基于ZigBee技術(shù)的智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

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基于ZigBee技術(shù)的智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(1)

　　在智能家居系統(tǒng)中，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。這不僅僅是因?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動(dòng)性，省去花在綜合布線上的費(fèi)用和精力，而且更因?yàn)樗�符合家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)。隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將大大促進(jìn)家庭網(wǎng)絡(luò)智能化的進(jìn)程。

　　本文介紹的智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)，它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，符合IEEE802.15.4協(xié)議，是IEEE工作組專門(mén)為家庭短距離通訊制定的新標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

　　ZigBee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)省電：兩節(jié)五號(hào)電池可使用長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月到兩年左右的時(shí)間;(2)可靠;采用了碰撞避免機(jī)制;(3)成本低;(4)時(shí)延短;(5)網(wǎng)絡(luò)容量大;(6)安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，各種應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

　　ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)完全符合家庭網(wǎng)絡(luò)通訊的需要，因此選擇ZigBee技術(shù)構(gòu)建智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　2 智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)以家庭為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，每個(gè)家庭都安裝一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)、若干個(gè)無(wú)線通訊ZigBee子節(jié)能模塊。在家庭網(wǎng)關(guān)和每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上都接有一個(gè)HeliLink無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊(符號(hào)ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品)，通過(guò)這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　下面介紹各部分的結(jié)構(gòu)及功能。

　　家庭網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)及功能為：

　　(1)采用ARM構(gòu)架的32位嵌入式RISC處理器和.uClinux操作系統(tǒng);

　　(2)通過(guò)門(mén)鎖進(jìn)行自動(dòng)設(shè)防/解防;

　　(3)遇搶劫或疾病，按緊急按鈕，自動(dòng)向管理中心報(bào)警;

　　(4)每家每戶配有自己的網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況及數(shù)據(jù);

　　(5)水、電、氣各表數(shù)據(jù)發(fā)給牧業(yè)管理中心;

　　(6)通過(guò)以太網(wǎng)與小區(qū)管理中心通訊;

　　(7)通過(guò)網(wǎng)關(guān)上的無(wú)線ZigBee(IEEE802.15.4)模塊與網(wǎng)絡(luò)中各子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。

　　ZigBee無(wú)線通訊子節(jié)點(diǎn)的功能為：

　　(1)兩路脈沖量數(shù)據(jù)采集，可采集水、電、氣三表數(shù)據(jù);

　　(2)兩路安防傳感器開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采集，可進(jìn)行設(shè)防/撤防報(bào)警、安防報(bào)警(紅外幕簾、門(mén)磁、窗磁、玻璃破碎等);

　　(3)一路模擬量數(shù)據(jù)采集;

　　(4)一路模擬量數(shù)據(jù)輸出;

　　(5)一路繼電器觸點(diǎn)輸出;

　　(6)通過(guò)無(wú)線通訊IEEE802.15.4協(xié)議及家庭網(wǎng)關(guān)通訊。

　　3 通訊協(xié)議

　　3.1 ZigBee協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)

　　采用符號(hào)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的HeliLink模塊的數(shù)據(jù)幀由數(shù)據(jù)模式、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)信息與校驗(yàn)和五部分構(gòu)成，格式如下(數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)都是16進(jìn)制數(shù)):

　　“數(shù)據(jù)模式”占用一個(gè)字節(jié)�！澳繕�(biāo)地址”表示數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)要發(fā)送的目標(biāo)位置(網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)號(hào))，它占用一個(gè)字節(jié)�！皵�(shù)據(jù)長(zhǎng)度”表示數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中從“數(shù)據(jù)1”到“數(shù)據(jù)n”所占據(jù)的字節(jié)數(shù)，它也占據(jù)了一個(gè)字節(jié)�！皵�(shù)據(jù)信息”表示用戶要通過(guò)UART0傳送的命令或者有效數(shù)據(jù)，占據(jù)的字節(jié)數(shù)由“數(shù)據(jù)長(zhǎng)度”決定�！靶ｒ�(yàn)和”是對(duì)幀結(jié)構(gòu)中的全部數(shù)據(jù)(校驗(yàn)和字節(jié)除外)進(jìn)行的校驗(yàn)，采用字節(jié)逐位異或的方式實(shí)現(xiàn)。“校驗(yàn)和”也占據(jù)一個(gè)字節(jié)。

　　3.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu)

　　家庭網(wǎng)關(guān)通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu)是建立在ZigBee協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的，相當(dāng)于底層協(xié)議中的數(shù)據(jù)場(chǎng)部分。所以幀結(jié)構(gòu)由節(jié)點(diǎn)號(hào)、功能編碼、數(shù)據(jù)信息三部分組成，如下所示：

　　節(jié)點(diǎn)號(hào)字段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1字節(jié)，其中低四位為數(shù)據(jù)采集功能編號(hào)，高四位為子節(jié)點(diǎn)號(hào)，如下所示：

　　功能編碼分為三個(gè)部分：方向位、數(shù)據(jù)類(lèi)型和功能類(lèi)型。其格式為：

　　方向位：

　　根據(jù)主節(jié)點(diǎn)作為通訊發(fā)送者還是接收者，本系統(tǒng)功能可分為兩大類(lèi)：上行和下行。方向位即決定了這一點(diǎn)。

　　數(shù)據(jù)類(lèi)型：

　　數(shù)據(jù)信息與功能編碼關(guān)系十分密切，根據(jù)功能不同，數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的內(nèi)容含義不同;根據(jù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同，數(shù)據(jù)類(lèi)型也不同。

　　功能類(lèi)型：

　　每一個(gè)功能類(lèi)型對(duì)應(yīng)一種系統(tǒng)功能。通過(guò)解析功能類(lèi)型編碼可得到系統(tǒng)功能，對(duì)于下行幀，子節(jié)點(diǎn)得到主節(jié)點(diǎn)通知其執(zhí)行的命令和需要的數(shù)據(jù);對(duì)于上行幀，主節(jié)點(diǎn)得到子節(jié)點(diǎn)返回的信息、數(shù)據(jù)和命令執(zhí)行的情況。

　　數(shù)據(jù)信息存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息長(zhǎng)度可根據(jù)功能編碼中的數(shù)據(jù)類(lèi)型而定。

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