基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)論文23

1、基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)論文23無線傳感網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計基于Zigbee技術(shù)的智能家居無線傳感網(wǎng)絡(luò)專 業(yè)： 電子信息 班級： 0742 學(xué)生姓名： 李昆鵬 學(xué)號： 07 指導(dǎo)教師： 吳丹 劉君玲 信息工程學(xué)院前言隨著21世紀的到來，特別是近年來現(xiàn)代高科技和信息技術(shù)正在由智能大廈走向智能化住宅小區(qū)，進而走進家庭。人們對家居生活環(huán)境的要求也越來越高，并將注意力越來越多的放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上。家居無線監(jiān)控問題是當(dāng)今國際建筑智能化領(lǐng)域的前沿性研究課題。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)克服了家庭中布線的煩瑣，充分體現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的靈活、方便、高效。本項目研究開發(fā)了基于ZigBee技術(shù)和

2、hitemet技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，將hitemet的遠程監(jiān)控與ZigBee短距離控制相結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)的家居無線控制和數(shù)據(jù)采集，避免了綜合布線，可擴展性好。本文首先進行系統(tǒng)總體設(shè)計，結(jié)合底層ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點和系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的要求，將該系統(tǒng)設(shè)計分為四部分:無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)傳輸模塊、上位機顯示界面。然后對ZigBee協(xié)議標準做了全面地研究分析，同時給出了基于CC2430的無線傳輸模塊的軟硬件設(shè)計和星型網(wǎng)絡(luò)搭建，并給出了測試結(jié)果。接著設(shè)計了基于TMS320F2812的數(shù)據(jù)處理模塊，給出了硬件電路和外圍輔助電路設(shè)計方案，并為其移植了實時操作系統(tǒng)。本設(shè)計實現(xiàn)了從底層Z

3、igBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集最終到監(jiān)控機的數(shù)據(jù)傳輸并測試成功。最后在VC6.0環(huán)境下，應(yīng)用 WindowsSockets套件接口開發(fā)顯示界面對底層采集的數(shù)據(jù)分類顯示。整個智能家居監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)矣秒娖鞯耐瓿砷_關(guān)量的控制，還能夠?qū)θ磉M行無線抄表最重要的是可監(jiān)測來自家庭安防傳感器的數(shù)據(jù)，以備物業(yè)等部門監(jiān)控。測試后，證實了設(shè)計方案的正確性，結(jié)果滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，該設(shè)計具有一定的新穎性和實用性。目 錄第一章緒論11.1 課題研究的背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本文研究的主要內(nèi)容3第二章方案選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計4第三章 Zigbee協(xié)議的應(yīng)用63.1 ZigBee協(xié)議分析63.2 ZigBee協(xié)

4、議的應(yīng)用領(lǐng)域63.3 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)和原理63.4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點配置7第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計84.1 數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計84.2 DSP芯片TMS32OF2812的介紹94.3 數(shù)據(jù)處理模塊外圍電路設(shè)計104.4 數(shù)據(jù)處理模塊輔助電路設(shè)計11第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計125.1 zigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建12總結(jié)與展望15參考文獻第一章 緒論1.1課題研究的背景智能家居或稱智能住宅，與智能家居的含義近似的還有家庭自動化、電子家庭、數(shù)字家園、家庭網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)家居，智能家庭/建筑。智能家居概念的起源很早，但一直沒有具體的建筑案例出現(xiàn)。世界上第一套智能建筑系統(tǒng)于1984年在美國的康涅狄格州

5、哈特福德市出現(xiàn)，當(dāng)時是由美國聯(lián)合科技公司改造了一座舊式大樓，對大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備采用計算機進行監(jiān)測控制。從此揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。隨著大量采用先進電子技術(shù)的家用電器的面市，住宅電子化出現(xiàn)。上世紀80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備和安全防范設(shè)備各自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化的概念。到了80年代末，通信技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了通過總線技術(shù)對住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備進行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，也就是智能家居的原型。1997年，比爾.蓋茨的智能豪宅歷時七年終于建成，這幢建筑完全按照智能住宅的概念建造，所有的門窗、燈具、電器都能夠通過計算機控制。1998年5月在新

