無線通信實(shí)例

近距無線通信應(yīng)用實(shí)例zigbee智能家居智能家居智能家居用戶通過PC端的瀏覽器登錄用戶管理系統(tǒng)，利用Internet遠(yuǎn)程訪問家庭內(nèi)部的嵌入式網(wǎng)關(guān),嵌入式網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)器會(huì)根據(jù)用戶的需求通過串口(UART)向無線家庭網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器(Coordinator)發(fā)送交互指令，用以控制家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各種關(guān)聯(lián)電器。由結(jié)構(gòu)圖不難看出，本系統(tǒng)主要包含三部分:PC客戶端用戶管理系統(tǒng)、嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)和無線家庭網(wǎng)絡(luò)。智能家居(1)PC客戶端用戶管理系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是在嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫的相關(guān)功能，通過一組人機(jī)交互的界面達(dá)到方便用戶使用和管理的效果。智能家居(2)嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)。嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它是處于外部internet和內(nèi)部無線家庭網(wǎng)絡(luò)中間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是家庭網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn)。一方面，嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)要支持TCP/IP協(xié)議并能提供web服務(wù)，從而允許客戶遠(yuǎn)程訪問它;另一方面，它要實(shí)現(xiàn)外部Internet和內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議的轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換和路由等功能，類似internet上的網(wǎng)關(guān).智能家居(3)無線家庭網(wǎng)絡(luò)。采用新興的ZIGBEE技術(shù)，每個(gè)嵌入ZIGBEE模塊的信息家電都可以看作是一個(gè)zIGBEE節(jié)點(diǎn)，整個(gè)家庭無線網(wǎng)絡(luò)是由ZIGBEE節(jié)點(diǎn)組成的無線局域網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)接收用戶從遠(yuǎn)程發(fā)來的控制信息，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)發(fā)給zIGBEE網(wǎng)絡(luò)的coordinator，coordinator根據(jù)信息中地址把控制信息轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的Router節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)的信息電器監(jiān)測(cè)和控制。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)的硬件選型嵌入式微處理器中的ARM9系列處理器具有功耗低、成本低、效率高，接口資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，與其它嵌入式處理器相比，它的通用性、穩(wěn)定性、功能的完備性以及可擴(kuò)展能力都有著巨大的優(yōu)勢(shì)。采用了以ARM920T為核心的S3C2440處理器。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)MINI2440是一款低價(jià)實(shí)用的ARM9開發(fā)板，也是目前國內(nèi)性價(jià)比最高的一款實(shí)驗(yàn)板，它采用SamsungS3C2440為微處理器，并采用專業(yè)穩(wěn)定的CPU內(nèi)核電源芯片和復(fù)位芯片來保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，實(shí)物如圖。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)智能家居(1)網(wǎng)關(guān)嵌入式操作系統(tǒng)的選擇在嵌入式領(lǐng)域可以選擇的操作系統(tǒng)有很多，最流行的主要有以下幾種:vxWorks、windowsCE、UC/OS-II、嵌入式Linux智能家居(1)網(wǎng)關(guān)嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)一方面要支持TCP/IP協(xié)議并能提供web服務(wù)，從而允許客戶遠(yuǎn)程訪問它;另一方面要實(shí)現(xiàn)外部Intemet和內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議的轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換和路由等功能。在設(shè)計(jì)過程中需要完成三個(gè)主要任務(wù):搭建嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)；建立嵌入式WEB服務(wù)器；移植應(yīng)用嵌入式數(shù)據(jù)庫。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)搭建嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)：根據(jù)所選定的處理器類型和操作系統(tǒng)搭建系統(tǒng)開發(fā)所需要的平臺(tái)環(huán)境，為進(jìn)一步的開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)開發(fā)工具等。