基于zigbee的智能家居系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　henhuangmahenshuang</p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　課 題基于Zigbee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 09通信（1）班 </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 </p><p>　　二 ○ 一 年</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要III</p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p>

3、<p>　　1.1本課題的背景和意義1</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外智能家居發(fā)展概況1</p><p>　　1.2.1 國(guó)外智能家居發(fā)展概況1</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)智能家居發(fā)展概況1</p><p>　　1.3智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)2</p><p>　　1.4智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)需

4、要解決的問題3</p><p>　　第二章 ZigBee 技術(shù)研究4</p><p>　　2.1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.2 ZigBee協(xié)議組成4</p><p>　　2.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置5</p><p>　　2.4 Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)7</p><

5、;p>　　第三章 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　3.1智能家居系統(tǒng)需求分析8</p><p>　　3.2智能家居系統(tǒng)功能描述8</p><p>　　3.3智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 ZigBee通信模塊硬件設(shè)計(jì).10&

6、lt;/p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件12</p><p>　　5.2Zigbee綁定機(jī)制的引入15</p><p>　　5.3智能家居管理界面設(shè)計(jì)15</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望.17</p><p><b

7、>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1 Zigbee協(xié)議總體架構(gòu)4</p><p>　　圖2-2 Zigbee三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)7</p><p>　　圖3-1智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖9</p><p>　　圖4-1

8、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)圖10</p><p>　　圖4-2終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖11</p><p>　　圖5-1 Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件流程13</p><p>　　圖5-2路由器程序14</p><p>　　圖5-3 ZigBee終端節(jié)點(diǎn)程序流程圖15</p><p>　　圖5-4智能管理界面與zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)

9、據(jù)交互流程16</p><p>　　基于Zigbee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高,對(duì)生活環(huán)境的要求也越來高.如何改善家居環(huán)境,使其更加安全、舒適,這是擺在工程師面前的一大難題.在這個(gè)背景下,智能家居理念早年在國(guó)外已被率先提出,而且也有很多知名的建筑設(shè)計(jì)采用

10、了這一理念.該理念的核心就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等等一些先進(jìn)的技術(shù)來改善家居環(huán)境,使家居生活能更舒適便利.因智能家居在我國(guó)引入的時(shí)間較短,所以我國(guó)的智能家居應(yīng)用水平與國(guó)外還有較大的差距,但不可否認(rèn)智能家居技術(shù)在我國(guó)還有大的發(fā)展前途的,現(xiàn)在所缺少的是成熟的產(chǎn)品和配套的解決方案以及熟練的技術(shù)技。 </p><p>　　本文主要完成了以下工作: </p><p>　　1、介紹了智能家居系統(tǒng)的

11、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及系統(tǒng)所采用的通信方式,通過對(duì)比,選定了ZigBee無線通信方式作為本智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信方式。</p><p>　　2、ZigBee技術(shù)介紹了其起源,對(duì)ZigBee的研究。 </p><p>　　3、對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備包括路由器和終端設(shè)備的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 </p><p>　　4、對(duì)智能家居系統(tǒng)中所需要的各種傳感器及其配套調(diào)理電路

12、、控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 </p><p>　　5、對(duì)智能家居系統(tǒng)中的具體功能介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能家居；Zigbee；通信技術(shù)；無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the increasing living standard, people’

13、s requirement to the environment is becoming more and more higher, especially home environment. How to improve home environment and make it more comfortable and safer is a big problem for engineers. Under this backgroud

14、, Smart Home was raised firstly in some foreign countries few years ago, and some famous building has adopted this idea . The core of this idea is to use computer technology and communication technology to improve home

15、environment and </p><p>　　This paper mainly completed the following work： </p><p>　　1.Recommend the development of Smart Home system present situation at home and abroad and means of communicati

16、on it has adopted ,by comparing with so many methods,we chose zigbee wireless communication way as Smart Home way of communication </p><p>　　2.Describe zigbee technology in detail, introduce its origin and r

17、esearch it</p><p>　　3.Design zigbee all sorts of equipment including routers and terminal equipment of the hardware </p><p>　　4.Design all kinds of sensors and their matching regulate circu

18、it control circuit what smart home need</p><p>　　5.Introduce the function of Smart Home</p><p>　　Keywords：Smart Home;Zigbee; communication technology;wireless network technology</p><p

19、><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1本課題的背景和意義 </p><p>　　所謂智能家居系統(tǒng)是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌的管理，使得居家生活變得更加舒適、安全。智能家居提供了全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部時(shí)刻保持著信息的交流，優(yōu)化了人們的生活方式，增強(qiáng)

20、了家居生活的安全性，以及可以節(jié)約各種能源費(fèi)用資金。</p><p>　　智能家居又稱為智能住宅， 在國(guó)外常用Smart Home 表示。與智能家居含義相似的有家庭自動(dòng)化（Home Automation）、電子家庭（Electronic Home、E-home）、數(shù)字家園（Digital Family）、家庭網(wǎng)絡(luò)（Home Net/Networks for Home）、網(wǎng)絡(luò)家居（NetworkHome）、智能家庭/

21、建筑（Intelligent Home/Buigylding）等。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外智能家居發(fā)展概況</p><p>　　1.2.1 國(guó)外智能家居發(fā)展概況</p><p>　　智能家居使用的是計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭生活中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。國(guó)外智能家居發(fā)展得從1984年美