6、加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)一“未來之家”，從而開啟了智能家居走向大眾的先河，時至近日，在新加坡約有近30個住宅小區(qū)、近5000戶的家庭采用了這一系統(tǒng)。進入新世紀后，美國出現(xiàn)了一種X-10技術(shù)，即通過X-10通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個設(shè)備便可以實現(xiàn)資源的共享這種技術(shù)布線簡單，功能靈活，擴展容易，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于美國約400萬家庭。與普通的家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，能夠提供舒適安全、高品位且宜人的生活空間，還把原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，甚至為各種能源支

7、出節(jié)約資金。建筑智能化的重要特征就是:網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、個性化。人們接受智能化產(chǎn)品融入自己的工作和生活，不再是為了好奇，而是需求。智能化系統(tǒng)、寬帶綜合布線系統(tǒng)帶給人們的不僅是產(chǎn)品，更重要的是體現(xiàn)了一種服務(wù)模式和服務(wù)理念。基于這些突出優(yōu)勢，住宅的信息化、智能化將是一個不可避免的趨勢。從技術(shù)角度看，智能家居是融合了計算機、網(wǎng)絡(luò)、自動控制、傳感等多種技術(shù)，并涉及生態(tài)、環(huán)境、能源等多個領(lǐng)域的綜合性系統(tǒng)性工程，其實現(xiàn)歸根到底是基于策略的自動控制和信息交換，所以，智能家居系統(tǒng)也就是一個綜合了信息流和控制流的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。智能家居的發(fā)展離不開相關(guān)技術(shù)的進步，相關(guān)技術(shù)的飛躍也必然改變智能家居的面貌。由此可見

8、，智能家居行業(yè)需要改變目前“各自為政”的情況，使不同廠家的產(chǎn)品可以互相兼容，方便在解決方案中采取適合質(zhì)量等級的產(chǎn)品，組建開放性更好的系統(tǒng)進行模塊化，所謂模塊化就是產(chǎn)品開發(fā)商把智能家居產(chǎn)品做成不同功能的組件，可以根據(jù)用戶的實際需求任意搭配。這樣不僅可滿足不同層次用戶的需要，而且可以節(jié)約成本，也可以節(jié)約不必要的端口模塊，增強系統(tǒng)的可維護性、可擴展性，簡化系統(tǒng)集成的過程。綠色智能化建筑的綠色生態(tài)發(fā)展，主要包括節(jié)能、無污染、低功耗多功能的無線傳感網(wǎng)絡(luò)正好順應(yīng)了這一發(fā)展要求。由于智能家居是一個多行業(yè)交叉覆蓋的系統(tǒng)工程，各個設(shè)備廠商按照不同的接口標準與協(xié)議生產(chǎn)設(shè)備，其結(jié)果是:不同設(shè)備之間的互連、互通變得非

9、常困難。這種問題實際上就是由家居設(shè)備的通信協(xié)議標準沒有統(tǒng)一造成的。在整個智能家居控制系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)絡(luò)是智能家居實現(xiàn)通信的基礎(chǔ)，是住宅內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)，而通信協(xié)議又是其精髓所在，因此在智能居家系統(tǒng)的設(shè)計中，采用具有良好發(fā)展前景的通信協(xié)議具有重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自從世界上第一幢智能建筑在美國出現(xiàn)后，國外的智能家居已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展。一些知名企業(yè)如IBM、CISCO、Siemens、Samsung、Mierosoft、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)標準也不盡相同。發(fā)展至今，已經(jīng)形成了比較統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，這些協(xié)議標準在國際智能家居和家庭網(wǎng)

10、絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。國外目前比較流行的智能家居品牌AMX、Crestron、ELAN、HA以及已經(jīng)打入中國市西華大學(xué)碩士學(xué)位論文場的Honeywell、LG。國外廠家大多數(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)歷了驗證。國外的智能家居產(chǎn)品比較注重家庭內(nèi)部功能的實現(xiàn)，不足之處在于其價格比較高和聯(lián)網(wǎng)的能力方面比較差。我國在智能家居研究領(lǐng)域起步較晚。最初，國內(nèi)較有實力的家電廠商涉足了這一領(lǐng)域，比如，康佳、創(chuàng)維、廈華、美的、春蘭等推出了系統(tǒng)改進的信息家電，為智能家居的實施提供了功能終端設(shè)備;然后到了1999年3月10日，微軟的比爾蓋茨的深圳之行又推出了“維納斯”計劃，使國內(nèi)的I

