) 通用無線分組業(yè)務(wù)，是在GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理科技。它采用了分組交換技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)端到端的無線數(shù)據(jù)通信。與GSM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方式相比，采用了4 種編碼方式，傳輸速率更高可達(dá)到最高理論速率171.2Kbps 。它還可以保證始終處于在線狀態(tài)，即在無需數(shù)據(jù)通信的狀態(tài)下仍保持與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接。此外，GPRS 的核心網(wǎng)絡(luò)層采用了IP 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的無縫接入。在本設(shè)計(jì)中采用Q24PLUS 四頻段通信模塊，該模塊內(nèi)嵌了市場上最小的可編程無線CPU 。不但支持FR/EFR

20、/AMR 多種語音編碼方式，而且還支持TEXT 和 PDU 模式的短信以及內(nèi)嵌TCP/IP 的數(shù)據(jù)通信。4.2.4 協(xié)調(diào)器及接口電路設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器是Zig Bee 組網(wǎng)的關(guān)鍵，它由一個(gè)功能健全的傳感器節(jié)點(diǎn)來充當(dāng)FFD ，功能相對精簡的傳感器節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器要完成的任務(wù)有很多，不僅要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建，還要接收和處理終端節(jié)點(diǎn)采集來的數(shù)據(jù)，與家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行串口通信，還要根據(jù)用戶的操作指令向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的參數(shù)等。協(xié) 調(diào) 器 的 主 控 制 器 同 樣 也 是 選 用 CC2530 芯 片 。 本 文 的 串 口 電 路 選 用MAX3232 芯片，完成RS-232 串口數(shù)據(jù)的電平轉(zhuǎn)換，與家

21、居網(wǎng)關(guān)連接后，完成數(shù)據(jù)采集的傳輸。第五章 智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括智能家居網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)、Zig Bee 無線網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì)以及各傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。5.1 智能家居網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)5.1.1 智能家居網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)智能家居網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：完成家居內(nèi)部各傳感器節(jié)點(diǎn)的通信，并對 各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制；實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的信息交互，面對較多的通信任務(wù) 與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，需要選擇恰當(dāng)?shù)那度胧讲僮飨到y(tǒng)來調(diào)試和運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)總 體工作效率。本文選擇 Win CE操作系統(tǒng)，完成嵌入式家居網(wǎng)關(guān)，智能家居網(wǎng) 關(guān)的軟件結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。施用層 以太網(wǎng)通哈，和Hte通信QP肘通侑申口通信 *一操作并掙內(nèi)核<,(253045卜C強(qiáng)助GPRS通片硬件圖5.1智能家居網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)智家能居網(wǎng)關(guān)主要完成以下任務(wù)：組建網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集、外部網(wǎng)絡(luò)接入。家居網(wǎng)關(guān)若要與家居內(nèi)部其它設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 Zig Bee通信，它需要調(diào)用應(yīng)用層通信原語來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用戶想要遠(yuǎn)程獲得內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)