22、國(guó)康乃迪克州哈特佛市首創(chuàng)的智能建筑說起，至此以后，一些大大小小的科技比較發(fā)達(dá)先進(jìn)的國(guó)家也陸陸續(xù)續(xù)加入到智能家居的這個(gè)行列當(dāng)中，并且諸如美國(guó)、瑞典、新加坡、英國(guó)等國(guó)的智能家居發(fā)展較好。在新加坡國(guó)家他們的系統(tǒng)已近相當(dāng)完善，詳細(xì)的說它能實(shí)現(xiàn)電表、水表、燃?xì)獗沓?，自?dòng)報(bào)警，可視通話、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，電氣智能化控制，智能接線盒寬帶網(wǎng)絡(luò)接入和系統(tǒng)軟件配置等，智能家居控制系統(tǒng)、智能家居家電系統(tǒng)、智能家居舒適系統(tǒng)、智能家居娛樂系統(tǒng)、智能家居節(jié)能系統(tǒng)等等應(yīng)有

23、具有。在日本，除了室內(nèi)的家庭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，但同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)門的生物特征識(shí)別系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較人性化，即使我們雙手提有東西不方便騰出手但只要門口的攝像機(jī)確認(rèn)個(gè)人身份之后，門在設(shè)定的的短時(shí)間內(nèi)就能打開。另外，家居智能化還使用了醫(yī)學(xué)相關(guān)設(shè)計(jì)，便于人隨時(shí)關(guān)注個(gè)人健康情況，在衛(wèi)生間的便器墊圈上我們插有血壓計(jì)，還有在便器內(nèi)很巧妙的設(shè)計(jì)了血糖檢測(cè)裝置，在廁所內(nèi)洗手池前我們也可以安裝體</p><p>　　1.2.2

24、 國(guó)內(nèi)智能家居發(fā)展概況</p><p>　　智能家居系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的研究起步較晚，但也創(chuàng)造了很多不同的標(biāo)準(zhǔn)，下面是代表目前一些智能家居系統(tǒng)： </p><p>　?。?）科龍集團(tuán)開發(fā)的“智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)”，由科龍集團(tuán)開發(fā)的“智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)”，由家庭網(wǎng)關(guān)，電表控制器，安全控制，家電控制器，光總線控制器和家庭組成。通過遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)，可以遠(yuǎn)程控制家里的設(shè)備；您也可以用電視機(jī)的遙控器來控制開關(guān)燈，在不

25、同的季節(jié)，空調(diào)，冰箱及其控制方法也將隨著時(shí)間的變化發(fā)生變化以及其他自適應(yīng)特性。 </p><p>　?。?）海信智能家居控制系統(tǒng)：曾經(jīng)提出智能家居享你所想的口號(hào)，它們將所有家用電器，像燈光、窗簾、空調(diào)、電視等等，都可以通過手機(jī)或是平板電腦來操作，完全智能化。在德國(guó)消費(fèi)電子展（IFA）上，海信以智能家居的理念，攜旗下智能電視、冰箱、空調(diào)等產(chǎn)品亮相，海信展臺(tái)以智能家居理念搭建，智能電視、智能冰箱等家電產(chǎn)品組成了家庭的

26、智能控制系統(tǒng)。其中SMART TV作為智能家居的最重要組成部分，不僅體現(xiàn)出了智能電視在影音娛樂方面的應(yīng)用，更重要的是其智能互動(dòng)部分的應(yīng)用更為廣泛。</p><p>　?。?）清華同方e家數(shù)字家庭：這是一個(gè)以家庭為基礎(chǔ)的技術(shù)和樓宇自動(dòng)化技術(shù)，清華同方與相關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)，軟件技術(shù)，為中國(guó)家庭和社區(qū)提供了全方位的數(shù)字服務(wù)產(chǎn)品。e家數(shù)字家庭包括三個(gè)層次，家庭自動(dòng)化，智能化小區(qū)，社區(qū)信息，其目的是為了使人們的生活和工作網(wǎng)

27、絡(luò)化。</p><p>　?。?）“卓越3000”家用電器智能控制：方正“卓越3000”可以包括電視機(jī)，錄像機(jī)，VCD，攝像機(jī)，空調(diào)和其它家用電器，包括所有的控制電路，智能集中管理，提高了家電的效率，使其聯(lián)系在一起，并家庭的有效利用成為用戶的“家電主管”。</p><p>　　從消費(fèi)者的角度來看， 智能家居廠家應(yīng)該以貼近客戶實(shí)際需求為導(dǎo)向，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性為第一追求，為住戶提供高效、舒適、

28、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。實(shí)現(xiàn)智能化還需在家電自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)家居網(wǎng)絡(luò)化，通過芯片對(duì)各種記錄、判別、控制、反饋等過程進(jìn)行處理，并將這些過程在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集成，能按人們的需求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。因此，標(biāo)準(zhǔn)版的智能家居只需一個(gè)遙控器便可實(shí)現(xiàn)所有自動(dòng)化功能。智能化服務(wù)于人們的居家生活，體現(xiàn)了目前最高和最新科技的水平，更全面、更富有人性化。未來的家庭將充滿了各種數(shù)字設(shè)備連接的無線技術(shù)，讓每個(gè)家庭擁有必要的設(shè)備，設(shè)備可以在互聯(lián)網(wǎng)上使用無線技

29、術(shù)，形成自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，然后通過遙控器連接到電腦在互聯(lián)網(wǎng)上，在家里，真正實(shí)現(xiàn)家電信息化、網(wǎng)絡(luò)化。 </p><p>　　1.3智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)</p><p>　　1.3.1 有線通信組網(wǎng)技術(shù)</p><p>　　（1）集中布線技術(shù)：</p><p>　　需要重新額外布設(shè)弱電控制線來發(fā)送控制信號(hào)以及接收被控設(shè)備的反饋信號(hào)，從而達(dá)到對(duì)家電生