11、T廠家對智能家居有了更加清晰的認識，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題;目前，智能家居在國內(nèi)的發(fā)展已全面展開，不論是技術(shù)還是市場方面都出現(xiàn)了可喜的局面。2008年12月4日，由千家網(wǎng)、千家品牌實驗室共同主辦的第九屆中國國際建筑智能化峰會上，揭曉了“2008年中國智能家居十大品牌”，其中，中國國內(nèi)的品牌有：上海索博、廣州安居寶、青島海爾、天津瑞朗、深圳波創(chuàng)、深圳普力特、上海慧居、深圳松本先天下、廈門振威安全。就智能家居解決方案而言，主要的困難就是系統(tǒng)通信，而最核心的問題還是通信協(xié)議的選擇。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容是智能家居監(jiān)控系

12、統(tǒng)。在未來，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)將作為住宅的一部分，直接關(guān)系到住宅用戶的滿意度和舒適度。它監(jiān)控著家中的一些安全隱患，如煤氣泄露、火災(zāi)等，同時還可以控制家中的一應(yīng)電器設(shè)施，另外三表抄送也融入其中。傳統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)往往利用了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活的各個監(jiān)控節(jié)點有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。但是傳統(tǒng)的電纜有線連接已經(jīng)漸漸退出家庭網(wǎng)絡(luò)的舞臺，因為現(xiàn)實中，很多房屋已經(jīng)完成了裝修，但沒有專門為以后的智能家居系統(tǒng)預(yù)布線。而無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則可以在沒有布線的情況下完成家庭局域網(wǎng)的搭建，而且無線智能模塊的最大優(yōu)點是安裝非常方便，可拆分性特別強，能更好的適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)

13、境的需要。樓宇監(jiān)控系統(tǒng)如下圖所示：圖1-1 樓宇監(jiān)控系統(tǒng)第二章 方案選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計無線射頻技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、低成本的無線通信技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)點是部分產(chǎn)品無需重新布線，利用點對點的射頻技術(shù)，實現(xiàn)對家電、安防設(shè)備等家庭電器設(shè)備的控制。目前，家居中常用的無線射頻技術(shù)主要有UWB、藍牙、ZigBee等，可以實現(xiàn)針對不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種環(huán)境需求。UWB是一種高效的低功耗寬帶無載波通信技術(shù)，與傳統(tǒng)無線電技術(shù)的顯著區(qū)別在于，后者通過變化正弦波的功率水平、頻率或相位等傳遞信息而UWB不使用載波，其在特定的時間點產(chǎn)生脈沖式無線電能量，并占據(jù)較大的帶寬進行脈沖定位或時域

14、調(diào)制，從而使耗電量顯著減小。UWB早在 1960年就開始開發(fā)了，但僅僅限于軍事領(lǐng)域，主要用于軍用雷達、定位等。美國聯(lián)邦通信委員會于2002年2月準許該技術(shù)進入民用領(lǐng)域，并且開放了3.IG-10.6GHz頻段給UWB，UWB主要用于對數(shù)據(jù)傳輸速率要求很高的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。無線高保真是一種無線通信協(xié)議，采用IEEE802.llb標準，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技術(shù)標準，它工作在.2.4GHz的頻段，所支持的速度最高達54M。目前， IEEE802.llb標準還沒有被工業(yè)界廣泛接受。Wi-Fi規(guī)定了協(xié)議的物理層和媒體接入控制層，并依賴TCPIP作為網(wǎng)絡(luò)層，通信距離在100米左右

