ZigBee技术的智能家居系统内部组网

ZigBee技术的智能家居系统内部组网世界上幢智能建筑1984年在美国出现后,家居环境智能化已成为当前的社会主流,随着人们生活节奏的加快和生活压力的加大,智能家居成为人们追求舒适生活的必要途径智能家居网络是指在家庭内部通过一定的传输介质(如电力线、双绞线、同轴电缆、无线电、红外等)将各种电气设备和电气子系统连接起来,采用统一的通信协议,对内实现资源控制,对外能通过网关设备与外部互连开展信息交换的网络系统。文中提出了通过ZigBee无线组网技术构建智能家居系统底层网络的方案。目的在于使智能家居系统的底层网络构建变得简单快速,进而使整个智能家居系统具备快速部署和易扩展的特性。1网络构造概述文中设计的智能家居系统基层网络采用ZigBee无线组网技术实现家居系统内部网络,根底网络构造采用星型拓扑构造。通过ZigBee无线通讯模块与智能家电以及传感器构成家居内部网络的终端设备;使用FFD(FullFunctionDevice)设备为家居内部ZigBee网络的中心协调器,负责建立和维护网络;在中心协调器与中央控制服务器之间使用RS232串口通信实现连接,并通过PC机与互联网相连,系统构造如图1所示。作为智能家居系统的底层根底网络,家居内部ZigBee无线网络可以实现的功能有:(1)收集家庭环境内部的数据和信息。(2)对于终端设备上传的简单情况做初步的预处理。(3)汇总根底网络信息,通过RS232串口通讯协议将数据上传到中央控制服务器。图1系统构造图2ZigBee技术ZigBee是基于IEEE802.15.4标准制定的一种短距离、低功耗的无线个人网络通信协议,具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本的特点。ZigBee协议栈是以OSI(OpenSystemsInterconnection)七层构造为参考建立起来的,为简化协议栈,ZigBee协议栈由4个层构造组成,即物理层、MAC层、网络层和应用层,ZigBee协议栈构造如图2所示。图2ZigBee协议栈构造图。(1)物理层:主要功能是启动和关闭无线电收发机、当前频道内的能量监测、接收包连接质量指示、为CSMA-CA确认去除频道、频道频率选择、数据传输和接收。(2)介质接入控制层(MAC层):MAC层负责维护物理无线电频道的接口,任务包括:对于协调器要负责产生网络信标、对网络信标开展同步、维护个人局域网的参加和离开、维护设备安全、利用CSMA-CA机制开展频道管理、处理与维护GTS机制、在MAC实体内部保证可靠的连接等。(3)网络层:ZigBee网络层由ZigBee联盟自行定义,负责为无线网络提供建立、参加和离开网络,开展路由转发等功能。(4)应用层:由用户根据需要来自行开发,概括来说,应用层要实现的功能为维持节点功能,发现该节点附近的其他工作节点,维护和管理多个节点之间的通信。3ZigBee基层网络硬件3.1ZigBee数传模块介绍系统ZigBee根底网络的数传模块采用的芯片为CC2430射频芯片,CC2430是无线SOC(SystemOnChip)设计,系统所需的一般电路都已集成在芯片内部,只需简单外围电路就能实现信号收发功能。CC2430应用电路如图3所示。图3CC2430应用电路。电路使用非平衡天线。其中非平衡变压器由电容C341和电感L341、L321、L331以及一个印制板微波传输线组成,整个构造满足射频输入、输出匹配电阻50Ω的要求;R221和R261为偏置电阻,电阻R221主要用来为32MHz的晶振提供合适的工作电流;XTAL1为32MHz晶振,用1个32MHz的石英谐振器和2个电容(C191和C211)构成一个32MHz的晶振电路;XTAL2为32.768kHz晶振,用1个32.768kHz的石英谐振器和2个电容(C441和C431)构成一个32.768kHz的晶振电路;电压调节器为所有要求1.8V电压的引脚和内部电源供电,电容C241和C421为去耦合电容,用来电源滤波,以提高芯片工作的稳定性。本系统在终端设备和中心协调器的设计中都采用标准的10芯调试接口。调试接口使用CC2430的P2_1作为调试数据IO,P2_2作为调试时钟,在非调试模式下这两个IO可作为GPIO.调试接口允许片上的Flash编程,且能访问存储器和存放器、设置断点、单步运行和修改存放器内容。当RESET_N输入保持低电平时,如果强制调试时钟连续经历两个上升沿,系统便进入调试模式3.2终端设备构造设计终端设备是智能家居环境内部数据以及控制命令的具体执...

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