30、活燈光進(jìn)行控制的目的。之前主要應(yīng)用于樓宇智能化控制。因?yàn)槭瞧湟元?dú)立、有線的方式進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)，所以相比較而言信號(hào)最穩(wěn)定，較適合于新建樓宇和小區(qū)的大范圍的控制，現(xiàn)在開始部分用于別墅智能化，但一般布線比較復(fù)雜，造價(jià)較高，工期較長(zhǎng)，因而只適用于房子是新裝修的用戶。</p><p>　?。?）X10電力載波：</p><p>　　不需要重新布線， 主要利用家庭內(nèi)現(xiàn)有的電力傳輸，以實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的電器

31、和照明控制和管理，安裝，設(shè)置比較簡(jiǎn)單，許多設(shè)備是即插即用，您可以自由匹配產(chǎn)品，根據(jù)自己的需要，能夠不斷智能升級(jí)功能是比較強(qiáng)大和實(shí)用，價(jià)格實(shí)惠，適合大眾消費(fèi)，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，有25多年的歷史，現(xiàn)在美國(guó)已有近1300萬(wàn)家庭用戶，對(duì)于新裝修的家庭戶，或者已裝修的家庭用戶而言，是比較健康，安全和環(huán)保的智能家居技術(shù)，但是國(guó)內(nèi)X10技術(shù)由于受限于國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的雜波比較多，使控制信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性得不到保證，以致系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)于國(guó)外來說比較差。<

32、/p><p>　　1.3.2 無線通信組網(wǎng)技術(shù)</p><p>　　本文具體研究的便是智能家居的無線組網(wǎng)技術(shù)。無線射頻技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的無線通信技術(shù)。以無線射頻的方式進(jìn)行控制信號(hào)的傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電和燈光的控制。不再需要重新布線，安裝，設(shè)置及調(diào)試都是比較方便的。隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，射頻傳輸?shù)目垢蓴_能力也越來越強(qiáng)，穩(wěn)定性越來越高，穿透障礙物的性能也越來越好，有逐

33、漸取代傳統(tǒng)以有線方式傳輸控制信號(hào)的趨勢(shì)。同時(shí)其無需布線的優(yōu)勢(shì)也使無線智能家居系統(tǒng)成為已裝修家庭配備智能家居系統(tǒng)的首選。</p><p>　　同時(shí)隨著ZigBee協(xié)議的逐漸推廣，也是本論文主要討論的。采用2.4GHZ頻率、支持ZigBee協(xié)議的無線智能家居系統(tǒng)已有很大程度的Zigbee技術(shù)能更好地解決射頻傳輸穩(wěn)定性較差、抗干擾能力弱的問題。同時(shí)，由于Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)組網(wǎng)，所以控制設(shè)備和被控制設(shè)備間在使用前無

34、需對(duì)碼，是Zigbee系統(tǒng)的易用性大大增強(qiáng)。同時(shí)，其通訊節(jié)點(diǎn)可以有路由的能力，傳輸信號(hào)可以在有路由功能的節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行接力式的傳輸，這樣大大增加了信號(hào)的傳輸距離，增強(qiáng)了信號(hào)穿透障礙的能力。</p><p>　　1.4智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的問題</p><p>　　從宏觀上來講，事物的每個(gè)發(fā)展階段都是當(dāng)時(shí)從業(yè)人員認(rèn)識(shí)水平、技術(shù)水平、市場(chǎng)認(rèn)知、原材料成本等幾個(gè)原因共同作用的結(jié)果。每個(gè)階段都會(huì)局

35、限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、市場(chǎng)接受程度等，都會(huì)有其無法突破的瓶頸和困難。即便智能家居系統(tǒng)在中國(guó)已發(fā)展20多年，且經(jīng)過這么多年的發(fā)展，產(chǎn)品、技術(shù)已日趨成熟、穩(wěn)定，但每項(xiàng)技術(shù)并不一定都完美無瑕。只要產(chǎn)品或技術(shù)處于高速發(fā)展中，它必然需要不斷地去解決一些技術(shù)上或者產(chǎn)品上的問題。智能家居產(chǎn)品未來會(huì)還向節(jié)能環(huán)保，舒適度方面發(fā)展。比如冬暖夏涼型建筑，不用空調(diào)，由建筑自身的功能去調(diào)節(jié)溫度。而智能家居必須結(jié)合這些建筑上的功能去發(fā)展，從這個(gè)方面來說，必然會(huì)推動(dòng)智

36、能家居的適應(yīng)性發(fā)展。</p><p>　　對(duì)與現(xiàn)階段的智能家居來說，沒有專用的對(duì)講或智能家居數(shù)字處理芯片，無論是技術(shù)層面還是集成層面，都只是有所關(guān)聯(lián)。如果能夠很好的解決，未來數(shù)字對(duì)講將會(huì)取得更好的應(yīng)用。而隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化趨勢(shì)的加劇，大型小區(qū)會(huì)越來越多，人們對(duì)安保的重視程度也會(huì)日益加強(qiáng)，將來小區(qū)的多個(gè)安防子系統(tǒng)在技術(shù)上必然會(huì)走向綜合化、集成化。除此之外，廠家需理性地為各類應(yīng)用設(shè)計(jì)解決方案，校正一些過往的虛假概念。只有