15、。.由于其優(yōu)異的帶寬是以大的功耗為代價的，因此大多數(shù)便攜Wi-Fi裝置都需要常規(guī)充電。這些特點限制了它在工業(yè)場合的推廣和應(yīng)用。藍牙取自公元10世紀統(tǒng)一了丹麥的國王哈拉德二世的名字，寓意是期望統(tǒng)一。它是一種短距離無線通信技術(shù)，它是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范。藍牙的傳輸距離為10厘米到10米，如果增加功率或是加上某些外設(shè)可達到100米的傳輸距離。它采用 2.4GHzISM頻段，采用 IEEE802.15.1標準，且規(guī)定了包括PHY、MAC、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層等集成協(xié)議棧。藍牙對每個微微網(wǎng)限制其只能配置7個節(jié)點，制約了藍牙技術(shù)在大型傳感網(wǎng)絡(luò)開發(fā)中的應(yīng)用。ZigBee是一組基于IEEE802.1

16、5.4無線標準研發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標準。IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)工作組的 IEEE802.15.4技術(shù)標準是ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)。它采用跳頻技術(shù)，.使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz5及 915MHz，而且均為免執(zhí)照頻段，有效覆蓋范圍為10-75m。所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為10KB/S-250KB/S。功耗低，在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可以6個月到2年。網(wǎng)絡(luò)容量大，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備。成本低。由于ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。要從以上這些無線射頻技術(shù)中選擇一種作為本設(shè)計的無線通信方案，需要考慮的是該方案

17、是否能夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)的成本要求，還有就是功耗和網(wǎng)絡(luò)容量能否滿足家庭要求。而這些問題在ZigBee技術(shù)面前都將不復(fù)存在。在智能家居系統(tǒng)中，將ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)己成為趨勢。這不僅僅是因為ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動性，省去花在綜合布線上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點。所以本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)作為智能家居中無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方案。本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用星型連接，主要包括了一個家庭網(wǎng)關(guān)以及若干個無線通信子節(jié)點。家庭網(wǎng)關(guān)上有一個無線收發(fā)模塊，而其他的無線通信子節(jié)點則作為 終端設(shè)備安放在家用電器、三表和安防傳

18、感器上，通過這些無線收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)就在主節(jié)點和子節(jié)點之間進行傳輸。智能家居中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示：圖2-1 智能家居中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第三章Zigbee協(xié)議的應(yīng)用3.1 ZigBee協(xié)議分析ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)就是IEEE802.15.4標準。1998年3月，IEEE標準化協(xié)會正式批準成立了IEEE802.15工作組，致力于WPAN網(wǎng)絡(luò)的PHY層和MAC層的標準化工作，目標是為在個人操作空間內(nèi)相互通信的無線通信設(shè)備提供通信標準。POS一般是指用戶附近10米左右的空間范圍，這個范圍內(nèi)用戶可以是固定的，也可以是移動的。2000年12月 IEEE成立了802.15.4小組，負責(zé)制定物理層

19、與介質(zhì)接入控制層。但僅僅定義了物理層PH均與介質(zhì)接入控制層并不足以保證不同設(shè)備之間可以對話，于是便有了ZigBee聯(lián)盟，ZigBee聯(lián)盟從IEEE802.15.4標準開始著手，目前正在定義允許不同廠商制造設(shè)備相互對話的應(yīng)用綱要。例如，ZigBee聯(lián)盟“燈綱要”會確定相關(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。同時，ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進行了標準化，還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄露其標識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠距離傳輸不會被其他節(jié)點獲得。3.2 ZigBee協(xié)議的應(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

20、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)勢就是使網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力也很強。ZigBee的自組織功能:無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)。ZigBee的自愈功能:增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。3.3ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)和原理IEEE802.15.4協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成，每層為其上層提供一組特定的服務(wù):一組數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個管理實體提供全部其他服務(wù)。每個服務(wù)實體通過一個服務(wù)接入點 (SAP)為其上

21、層提供服務(wù)接口，并且每個SAP提供了一系列的基本服務(wù)指令來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。雖然IEEE802.15.4協(xié)議棧是基于標準的七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型，但只定義了最下面的兩層:物理層和介質(zhì)接入控制層。ZigBee協(xié)議結(jié)構(gòu)模型如圖3.1所示。由圖3.1可知，ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層框架的設(shè)計，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持層或應(yīng)用程序接口、ZigBee設(shè)備對象和由制造商制定的應(yīng)用對象。網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)確定拓撲結(jié)構(gòu)和維護，以及命名和綁定服務(wù)，且完成尋址、路由和安全的任務(wù)。這里建立在IEEE802.15.4標準上的網(wǎng)絡(luò)層被設(shè)計成自組織和自維護的形式。應(yīng)用層負責(zé)為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)。ZigB