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)嵌入式WEB服務(wù)器的建立：智能家居(1)網(wǎng)關(guān)嵌入式WEB服務(wù)器可建立在B/S(Browser/Server)基礎(chǔ)之上的，用戶可以通過客戶端的瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器會(huì)根據(jù)請(qǐng)求的類型將用戶所需要的信息返回到瀏覽器，其工作原理如圖所示。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)智能家居(1)網(wǎng)關(guān)在這個(gè)過程中往往還會(huì)涉及到動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的生成，對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問以及一些應(yīng)用程序的執(zhí)行等。由原理圖可以看出，嵌入式WEB服務(wù)器的關(guān)鍵技術(shù)是HTTP引擎和CGI(COMMONGATEWAYINTERFACE公共網(wǎng)關(guān)接口)技術(shù)。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)HTTP：HTTP是目前互聯(lián)網(wǎng)上最流行的協(xié)議，是用于從WWW服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協(xié)議。它可以使瀏覽器更加高效，使網(wǎng)絡(luò)傳輸減少。它不僅保證計(jì)算機(jī)正確快速地傳輸超文本文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內(nèi)容首先顯示(如文本先于圖形)等。這就是你為什么在瀏覽器中看到的網(wǎng)頁地址都是以http://開頭的原因。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)CGI技術(shù)CGI是一種在服務(wù)器與外部腳本或程序之間進(jìn)行交互的方法，它通過從WEB服務(wù)器上接收信息，創(chuàng)建一個(gè)子過程以便為CGI腳本處理或存儲(chǔ)從服務(wù)器上接受的信息。通過CGI，用戶可以在WEB頁面上添加一些程序，向訪問者提供一種方式來存儲(chǔ)信息和執(zhí)行一些外部程序，訪問數(shù)據(jù)庫。另外，用戶可以通過CGI動(dòng)態(tài)地修改頁面。CGI的工作流程如下:智能家居(1)網(wǎng)關(guān)(1)用戶通過客戶端瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送HTTP消息，請(qǐng)求建立連接。(2)服務(wù)器處理用戶的請(qǐng)求信息。在這里服務(wù)器要跟據(jù)請(qǐng)求報(bào)文的具體內(nèi)容來判斷用戶請(qǐng)求的資源是靜態(tài)網(wǎng)頁還是CGI的應(yīng)用程序。如果是靜態(tài)網(wǎng)頁服務(wù)器就讀取相應(yīng)的磁盤文件，并將其作為HTTP響應(yīng)消息中的實(shí)體返回給客戶端;而如果是CGI應(yīng)用程序，服務(wù)器則會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的CGI腳本從而創(chuàng)建一個(gè)CGI的應(yīng)用進(jìn)程，并去執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)用程序。(3)服務(wù)器對(duì)CGI應(yīng)用程序的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上生成HTTP的響應(yīng)信息返回給用戶。(4)服務(wù)器在判定CGI腳本執(zhí)行完畢后，斷開與瀏覽器的連接。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)嵌入式WEB服務(wù)器BOA的移植鑒于嵌入式資源一般都比較有限，而且也不需要同時(shí)處理多用戶的不同請(qǐng)求，因此沒有必要使用Linux下常用的APache等服務(wù)器。常用的嵌入式服務(wù)器有三種，HTTPD、THTTPD和BOA。HTTPD是最簡(jiǎn)單的服務(wù)器，不支持認(rèn)證也不支持CGI。而THTTPD和BOA則都提供對(duì)認(rèn)證和CGI的支持，由于BOA的功能較THTTPD更全面一些，所以可選取BOA作為系統(tǒng)的服務(wù)器。智能家居(1)網(wǎng)關(guān)BOA是一個(gè)非常小巧的WEB服務(wù)器，可執(zhí)行代碼只有約60KB，是一個(gè)單任務(wù)WEB服務(wù)器，只能依次完成用戶的請(qǐng)求，而不會(huì)fork出新的進(jìn)程來處理并發(fā)連接的請(qǐng)求。但BOA支持CGI，能夠?yàn)镃GI程序fork出一個(gè)進(jìn)程來執(zhí)行。BOA的設(shè)計(jì)目標(biāo)是速度和安全，在其站點(diǎn)公布的性能測(cè)試中，BOA的性能要好于APache服務(wù)器。智能家居（1）網(wǎng)關(guān)嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite3在家庭網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用目前在Linux下常用的數(shù)據(jù)庫有多種，其中oracle和IBMDB雖然功能強(qiáng)大，但體積過于臃腫，且不能免費(fèi)使用。MySQL體積中等，功能也較齊全，不過也需要付費(fèi)才能使用，而且相對(duì)于嵌入式設(shè)備而言，體積仍然是過于大的。MysQL是小型的數(shù)據(jù)庫，也十分適用于嵌入式設(shè)備，但使用期限有限制，并且不是完全開源的。智能家居（1）網(wǎng)關(guān)幾款開源的數(shù)據(jù)庫相比，PostgreSQL功能完善，但體積較大;BerkelcyDB開發(fā)難度較大;sqlite則在體積與功能之間做到了較好的平衡，是一款比較理想的嵌入式數(shù)據(jù)庫。智能家居（1）網(wǎng)關(guān)sqlite是嵌入式sQL數(shù)據(jù)庫引擎sQLite(sQLiteEmbeddableSQLDatabaseEngine)的一個(gè)擴(kuò)展，它是一個(gè)實(shí)現(xiàn)嵌入式sQL數(shù)據(jù)庫引擎的小型c語言庫(Clibrary)，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立的，可嵌入的，零配置的sQL數(shù)據(jù)庫引擎。