37、設(shè)計(jì)實(shí)用性強(qiáng)，性價(jià)比高，能適應(yīng)拓展未來新技術(shù)的系統(tǒng)，才能更好地為用戶服務(wù)。</p><p>　　除此之外，各家產(chǎn)品的兼容性也是一個(gè)急需解決的問題。目前各廠家的產(chǎn)品均采用自家的協(xié)議，無法很好地做到兼容，而不同品牌的可視對(duì)講和智能家居系統(tǒng)如何互連互通也將是今后需突破的難點(diǎn)。 </p><p>　　第二章 ZigBee 技術(shù)研究</p><p>　　2.1 ZigBee技

38、術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　首先為大家介紹一下什么是ZigBee， ZigBee是1個(gè)由可多到65000個(gè)無線模塊組成的一個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，與現(xiàn)有的CDMA方式的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或GSM網(wǎng)絡(luò)是非常類似的，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，彼此之間可以進(jìn)行通信的范圍內(nèi)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米，甚至幾公里。 此外，Zigbee網(wǎng)絡(luò)還與其他各種現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)互

39、連。同時(shí)，ZigBee是一種短距離，低復(fù)雜度，低功耗，低速率，低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制，可以滿足對(duì)小型的，價(jià)格低廉的設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制。</p><p>　　ZigBee技術(shù)的前身是“HoneRFlite”技術(shù)， 在2000年12月由IEEE802.15.3工作組制定了其核心協(xié)議，并由2002年8月組建的Zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)其高層應(yīng)用、互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)推廣。</p>

40、<p>　　2.2 ZigBee協(xié)議組成</p><p>　　2.2.1ZigBee協(xié)議總體構(gòu)架</p><p>　　ZigBee協(xié)議與其他網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一樣采用了分層模型，對(duì)各層所實(shí)現(xiàn)的功能和在整個(gè)協(xié)議中所起的作用做出了明確的劃分。ZigBee協(xié)議套件由高層應(yīng)用層、應(yīng)用支持層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1

41、Zigbee協(xié)議總體架構(gòu)</p><p>　　2.2.2物理層(PHY)規(guī)范 </p><p>　　物理層是遵循IEEE802.15.4協(xié)議的，是協(xié)議的最低層，承擔(dān)的任務(wù)是與外界直接相互作用，控制RF收發(fā)器的工作，采用擴(kuò)頻通信。物理層通過射頻固件和硬件提供給MAC層與物理無線信道之間的接口，物理層還包括物理層管理實(shí)體（PLME）,以提供調(diào)用物理層管理功能的管理服務(wù)接口，同時(shí)PLME還負(fù)責(zé)維

42、護(hù)物理層PAN信息庫(kù)（PHY PIB）。物理層通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點(diǎn)（PD-SAP）提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)，通過物理層管理實(shí)體服務(wù)訪問點(diǎn)（PLME-SAP）提供物理層管理服務(wù)。 物理層數(shù)據(jù)服務(wù)可以簡(jiǎn)單概括為以下作用：開啟和關(guān)閉無線收發(fā)信機(jī)、能量檢測(cè)（ED）、鏈路質(zhì)量指示（LQI）、空間信道評(píng)估（CCA）、信道選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。</p><p>　　2.2.3介質(zhì)傳輸控制層(MAC)規(guī)范</p>&

43、lt;p>　　同樣遵循IEEE802.15.4協(xié)議，主要負(fù)責(zé)的是設(shè)備間的無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束，確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳輸和接收，可以選時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)低延遲傳輸，各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均支持，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備有16位地址尋址。MAC子層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)。前者保證MAC了協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，MAC層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。</p><p&g

44、t;　　MAC子層主要功能如下：</p><p>　?、賲f(xié)調(diào)器產(chǎn)生發(fā)出網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀。 ②其他設(shè)備與信標(biāo)幀同步。 ③支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)(Association)和取消關(guān)聯(lián)(Disassociation)操作。</p><p>　?、鼙ＷC設(shè)備的安全。 ⑤使用CSMA-CA機(jī)制訪問信道。 ⑥支持GTS（Guaranteed Time Slot，時(shí)間槽保障）機(jī)制。

45、 ⑦提供兩個(gè)對(duì)等的MAC實(shí)體之間的可靠連接等。</p><p>　　2.2.4網(wǎng)絡(luò)層(NWK)規(guī)范</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)層在MAC層之間提 提供一個(gè)合適的接口，通過刺激MAC層動(dòng)作執(zhí)行尋址和路由功能。它的關(guān)鍵任務(wù)包括：</p><p>　?。?）啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和分配網(wǎng)絡(luò)地址;</p><p>　　（2）移除網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備或者添加網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備

46、</p><p>　　（3）通過路由，將消息送往目的節(jié)點(diǎn)；</p><p>　?。?）加密已發(fā)送的數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行路由尋址并且儲(chǔ)存路由表。 </p><p>　　2.2.5應(yīng)用層(APL)規(guī)范</p><p>　　應(yīng)用層用于支持維持器件的功能屬性，發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作，根

47、據(jù)服務(wù)和需求使多個(gè)器件之間進(jìn)行通信，Zigbee應(yīng)用層中包含有應(yīng)用程序支持子層，應(yīng)用程序架構(gòu)，送往Zigbee裝置管控對(duì)象和與各廠商定義的應(yīng)用程序?qū)ο?。此外，Zigbee還定義了應(yīng)用規(guī)格，它是針對(duì)各種不同的應(yīng)用情境來定義的概略的行為藍(lán)圖，讓特定應(yīng)用中采用此規(guī)格的裝置之間能夠互相操作。</p><p>　　2.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置</p><p>　　2.3.1 IEEE802.15.4