22、ee應(yīng)用層除了提供一些必要的函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個重要的功能就是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象。圖3-1 Zigbee結(jié)構(gòu)模型圖3.4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點配置在IEEE802.15.4中定義了14個物理層基本參數(shù)和35個介質(zhì)接入控制層基本參數(shù)，總共為49個，僅為藍牙的三分之一。這使它非常適用于存儲能力和計算能力都有限的簡單器件。在802.15.4中定義了兩種器件:全功能器件和簡化功能器件對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數(shù)，它可以承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的功能，可以同網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備通信;而對于簡化功能器件，在最小配置時只要求它支持38個基本參數(shù)，它不能作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，只

23、能與FFD通信，兩個RFD之間不能直接通信。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話，可以按三種方式工作，即用作路由器、協(xié)調(diào)器或終端器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話，僅用于非常簡單的應(yīng)用。ZigBee路由器是一種支持關(guān)聯(lián)的設(shè)備，能夠?qū)⑾⑥D(zhuǎn)發(fā)到其它設(shè)備。ZigBee網(wǎng)格或樹型網(wǎng)絡(luò)可以有多個ZigBee路由器。ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)不支持ZigBee路由器。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文ZigBee協(xié)調(diào)器是啟動和配置網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)備。協(xié)調(diào)器可以保持間接尋址用的綁定表格，支持關(guān)聯(lián)，同時還能設(shè)計信任中心和執(zhí)行其它活動。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計在日常家居監(jiān)控系統(tǒng)中，由于底層ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)

24、點非常豐富，需要對來自這些節(jié)點的信息進行處理，所以數(shù)據(jù)處理模塊承擔(dān)了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)處理作用，而且由于多個無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集不同的數(shù)據(jù)量傳送到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，數(shù)據(jù)處理模塊需要對不同數(shù)據(jù)進行分類和打包，同時通過對數(shù)據(jù)處理模塊上的以太網(wǎng)接口把數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)通信接口傳輸?shù)奖O(jiān)控機上。整個硬件設(shè)計的思想是希望能夠?qū)⒌讓拥臒o線傳感網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)連通，實現(xiàn)居家的無線監(jiān)控，小區(qū)的集中監(jiān)控與管理。4.1數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計本數(shù)據(jù)處理模塊采用TMS320F2812作為主處理器，這是一種結(jié)構(gòu)簡單、功能強大的高速數(shù)據(jù)處理芯片，它具有數(shù)據(jù)采集和處理功能。數(shù)據(jù)處理模塊的硬件電路設(shè)計如下圖所示：圖4-1 數(shù)據(jù)處理模塊電路圖4.2

25、DSP芯片TMS32OF2812的介紹TMS320F2812是德州儀器公司于2003年推出的一款高性能、多資源的DSP數(shù)據(jù)處理芯片。本文采用TMS320F2812作為數(shù)據(jù)處理模塊的主處理器，它功能強大、成本低、適應(yīng)性強、實時性好、精度高、擴展性好，可以嵌入到設(shè)備中，同時接入以太網(wǎng)控制芯片后，可以對整個家居電器設(shè)備進行遠程監(jiān)測。TMS32OF2812的功能模塊方框圖如下圖： 圖4-2 TMS32OF2812功能模塊方框圖4.3數(shù)據(jù)處理模塊外圍電路設(shè)計TMS320F2812采用+3.3V的外設(shè)供電和+1.8V的內(nèi)核供電，芯片采用這種分離式供電方式，可以大大降低DSP芯片功耗。電源電路如圖4-3所示

26、：圖4-3 供電電路原理圖4.4數(shù)據(jù)處理模塊輔助電路設(shè)計考慮到以后調(diào)試工作的需要，所以為數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計了串行接口。RS一232接口標準是美國電氣協(xié)會(EIA)正式公布并廣泛實用的一種串行總線標準。完整的RS-232通信接口有25條信號線，常用的是9針RS-232接口。對于一般雙工通信，僅需三條信號線就可以實現(xiàn)。在串行通信電路的設(shè)計中，只用到9根信號線中的接收、發(fā)送和地。本設(shè)計采用MAX232芯片實現(xiàn)TTL電平和RS-232電平間的轉(zhuǎn)換，硬件電路圖如下圖所示：圖4-4 數(shù)據(jù)處理模塊的硬件電路第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計由上面的介紹可知，ZigBee支持三種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu):星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)。其中星型

