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基于ZigBee的家庭智能系统设计中国工业电器网

  基于ZigBee的家庭智能体系计划文章泉源:产业电气网 作者:【未知】 点击:次 时间:2016/7/8 11:05:12 [基于ZigBee的家庭智能体系计划]:随着Internet的遍及与生长,家庭网络化已经成为家庭当代化的潮水。家庭网络,重要包罗有线和无线两种实现方法。由于有线网络固有的缺点,布线贫苦,可扩展性差等,将无线网络技能应用于家庭网络已成为势不可...随着Internet的遍及与生长,家庭网络化已经成为家庭当代化的潮水。家庭网络,重要包罗有线和无线两种实现方法。由于有线网络固有的缺点,布线贫苦,可扩展性差等,将无线网络技能应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。无线网络的市场生长在逻辑上可分为面向语音的市场和面向数据的市场两类。在很多以数据传输为主的无线网络中,小型、低本钱、低庞大度的无线网络的应用场所非常遍及。ZigBee是此中一种具有代表性的短间隔无线通讯技能,其网络尺度由IEEE 802.15.4划定。ZigBee协议比蓝牙、高速率PAN(小我私家局域网)大概IEEE 802.11x无线局域网越发简朴实用。 1 ZigBee简介 2002年8月ZigBee同盟建立,由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司构成;IEEE802.1 5.4的ZigBee尺度于2003年5月得到答应;2006年,推出ZigBee 2006,比力美满;2007年底,ZigBee PRO推出。ZigBee的底层技能基于IEEE 802.15.4。物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4尺度。而ZigBee同盟卖力网络层和应用层的开辟,以及订定其宁静协媾和市场推广等。IEEE802.15.4界说了两个物理层尺度,分别是2.4 GHz物理层和868/915 MHz物理层。这两个物理层都基于DSSS直接序列扩频技能,利用雷同的物理层数据包格式。ZigBee在2.4 GHz频段有16个信道,可以或许提供250 Kb/s的传输速率,接纳0-QPSK调制;915 MHz和868 MHz分别是欧洲和美国的ISM频段,这两个频段的引入制止了2.4 GHz四周种种无线通讯装备的相互滋扰。 2 家庭网络拓扑布局选择 ZigBee尺度有3种网络拓扑布局:星型、网状型、树型。本文智能家居体系的现实环境如下:1)传感器节点由电池供电,而家庭网关通过电源供电,以是应该只管淘汰传感器节点的事情量,以节省传感器节点用电;2)智能家居中接入的重要是传感器和开关,网络中数据量不大,没有须要接纳庞大的网络拓扑来包管数据通讯;3)智能家居控制网络的计划不必要很大的笼罩范畴,凭据ZigBee尺度的阐明,空旷情况最大传输间隔100 m,在室内情况一样平常也能到达30多米的笼罩间隔,这对大多数的智能家居体系来说充足。星型拓扑布局完万能满意要求,而且本钱低廉、实现简朴、毗连轻易、轻易扩充和治理、不涉及路由寻址等功效,因此本计划选择星型拓扑布局。 3 网络节点计划 网络节点由单片机、无线传输模块、数据收罗和控制电路构成,如图1所示。此中,单片机选用低功耗的ATMEGA128L,无线模块选用CC2-420型射频收发器,两者通过SPI接口毗连。ATMEGAl28L是高端8位微处置惩罚器,具有高性能,低功耗等特点,可提供128 K字节的可编程FLASH,4 K字节的SRAM,具有简化高效的RISC指令体系。 CC2420是切合2.4 GHz IEEE 802.15.4尺度的射频收发器。该器件是实用于ZigBee产物的RF器件。它基于Chipeon公司的Smalt RF 03技能,以0.18μm CMOS工艺制成,只需少少外部元器件,性能稳固且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数凌驾了IEEE 802.15.4尺度的要求,可确保短间隔通讯的有用性和可靠性。 CC2420只必要少少的外围元件,外围电路包罗晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路3部门。CC2420通过4线SPI总线(SI、S0、SCLK、CSn)设置芯片的事情模式,并实现读/写缓存数据,读/写状态寄存器等功效。通过控制FIF0和FIFOP引脚接口的状态可设置发射/吸收缓存器。留意:在SPI总线接口上举行的地点和数据传输大多是MSB优先的。CC2420片内有33个16比特状态设置寄存器,在每个寄存器的读/写周期中,SI总线上共有24比特数据,分别为:1比特RAM/寄存器选择位(0:寄存器,1:RAM),1比特读/写控制位(0:写,1:读),6比专程址选择位、16比特数据位。在数据传输历程中CSn必须始终保持低电平。图2为RF状态控制图。别的,通过CCA引脚状态的设置可以控制扫除通道预计,通过SFD引脚状态的设置可以控制时钟/定时信息的输入。这些接口必须与微处置惩罚器的相应引脚相连来实现体系射频功效的控制与治理。 CC2420与单片机的毗连如图3所示,数字为ATMEGAl28对应引脚。网络节点通过CC2420无线模块传输指令和状态并接通过继电器控制电气装备的开关。体系节点如图4所示。 网络节点通过CC2420无线模块传输指令和状态并接通过继电器控制电气装备的开关。体系选择一个节点为星型网络的主控节点,该节点毗连短信模块,直接与用户通讯,向其他节点通报用户下令同时向用户发送节点状态、报警等信息。短信模块选用西门子的TC35i,西门子公司的TC35i模块是一个支持中英文短信息的产业级GSM模块。 基于GSM网络的短消息技能与处置惩罚器之间的接口现实上是通过一系列AT下令实现的。在短消息模块收到网络发来的短消息时,可以或许通过串口发送指示信息到单片机进而用户可以查询控制电器状态。短消息的文本模式与PDU模式现在,发送短消息常用的为text模式和PDU模式。利用text模式收发短信代码简朴,轻易实现,但最大缺点是不能收发中文短信;而PDU模式不但支持中文短信,也能发送英文短信。 PDU模式收发短信可以利用3种编码:7 bit、8 bit和UCS2编码。7 bit编码用于发送平凡的ASCII字符,8 bit编码通常用于发送数据消息,UCS2编码用于发送Unicode字符。一样平常的PDU编码由十三项构成,它包罗:短信息中央地点长度;短信息中央号码范例;短信息中央号码;文件头字节;信息范例;被叫号码长度;被叫号码范例;被叫号码;协议标识;数据编码方案;有用期;用户数据长度;用户数据。 4 体系软件计划 体系选择一个节点为星型网络的主控节点,该节点毗连短信模块,直接与用户通讯,向其他节点通报用户下令同时向用户发送节点状态、报警等信息。其他节点除了短信模块和使命,与主节点流程根本雷同。每个节点都有本身的牢固地点,相互之间不会形成滋扰。图5为该体系计划的步伐流程。 用VB计划上位机界面,用户可通过PC进入控制体系,可实现电器的控制并能直接视察必要的情况参数。图6为上位机界面。 5 竣事语 通过测试,节点室外空空地通讯间隔最远可达200 m,室内40 m,节点功耗低,由两节干电池供电,可利用3~6个月。ZigBee技能补充了低本钱、低功耗、近间隔和低速率无线通讯市场的空缺,该体系接纳ZigBee技能构建的无线家庭控制网络,无需对室内电线作任何窜改星游娱乐注册,也无需别的布线,仅通过增长分机就可增长控制的容量,扩展方便、易行。 1

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