48、定義的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備</p><p>　　IEEE 802.15工作組是1998年成立，致力于無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）物理層和媒體訪問子層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，2002年,zigbee Alliance成立，2004年,zigbee V1.0誕生.它是zigbee的第一個(gè)規(guī)范.但由于推出倉(cāng)促,存在一些錯(cuò)誤，2006年,推出zigbee 2006,比較完善，2007年底,zigbee PRO推出，zigbee的底層技術(shù)基于I

49、EEE802.15.4，物理層和MAC層直接引用了IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：在不同的載波頻率下實(shí)現(xiàn)了20kbps、40kbps和250kbps三種不同的傳輸速率；支持星型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球惟一的擴(kuò)展地址；支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)（carrier sense multiple access with co

50、llision avoidance, CSMA-CA）；支持確認(rèn)（ACK）機(jī)制，保證傳輸可靠性。</p><p>　　IEEE802.15.4提供兩種物理層的選擇868/915MHz和2.4GHz的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)物理層頻段。2.4GHz物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s，868/915MHz物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鞈]為20kb/s和40kb/s，2.4GHz物理層傳輸速率高是由于采用DSSS方法準(zhǔn)正交調(diào)制技

51、術(shù)，而868/915MHz物理層使用每個(gè)PPDU數(shù)據(jù)傳輸為被最大長(zhǎng)為15的CHIP序列所擴(kuò)展的簡(jiǎn)單DSSS方法。IEEE802.15.4支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括星形和點(diǎn)-點(diǎn)拓?fù)洌負(fù)浣Y(jié)構(gòu)需要根據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)需求來定，一些PC外設(shè)應(yīng)用適合星形低延時(shí)的連接，其他安全方面應(yīng)用適合大面積點(diǎn)-點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.3.2 ZigBee定義的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備</p><p>　　Zigbee,

52、 在中國(guó)被譯為"紫蜂",它與藍(lán)牙相類似.是一種新興的短距離無線技術(shù)，用于傳感控制應(yīng)用。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)人區(qū)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。Zigbee這個(gè)字，從英語(yǔ)的角度來分析，它是由“Zig”和“bee”兩個(gè)字組成。前者“Zig”中文的意思是“之“字形的路徑，后面一個(gè)英文單詞“bee”就是蜜蜂的意思.Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就是模仿蜜蜂通過跳

53、舞來傳遞信息的方式，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間信息的相互互傳，來將一個(gè)信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)?？偟膩碚f，ZigBee是一種基于IEEE802.15.4的低功耗、低傳輸速率、架構(gòu)簡(jiǎn)單的短距離無線通信技術(shù)，它在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用正越來越引起業(yè)界的矚目。</p><p>　　2.3.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　Zigbee網(wǎng)絡(luò)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，樹狀拓?fù)?/p>

54、結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而IEEE802.15.4中所支持的對(duì)等結(jié)構(gòu)就是樹狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-2所示：</p><p>　　星狀網(wǎng)絡(luò)（Star） 樹狀網(wǎng)絡(luò)（cluster tree）</p><p><b>　　協(xié)調(diào)器</b></p><p>　　、、

55、 路由器</p><p><b>　　終端節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀（mesh）</p><p>　　圖2-2 Zigbee三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　2.4 Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)</p>

56、<p>　　ZigBee是近年來興起的一種短距離，低功耗，低成本，靈活的組網(wǎng)，無線通信技術(shù)，適用于數(shù)據(jù)傳輸量小，功率有更高的要求，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要更多的場(chǎng)合。具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）低功耗：由于工作時(shí)間比較短、接受和發(fā)送信息功能消耗比較低并且多數(shù)情況下采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點(diǎn)很省電。 </p><p>　　（2）低成本：目前低速率低功率的UWB芯片組的價(jià)

57、格不低于20美元，而ZigBee的價(jià)格</p><p>　　目前只有幾美分，并且ZigBee 協(xié)議是不收專利費(fèi)的。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)傳輸速率低：ZigBee工作在20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。</p><p&g

58、t;　?。?）時(shí)延短：ZigBee 針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了改進(jìn)，通信時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都很的短。 </p><p>　　（5）網(wǎng)絡(luò)容量大：每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備，也就是說，每個(gè)Zigbee設(shè)備可以與另外254臺(tái)設(shè)備相連接;</p><p>　　（6）優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠芰?ZigBee具有星、樹和叢網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力。ZigBee設(shè)備實(shí)際上具有無線網(wǎng)路自愈能力,能簡(jiǎn)單地覆

59、蓋廣闊圍;</p><p>　　（7）安全性：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，同時(shí)可以靈活確定其安全屬性;</p><p>　　第三章 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1智能家居系統(tǒng)需求分析</p><p>　　智能家居系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，智能家居系統(tǒng)對(duì)于廣

60、大消費(fèi)者而言必須實(shí)用、簡(jiǎn)單，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)個(gè)人愛好進(jìn)行多樣化和個(gè)性化，智能家居系統(tǒng)可細(xì)分為如下幾個(gè)分系統(tǒng)：燈光照明系統(tǒng)、門窗控制系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。智能家居可以簡(jiǎn)單概括出以下一些特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 使用方便： 智能化系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程控制接口，當(dāng)您外出時(shí)，您可以通過電話或互聯(lián)網(wǎng)查看和控制家里的設(shè)備。</p><p>　　(2) 信息服務(wù)：通過互聯(lián)網(wǎng)