27、網(wǎng)絡(luò)是最省電的，且造價最低，結(jié)構(gòu)簡單，從節(jié)點設(shè)備直接與協(xié)調(diào)器通信，便于設(shè)備維護和檢修。本設(shè)計選擇星型結(jié)構(gòu)作為底層無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及簡單控制。5.1 zigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建Zigbee 采用的是自組網(wǎng)通信方式，因而模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)，對原有網(wǎng)絡(luò)進行刷新，這就是自組織網(wǎng)。該架構(gòu)被稱為無基礎(chǔ)構(gòu)架的無線局域網(wǎng)，這種架構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的設(shè)備數(shù)量不加限制，并可隨時建起無線通信鏈路首先設(shè)置ZigBee主無線模塊為協(xié)調(diào)器，其它節(jié)點模塊為終端器件。然后協(xié)調(diào)器應(yīng)用層發(fā)出原語給協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層來啟動新的網(wǎng)絡(luò)建立。建網(wǎng)過程開始后，協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層將首先請求M

28、AC層對物理層所定義的有效信道進行能量檢測掃描，以排除可能占用的信道。為實現(xiàn)能量檢測掃描，協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層通過發(fā)送掃描類型參數(shù)設(shè)置為能量檢測掃描的原語到MAC層進行信道能量檢測掃描，掃描結(jié)果通過原語返回給網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層的管理實體收到能量檢測掃描的結(jié)果后，將對那些在允許能量范圍內(nèi)的信道進行進一步處理。協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層管理實體將發(fā)送原語執(zhí)行主動掃描，該原語的ScanType參數(shù)設(shè)置為主動掃描，ChannelList參數(shù)設(shè)置為那些已經(jīng)通過能量檢測允許的信道列表，同時在這些信道內(nèi)搜索其它終端節(jié)點模塊。而這一點對工業(yè)現(xiàn)場控制而言非常重要。而在Zigbee技術(shù)中采用了動態(tài)路由的方式，所謂動態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸

29、的路徑并不是預(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。為了決定建立網(wǎng)絡(luò)的最佳信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實體還將檢查PAN標識符，并且將所查找到的第一個信道設(shè)為新網(wǎng)絡(luò)的最小編號。當(dāng)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層管理實體查找不到與其它節(jié)點模塊通信的合適信道，將終止建網(wǎng)過程，并且向協(xié)調(diào)器應(yīng)用層發(fā)出建網(wǎng)失敗信息，即通過發(fā)送參數(shù)狀態(tài)為Startup-failure的原給應(yīng)用層知道。如果協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的管理實體找到合適的信道，將為這個新網(wǎng)絡(luò)選擇一個PAN標識符。為了選擇一個PAN標識符，需要檢查PANID參數(shù)是否在原語中己指定。本系統(tǒng)采用IAR編

30、譯軟件設(shè)計通信程序，首先實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與單個從節(jié)點的通信。如下圖所示： 圖5-1 編譯軟件環(huán)境如果選定PANID與已存在的PANID不發(fā)生沖突，則這個ID值就將成為新網(wǎng)絡(luò)的PANID否則，將為這個協(xié)調(diào)器模塊選擇一個隨機的PANID，只要不使它為廣播地址，同時小于0X3FFF，并且它在所選擇的信道中所存在的網(wǎng)絡(luò)是唯一的。網(wǎng)絡(luò)層還要通過發(fā)出原語給MAC層來設(shè)置MACPAN屬性。用編譯軟件進行節(jié)點設(shè)備選擇如下圖：圖5-2 節(jié)點選擇界面用VC+6.0編寫上位機顯示界面，采用的是VC+6.0中的套接字Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)接口控件，簡化了軟件接口設(shè)計。上位機顯示界面如下圖所示：圖5-3上位機界