基于zigbee無線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、基于ZigBee無線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　摘要：通過比較各種短距離無線通信技術(shù)，選取ZigBee無線傳輸技術(shù)作為智能家居系統(tǒng)無線傳輸設(shè)計(jì)。介紹了ZigBee的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和ZigBee芯片選型，并分析基于CC2530的組網(wǎng)流程。結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了終端節(jié)點(diǎn)RF無線收發(fā)核心模塊、模擬開關(guān)量多路復(fù)用及串口轉(zhuǎn)USB通信模塊、溫度傳感器采集模塊的硬件電路設(shè)計(jì)，并簡述了節(jié)點(diǎn)傳輸及數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的流程設(shè)計(jì)。最終，在不加PA（功放）增益的情況下，測得ZigBee無線傳輸模塊有效傳輸距離為90m，

2、能滿足組建智能家居個(gè)人無線網(wǎng)的需求。　　關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)；ZigBee無線傳輸技術(shù)；組網(wǎng)流程；流程設(shè)計(jì)　　中圖分類號(hào)：TN915?34；TN98文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004?373X（2016）22?0081?04　　0引言7　　如今，各種短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用廣泛。由各種短距離無線通信技術(shù)的數(shù)據(jù)[1]對比可知，ZigBee在自動(dòng)組網(wǎng)（Mesh多跳網(wǎng)絡(luò)）、功耗以及成本等方面均比其他的無線通信技術(shù)在智能家居中更有優(yōu)勢，惟一能競爭的是Bluetooth，但智能家居設(shè)備工作模式大多處于睡眠模式，無需

3、實(shí)時(shí)傳輸或連續(xù)更新。ZigBee通信技術(shù)具有低功耗、低成本、組網(wǎng)簡單等特點(diǎn)，且作為惟一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)，是最適合大規(guī)模傳感器組網(wǎng)的短距離無線通信技術(shù)，適合組建家庭個(gè)人無線區(qū)域網(wǎng)?！　?基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　智能家居系統(tǒng)以家庭為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)單位均擁有一個(gè)獨(dú)立的協(xié)調(diào)器、多個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊。在協(xié)調(diào)器和每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上均接有一個(gè)ZigBee無線通信接收模塊，數(shù)據(jù)通過這些模塊在協(xié)調(diào)器和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示?！　D1中，協(xié)調(diào)器是建立并維護(hù)無線網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別網(wǎng)

4、絡(luò)中的設(shè)備；路由器完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；終端設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與傳輸?！　?系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及ZigBee芯片選型　　本系統(tǒng)選用星型網(wǎng)絡(luò)，由協(xié)調(diào)器和若干個(gè)終端組成。網(wǎng)絡(luò)組成如圖2所示。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的核心，由其建立和監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行?！　?.1ZigBee芯片選型　　本設(shè)計(jì)采用TI公司的MCU+射頻芯片CC2530為核心設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)，之所以選用該芯片的原因如下[2?4]：　?。?）集成單片機(jī)C8051、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、無線通信模塊ZigBee于一體，提高了單片機(jī)與無線通信模塊通信時(shí)的可靠性，同時(shí)也減小了體

5、積?！　。?）支持最新的ZigBee2007/PRO協(xié)議，通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)性能更可靠?！　。?）具有CC2530開發(fā)套件、CC2530ZigBee開發(fā)套件、用于RF4CE的CC2530RemoTI?開發(fā)套件、SmartRF?軟件、數(shù)據(jù)包嗅探器、可用的IAR嵌入式工作臺(tái)?！　?.2基于CC2530的ZigBee芯片組網(wǎng)流程7　　一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器功能的設(shè)備開始組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層將會(huì)請求MAC層對規(guī)定的CH信道或PHY物理層進(jìn)行檢測，確定了通信的信道后便開始確定PANID（PersonalAreaNetwor

6、kID，個(gè)人網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示符）。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)PANID，由相同PANID的設(shè)備組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。16位的PAN短地址（ZigBee芯片的IEEE地址）是設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)中分配的，網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備的通信一般是由16位短地址來區(qū)分的，當(dāng)然不同網(wǎng)絡(luò)的16位短地址是可以相同的。如圖3所示為ZigBee組網(wǎng)流程圖[5?7]?！　?系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)　　3.1終端節(jié)點(diǎn)無線傳輸及數(shù)據(jù)采集電路　　硬件部分主要包含RF無線收發(fā)模塊、串口擴(kuò)展及串口轉(zhuǎn)USB通信模塊、溫度傳感器數(shù)據(jù)采集模塊等。除了溫度傳感器電路外，其實(shí)還可以在ADC接口允

7、許或串口擴(kuò)展的情況下，按實(shí)際的需求添加其他傳感器功能模塊?！　?.1.1RF無線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)　　在節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)中，主要有3個(gè)部分：通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采集傳感器模塊的數(shù)據(jù)；完成ZigBee無線模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)；通過串口進(jìn)行相應(yīng)的主機(jī)控制。ZigBee無線模塊CC2530的硬件電路原理圖，如圖4所示。　　CC2530其典型的外圍電路簡潔，時(shí)鐘采用32MHz以及32.768kHz無源晶振。電路的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)較為簡單，天線端接50Ω鞭狀負(fù)極性天線。電路中可加入LED狀態(tài)指示燈，用于指示設(shè)備入網(wǎng)、退網(wǎng)等狀態(tài)。　

8、　3.1.2模擬開關(guān)量多路復(fù)用及串口轉(zhuǎn)USB通信硬件設(shè)計(jì)7　　根據(jù)控制腳A，B的邏輯電平，從輸入信號(hào)IN1～I(xiàn)N4中選擇。運(yùn)算放大器U1構(gòu)成的電壓跟隨器的輸入阻抗較高，有效地降低了模擬開關(guān)通態(tài)電阻的影響。確定控制邏輯電平AB情況下，輸入輸出信號(hào)關(guān)系如表1所示?！　”?控制邏輯電平AB選定時(shí)，輸入輸出信號(hào)關(guān)系表　　串口轉(zhuǎn)USB通信模塊為系統(tǒng)測試提供了便利。模擬開關(guān)量多路復(fù)用電路為用戶提供了豐富的模擬量接口擴(kuò)展，可簡便地增加各種模擬量檢測，例如溫度檢測、紅外