61、或在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)獲得和交換消息的通信網(wǎng)絡(luò)，它們通過多種形式，從靜態(tài)文本，圖形，到動(dòng)態(tài)的音頻和視頻信息。</p><p>　　(3) 安全性能高：家庭智能家居系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)，預(yù)防火災(zāi)，煤氣中毒， 防御入侵者并及時(shí)報(bào)警，有效地保證您的居家安全。</p><p>　　(4) 節(jié)約成本：智能系統(tǒng)可以幫你自動(dòng)關(guān)閉家中的臨時(shí)需要的耗能設(shè)備，降低您的生活成本。</p><

62、p>　　當(dāng)某些設(shè)備因?yàn)橛脩舻男枰l(fā)生位置改變時(shí)，那么等同于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也要進(jìn)行一定的改善。在最開始的智能家居網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期規(guī)劃時(shí)就得先考慮到系統(tǒng)的自適應(yīng)性和兼容性，滿足家庭網(wǎng)絡(luò)智能化、自動(dòng)化的要求。如果說網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不得不進(jìn)行調(diào)整時(shí)，我們可以采取自適應(yīng)調(diào)整措施，保證家庭網(wǎng)絡(luò)正常使用。另外還有一種情況就是由于業(yè)務(wù)的需要可能要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造，之所以要升級(jí)也無非是為了改善原本的某一些缺陷，提供出更適合的網(wǎng)絡(luò)來滿足客戶的需求。<

63、;/p><p>　　3.2智能家居系統(tǒng)功能描述</p><p>　　智能家居系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)的以下主要功能：</p><p>　　(1)可以控制和相應(yīng)的狀態(tài)查詢，如查詢室內(nèi)和室外的溫度，可用于家用電器，如燈一鍵全開，一鍵全關(guān)，更方便。</p><p>　　(2)在光線方面我們可以依照家庭裝修環(huán)境背景或者用戶的其他層次的需要，對(duì)光線先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，指在

64、給用戶帶來良好的感知度和舒適程度。</p><p>　　(3)制定人機(jī)交互界面，這樣用戶就可以根據(jù)自己的需要自行調(diào)節(jié)各個(gè)用電器之間的參數(shù)，使操作簡(jiǎn)單化； </p><p>　　(4)在智能家庭網(wǎng)關(guān)的Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的框架，可以通過PC客戶端Web進(jìn)行查看實(shí)時(shí)狀態(tài)和遠(yuǎn)程控制家用設(shè)備的家庭。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器端的Web框架，在智能家居網(wǎng)關(guān)的Web服務(wù)器，您可以查看PC和家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程控

65、制家庭的實(shí)時(shí)狀態(tài)。</p><p>　　(5)在家庭網(wǎng)關(guān)集成3G模塊，通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問 </p><p>　　3.3智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　將基于ZigBee 芯片的無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊嵌入到各種家居設(shè)備中去，組成基于?；赯igBee的無線家庭控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。根據(jù)自己的需要用戶可以接入或者移除不同的設(shè)備。 通過這些無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器模塊在各子網(wǎng)絡(luò)之間

66、的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)，使在家庭內(nèi)的無線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互連，使他們能夠協(xié)作，自動(dòng)運(yùn)行。在設(shè)計(jì)中既能利用現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡(luò)也可以通過Internet 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如3G 網(wǎng)絡(luò)，以便用戶可以隨時(shí)隨地接入家庭網(wǎng)絡(luò)。在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)網(wǎng)中，只需與一個(gè)具有無線接口管理功能的ZigBee模塊相連，通過開發(fā)的人機(jī)交互界面，便可通過PC或手持終端進(jìn)行設(shè)備控制與狀態(tài)查詢，系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖3-1所示：</p><p><b>　　

67、家居網(wǎng)關(guān)</b></p><p><b>　　手機(jī)</b></p><p>　　圖3-1智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本系統(tǒng)主要由三大模塊組成：ZigBee技術(shù)在家庭內(nèi)部通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了一個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。 家庭網(wǎng)關(guān)在家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠遠(yuǎn)程控制家庭內(nèi)的家用設(shè)備或?qū)崟r(shí)監(jiān)控的情況；用戶可以

68、通過一臺(tái)家用電腦，對(duì)智能家居進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制也可以登錄智能家居設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的 進(jìn)行遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 ZigBee通信模塊硬件設(shè)計(jì).</p><p>　　4.1.1 CC2430芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　CC2430是芯片巨人TI公司收購(gòu)無線單片機(jī)公司CHIPCON后推出的全

69、新概念新一代ZigBee無線單片機(jī)系列芯片。CC2430是一款真正符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上SOC ZigBee產(chǎn)品。CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHz ISM波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。 CC2430的設(shè)計(jì)結(jié)合了

70、8Kbyte的RAM及強(qiáng)大的外圍模塊，并且有3種不同的版本，他們是根據(jù)不同的閃存空間32，64和128kByte來優(yōu)化復(fù)雜度與成本的組合。CC2430和CC2420射頻參數(shù)相同，CC2430具有51單片機(jī)核；發(fā)射功率0dbm；接收靈敏度小于-110dbm左右；工作頻點(diǎn)：2.4ghz；支持zigbee2003，,2006協(xié)議。</p><p>　　CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整

71、合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1 個(gè)8 位MCU（8051），具有128 KB 可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器（Timer）、AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（Watchdog timer）、32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路(Brown out detection)，以及21 個(gè)可編程I/O 引腳。C