sqlite3在ARM一Linux平臺(tái)上的編譯與移植智能家居（1）網(wǎng)關(guān)小結(jié)：嵌入式網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的構(gòu)建過程，首先搭建了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，接著根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在Limix系統(tǒng)下移植了BOA服務(wù)器和嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite3，利用CGI技術(shù)實(shí)現(xiàn)了客戶端與服務(wù)器端的交互。智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)ZIGBEE技術(shù)的概念、名稱、技術(shù)特點(diǎn)ZIGBEE技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，包括節(jié)點(diǎn)類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由方式zIGBEE協(xié)議基于ZIGBEE協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā)的程序框架和常用的應(yīng)用函數(shù)接口。智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的建立系統(tǒng)在組網(wǎng)的過程中主要涉及兩種節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和一般的路由節(jié)點(diǎn)，其中協(xié)調(diào)器起著決定性的作用。組網(wǎng)的流程是這樣的:首先確定一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為系統(tǒng)的主控制器節(jié)點(diǎn)，也就是作為協(xié)調(diào)器。它會(huì)在自己所處的空間內(nèi)進(jìn)行信息掃描，從2400MHz-一2483.5MHz的16個(gè)通道中選擇一個(gè)，發(fā)起請(qǐng)求并創(chuàng)建一個(gè)PAN網(wǎng)絡(luò)。智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)同時(shí)它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鄰接表，以便存儲(chǔ)即將加入本網(wǎng)絡(luò)的其他路由節(jié)點(diǎn)的信息。然后協(xié)調(diào)器會(huì)時(shí)刻對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)發(fā)現(xiàn)路由節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信息后，它會(huì)根據(jù)路由節(jié)點(diǎn)所提供的有效信息(一般是由IEEE分配的64位全球唯一標(biāo)識(shí)符)對(duì)其進(jìn)行審核以決定是否允許該節(jié)點(diǎn)加入。審核通過后，協(xié)調(diào)器會(huì)為該路由節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)16位的PAN短地址以區(qū)別于本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)并將該節(jié)點(diǎn)的基本信息添加到網(wǎng)絡(luò)鄰接表中。以此類推，協(xié)調(diào)器會(huì)以同樣的方法添加其他的路由節(jié)點(diǎn)或其他路由節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，直至家庭中的各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)都已經(jīng)添加到網(wǎng)絡(luò)中為止。最后，協(xié)調(diào)器會(huì)為節(jié)點(diǎn)間的通信制定統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)的更新網(wǎng)絡(luò)鄰接表，以便合理有效的管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)1)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器是整個(gè)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的核心，它主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立、成員的加入和網(wǎng)內(nèi)地址的分配、網(wǎng)絡(luò)鄰接表的更新、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)等，此外還要通過串口與ARM處理器進(jìn)行通信。一個(gè)PAN內(nèi)有且僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在工作的過程中調(diào)用了許多的函數(shù)接口，主要用來完成建立網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)發(fā)指令、向ARM處理器傳輸數(shù)據(jù)等。智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)2)路由器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)路由節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在最多的一類節(jié)點(diǎn)，它主要接收協(xié)調(diào)器的消息并執(zhí)行相關(guān)指令來控制相應(yīng)的設(shè)備，同時(shí)也轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的信息以增加網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由通道，而且它還能夠采集工作環(huán)境內(nèi)的一些信息可以起到很好的監(jiān)測(cè)作用智能家居（2）zigbee無線家庭網(wǎng)絡(luò)2)路由器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)路由節(jié)點(diǎn)接收其他節(jié)點(diǎn)的信息主要是通過下面的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。