72、C2430 芯片采用0.18 μm CMOS 工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA 或25 mA。CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。CC2430就是相當(dāng)于一個(gè)增強(qiáng)型8051+zigbee射頻模塊。</p><p>　　4.1.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的建

73、立和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)管理．網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過串口與PC機(jī)相連，將采集到的脈搏信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，以便對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；其他無線節(jié)點(diǎn)可以連接家用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的控制；將監(jiān)護(hù)信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)護(hù)服務(wù)器?？蓪?shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)信息的共享，具體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備的一個(gè)明顯差別在于后者缺少智能家電和信號(hào)調(diào)制模塊，為偵聽串口接收中斷，在中心協(xié)調(diào)器硬件平臺(tái)上擴(kuò)展了RS232串口。</p><p>　　圖4-1網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器硬件結(jié)

74、構(gòu)圖</p><p>　　4.1.3 ZigBee終端設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　智能居家最后一個(gè)設(shè)備也就是終端設(shè)備，它可以直接獲取家庭環(huán)境第一手?jǐn)?shù)據(jù)，并且它是命令執(zhí)行單元的關(guān)鍵。終端設(shè)備結(jié)構(gòu)包括電源模塊、8051微控制器、ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊、調(diào)試模塊、調(diào)制模塊、時(shí)鐘模塊、LCD模塊、天線模塊等，構(gòu)造如圖4-2 所示。一方面，通過的智能傳感器單元設(shè)備模塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)收集家里的環(huán)境

75、信息的終端裝置獲得通過的信號(hào)調(diào)制模塊有用信號(hào)，然后與無線模塊將信息上傳；另一方面，終端可以被連接通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收控制命令，并傳達(dá)到智能家電模塊命令執(zhí)行單元，執(zhí)行命令。</p><p>　　圖4-2終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件</p><p>　　5.1.

76、1 Z-Stack簡(jiǎn)介</p><p>　　Z-Stack 是TI 公司開發(fā)的符合ZigBee2006規(guī)范的ZigBee協(xié)議棧，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，是建立在ZigBee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上的，協(xié)議棧采用分層的結(jié)構(gòu)協(xié)議分層的目的是為了使各層相對(duì)獨(dú)立，每一層都提供一些服務(wù)，服務(wù)由協(xié)議定義，程序員只需關(guān)心與他的工作直接相關(guān)的那些層的協(xié)議，它們向高層提供服務(wù)，并由低層提供服務(wù)。TI公司的Z-Stack協(xié)議棧，其主要特點(diǎn)

77、就是其兼容性，完全支持IEEE 802. 15. 4/ZigBee的CC2430片上系統(tǒng)解決方案。Z-Stack還支持豐富的新特性，如無線下載，可通過ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh Network）下載節(jié)點(diǎn)更新。</p><p>　　5.1.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立</p><p>　　組建一個(gè)完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò)分為兩步：第一步是協(xié)調(diào)器初始化一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；第二步是路由器或終端加入網(wǎng)絡(luò)。加

78、入網(wǎng)絡(luò)又有兩種方法，一種是子設(shè)備通過使用MAC層的連接進(jìn)程加入網(wǎng)絡(luò)，另一種是子設(shè)備通過與一個(gè)先前指定的父設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò)。ZigBee中，只有PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)可以建立一個(gè)新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)ZigBeePAN協(xié)調(diào)點(diǎn)希望建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)空閑信道來建立新的網(wǎng)絡(luò)。如果找到了合適的信道，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)會(huì)為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符（PAN標(biāo)識(shí)符是用來標(biāo)識(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的，因此所選的PAN標(biāo)識(shí)符必須在信道中是唯一

79、的）。一旦選定了PAN標(biāo)識(shí)符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)，此后，如果另一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)掃描該信道，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點(diǎn)就會(huì)響應(yīng)并聲明它的存在。</p><p>　　ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先會(huì)通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)

80、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系后想要重新加入網(wǎng)絡(luò)，它可以進(jìn)行孤立通知過程重新加入網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　5.1.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)</p><p>　　Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)。從網(wǎng)絡(luò)配置上看，網(wǎng)絡(luò)中有三種類型的節(jié)點(diǎn)：一是Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，二是Zigbee路由器節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)Zigbee終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)。</p><p&

81、gt;<b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　NY入網(wǎng)請(qǐng)求</b></p><p>　　圖5-1 Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件流程</p><p>　　Zigbee協(xié)調(diào)器就是網(wǎng)絡(luò)組織的管理者，管理其網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。針對(duì)一般

82、的應(yīng)用模式，在一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)形成之后，協(xié)調(diào)器不是必須的。它最主要的作用是，依據(jù)掃描情況，選擇一些合適參數(shù)建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如圖5-1是Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　5.1.4 Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由器程序設(shè)計(jì)</p><p>　　Zigbee路由器，其主要是起路由的作用，搜索區(qū)域中可用的網(wǎng)絡(luò)，作為潛在的父節(jié)點(diǎn)允許更多的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)以及向Zigbee協(xié)調(diào)

83、器請(qǐng)求數(shù)據(jù)等。通常，是希望路由器一直處于活動(dòng)狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當(dāng)使用樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的時(shí)候，允許路由間隔一定的周期才操作一次，這樣就可以使用電池給其供電。路由器也屬于全功能設(shè)備。其流程圖如下：</p><p><b>　?。危?lt;/b></p><p><b>　　YES </b></p><p><

84、;b>　　NO</b></p><p><b>　　NONO</b></p><p><b>　　YES</b></p><p><b>　　YES</b></p><p><b>　　YESNO</b></p><