智能家居（3）用戶管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)用戶可以在客戶端的瀏覽器中輸入嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)的IP地址(46)進(jìn)入用戶管理系統(tǒng)的登陸界面，若用戶權(quán)限得到認(rèn)可便可順利登陸用戶管理系統(tǒng)。登陸后，用戶就可以根據(jù)自身的需要選擇并提交相應(yīng)的表單對(duì)家里的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其基本架構(gòu)如圖所示：智能家居（3）用戶管理系統(tǒng)智能家居（3）用戶管理系統(tǒng)智能家居（3）用戶管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制家電設(shè)備查詢家電設(shè)備工作狀態(tài)Zigbee+antroid系統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成:Zigbee傳感網(wǎng)、中央控制器、便攜多媒體終端、Pc。Zigbee傳感網(wǎng)是基于zigbee技術(shù)的自組織網(wǎng)。傳感器設(shè)置有溫濕度傳感器、紅外報(bào)警傳感器、煙霧傳感器、光強(qiáng)度傳感器;家用電器根據(jù)自身工作特性接特制的控制模塊。以上這些模塊均連接基于Zigbee協(xié)議的射頻模塊。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，傳感器采集到的環(huán)境狀態(tài)信息、家用電器的控制模塊提供的狀態(tài)信息，均通過無線單片機(jī)發(fā)送到中央控制器。中央控制器經(jīng)由無線單片機(jī)接收傳感網(wǎng)絡(luò)傳送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算處理?？刂破魈峁┗赼ndroid操作系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。對(duì)家居環(huán)境內(nèi)的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并給出家用電器的自動(dòng)控制方案，也可通過人工操作向這些電器進(jìn)行控制。中央控制主要由ARM核心板、無線單片機(jī)模塊、wifi模塊構(gòu)成。無線單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)接收和發(fā)送zigbee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，ARM模塊負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將數(shù)據(jù)通過wifi模塊發(fā)送出去。傳感網(wǎng)的zigbee節(jié)點(diǎn)由傳感器、單片機(jī)、無線模塊組成。節(jié)點(diǎn)模塊就完成傳感器數(shù)據(jù)采樣和計(jì)算任務(wù)。RFID的具體應(yīng)用遠(yuǎn)距離有源RFID技術(shù)由于其自身的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展十分的迅速，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。在物流領(lǐng)域的應(yīng)用最多，緊隨其后的是航空，汽車/交通，醫(yī)療。例如高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)，火車監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱檢測(cè)，人員定位，停車場(chǎng)管理，安全進(jìn)出檢查，倉儲(chǔ)管理等等。RFID的具體應(yīng)用最近，荷蘭采用有源RFID技術(shù)，對(duì)草莓進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控。一項(xiàng)調(diào)查顯示，大約有50%的食品在食品供應(yīng)鏈中浪費(fèi)。草毒和那些對(duì)溫度高度敏感的軟水果帶來的經(jīng)濟(jì)損失最大，因此實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)是必要的。荷蘭有源RFID系統(tǒng)供應(yīng)商宣布成功試驗(yàn)了全新的冷藏鏈監(jiān)控系統(tǒng)，為西班牙最大的有機(jī)草莓生產(chǎn)商，采用了RFID技術(shù)來監(jiān)測(cè)草荀的溫度。有源RFD標(biāo)簽粘附在水果籃子上，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，并將信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心.RFID的具體應(yīng)用在瑞典，芬蘭家居建材零售商利用RFID提高商店布局。該零售商在商店內(nèi)采用了實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，利用有源RFID標(biāo)簽獲取顧客行為信息。希望通過分析顧客的購物習(xí)慣，改進(jìn)商店的布局。從而達(dá)到提高顧客對(duì)產(chǎn)品的關(guān)注、商店的人流和減少缺貨。RFID的具體應(yīng)用美國應(yīng)用有源RFD系統(tǒng)追蹤和定位礦工，防范突發(fā)傷亡。以前，大多數(shù)美國煤礦僅有簡(jiǎn)單或干脆沒有合適的追蹤系統(tǒng)。公司只能知道誰在煤礦中工作，但不知道每個(gè)人的具體位置。一旦遇到突發(fā)事件，救援人員無法及時(shí)準(zhǔn)確的了解人員所在的位置?，F(xiàn)在通過給礦工發(fā)放內(nèi)嵌有2.4GHz有源RFID標(biāo)簽的徽章，并為其編上一個(gè)唯一的身份識(shí)別碼。同時(shí)在煤礦中裝入讀寫器作為節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)記錄著徽章的身份識(shí)別碼