85、;p><b>　　圖5-2路由器程序</b></p><p>　　5.1.5 ZigBee終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　Zigbee終端設(shè)備一般是作為邊緣設(shè)備使用，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，在網(wǎng)絡(luò)中扮演從屬的角色，大多數(shù)時(shí)間是屬于休眠狀態(tài)。ZigBee的終端節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照設(shè)計(jì)的程序?qū)崿F(xiàn)的功能，我們以溫度采集來進(jìn)行解釋，Zigbee終端設(shè)備采集到空中

86、信息時(shí)，接下來對(duì)數(shù)據(jù)解讀和判斷，一旦確定命令為溫度采集則立馬調(diào)用相應(yīng)的溫度采集程序?qū)囟冗M(jìn)行采集和控制，然后將溫度傳感器來收集要處理的信息被發(fā)送到適當(dāng)?shù)墓芾斫涌诎l(fā)送到的ZigBee無線管理界面。</p><p><b>　　NN</b></p><p><b>　　NY</b></p><p>　　圖5-3 ZigBe

87、e終端節(jié)點(diǎn)程序流程圖</p><p>　　5.2Zigbee綁定機(jī)制的引入</p><p>　　綁定指的是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層上建立起來的一條邏輯鏈路。在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上可以建立多個(gè)綁定服務(wù)，分別對(duì)應(yīng)不同種類的數(shù)據(jù)包。此外，綁定也允許有多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)（一對(duì)多綁定）。例如將實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能的各種照明設(shè)備和窗簾等進(jìn)行綁定。系統(tǒng)的輸入量為光強(qiáng)度值，輸出量為燈光亮暗與窗簾打開程度。具體過程為：由用戶通過上位機(jī)輸

88、入設(shè)定值并發(fā)送給節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)通過光敏傳感器采樣當(dāng)前室內(nèi)的光強(qiáng)度，與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，小于設(shè)定值則通過可控硅開關(guān)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈或通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)打開窗簾來調(diào)節(jié)光線值，直到滿足設(shè)定條件為止。</p><p>　　ZigBee2006版本中規(guī)定，在全部節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)綁定機(jī)制，并將其稱為源綁定。綁定機(jī)制允許一個(gè)應(yīng)用服務(wù)在不知道目標(biāo)地址的情況下向?qū)Ψ剑☉?yīng)用服務(wù)）發(fā)送數(shù)據(jù)包。發(fā)送時(shí)使用的目標(biāo)地址將由應(yīng)用支持子層（APS）從綁定表中自動(dòng)獲得，

89、從而能使消息順利被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用服務(wù)，乃至分組接收。</p><p>　　5.3智能家居管理界面設(shè)計(jì)</p><p>　　基于網(wǎng)絡(luò)的管理平臺(tái)采用B/S（Browser/ Server）結(jié)構(gòu)，客戶端只需裝有Web 瀏覽器即可，服務(wù)器端連接客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)處理來自瀏覽器用戶的請(qǐng)求。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義、維護(hù)、訪問、更新及管理，并響應(yīng)服務(wù)器的請(qǐng)求[5]。采用

90、SQL SERVER 2005，利用ADO.NET技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。遠(yuǎn)程WEB 服務(wù)器使用微軟的ASP.NET 技術(shù)開發(fā)了基于B/S 架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理服務(wù)軟件。整個(gè)管理軟件分為前臺(tái)頁(yè)面和后臺(tái)管理兩大模塊，前臺(tái)頁(yè)面主要實(shí)現(xiàn)了用戶可視化管理，方便用戶隨時(shí)查看、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。管理界面與ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互過程如圖5-4所示：</p><p>　　圖5-4智能管理界面與zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互流程</p>

91、;<p>　　我們知道智能家居主要包括配置界面和控制界面這兩種管理界面，兩個(gè)界面結(jié)合就實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)控制作用，通過配置界面可以做到把所需要的各種各樣的設(shè)備進(jìn)行合理的綁定，綁定之后則在通過控制界面進(jìn)行一定的控制。 </p><p>　　第六章 總結(jié)與展望.</p><p>　　從智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以看到，基于該應(yīng)用的ZigBee系統(tǒng)硬軟件結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)其他控制領(lǐng)域的需要，進(jìn)行多樣

92、的開發(fā)，有很強(qiáng)的延伸性和可移植性。智能家居系統(tǒng)由于是低數(shù)據(jù)率，正是ZigBee所側(cè)重的應(yīng)用，和其他無線通信方式相比。ZigBee作為一種低速率的短距離無線通信技術(shù)，主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在低功耗，低成本，低延時(shí)，網(wǎng)絡(luò)容量大，而并非像藍(lán)牙一樣擁有高速的數(shù)據(jù)傳輸量。在包括智能家居、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用方面有很大的潛力。相信ZigBee技術(shù)會(huì)為我們帶來更靈活，更方便的生活環(huán)境。隨著人們生活水平的提高，大家對(duì)智能家居的

93、需求越來越高，而作為中國(guó)房地產(chǎn)的配套產(chǎn)業(yè)，中國(guó)的智能家居經(jīng)過多年發(fā)展，已成為一個(gè)集控制、計(jì)算機(jī)、家電等多種新技術(shù)為一體的新興產(chǎn)業(yè)。但是，由于市場(chǎng)不規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善，市場(chǎng)發(fā)展并不是很成熟，如今還處于群雄逐鹿的"戰(zhàn)國(guó)時(shí)代".具有很大的市場(chǎng)潛力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周怡. ZigBee 無線通信

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