基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統
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短信的收發(fā)采用GR64模塊，GR64模塊一款工業(yè)級無(wú)線(xiàn)調制解調模塊。集射頻電路和基帶處理器于一體，內置閃速存儲器，提供標準的AT命令控制語(yǔ)音、數據、短信和傳真的傳輸。GR64模塊提供了豐富的外設接口。短信模塊和單片機CC2430通過(guò)RS 232進(jìn)行通信，二者構成了GSM網(wǎng)絡(luò )和ZigBee網(wǎng)絡(luò )之間數據轉換的通道。
紅外收發(fā)模塊包含紅外解調電路和紅外調制電路，如圖3所示。紅外解調電路采用一體化紅外接收頭TL538，它具有寬電壓適應、功耗低、成本低、高接收靈敏度以及優(yōu)良的抗干擾特性，是通用接收紅外信號并解調的元件，不需要任何外接元件，就可以完成從紅外線(xiàn)接收到輸出TTL電平的數字信號，目前廣泛的應用于家用電器及玩具等各種紅外遙控和紅外接收裝置中。發(fā)光二極管RED用于接收完成遙控器一個(gè)按鍵的紅外脈沖碼的指示并作為家庭網(wǎng)關(guān)正常工作時(shí)的指示燈。紅外發(fā)送電路通過(guò)與門(mén)芯片(74LVC1G08)將基帶信號和載波信號進(jìn)行調制，用于驅動(dòng)紅外LED產(chǎn)生紅外光。
3．2 分控節點(diǎn)的硬件電路設計
分控節點(diǎn)存在于各個(gè)房間中，主要用于接收家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送來(lái)的紅外脈沖碼，并將其調制到38 kHz載波頻率上輸出，所以只需要一個(gè)紅外驅動(dòng)電路和一個(gè)CC2430最小系統，包括上電復位電路和正常工作指示燈，能量供應可以采用電池供電。
4 系統軟件設計
4．1 ZigBee協(xié)議棧運行機理
ZigBee協(xié)議棧ZStack運行在一個(gè)OSAL(操作系統抽象層)操作系統上。該操作系統基于協(xié)同輪轉查詢(xún)式的任務(wù)調度機制，ZStack協(xié)議棧的每一層均作為一個(gè)獨立的具有優(yōu)先級任務(wù)。每個(gè)任務(wù)都對應著(zhù)一個(gè)任務(wù)事件處理函數。每個(gè)任務(wù)都包含若干個(gè)事件，每個(gè)事件都對應著(zhù)一個(gè)事件號。當一個(gè)事件產(chǎn)生時(shí)，相應任務(wù)的事件就被設置為相應的事件號，即事件處于有效狀態(tài)。這樣，基于任務(wù)輪詢(xún)的OS將進(jìn)入相應任務(wù)的任務(wù)事件處理函數的有效事件處理程序中執行。而且在ZStaek中將硬件的驅動(dòng)放到了硬件抽象層(HAL)中，這樣屏蔽了底層硬件的具體實(shí)現，有利于應用軟件的模塊化和可移植性。使用時(shí)可以對HAL中的驅動(dòng)函數進(jìn)行適當的裁剪和修改以適應實(shí)際應用系統的需要。OSAL中的任務(wù)可以通過(guò)任務(wù)API函數接口將其添加到系統中，這樣就可以實(shí)現多任務(wù)機制。軟件設計體系如圖4所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155866.htm
4．2 家庭內網(wǎng)的軟件設計
家庭網(wǎng)關(guān)軟件流程如圖5所示，首先初始化CC2430系統時(shí)鐘和定時(shí)器。初始化之后發(fā)光二極管閃爍一下，表示正在等待捕獲遙控器的紅外脈沖碼。在一段時(shí)間里沒(méi)有捕獲到，則以協(xié)調器身份初始化ZigBee協(xié)議棧，如果建網(wǎng)成功，則發(fā)光二極管閃爍一下，此時(shí)處于正常工作狀態(tài)。當接收到有效短信的有效命令后，調用存儲器中的紅外脈沖碼驅動(dòng)紅外脈沖電路發(fā)送并在本網(wǎng)中廣播發(fā)送。
4．3 家庭外網(wǎng)的軟件設計
GR64模塊支持兩種模式收發(fā)短信：Text模式、PDU模式。Text模式是純文本方式，不支持中文，可使用不同的字符集，主要用于歐美地區；PDU模式被所有手機及工業(yè)級模塊支持，可以使用任何字符集，目前最為常用。系統中通過(guò)手機發(fā)送AT命令對GR64參數進(jìn)行設置，包括GR64的字符集，設置短信格式，當前短信存儲載體，新短信提示等。系統采用PDU模式，以便手機可以接收到GR64模塊發(fā)送的漢字。其中，將GR64模塊新短信提示的方式設置為：AT+CNMI=1，2，2，1表示接收到的短信和狀態(tài)不進(jìn)行存儲，直接通過(guò)串口1送入CC2430。
4．4 紅外信號的收發(fā)與存儲
遙控器紅外脈沖碼一般由引導碼、地址碼、數據碼、數據碼反碼和結果碼組成。由于各個(gè)公司生產(chǎn)的紅外編／解碼芯片采用的編／解碼方式和脈寬周期不同，導致了市場(chǎng)上的各類(lèi)遙控器的功能互不兼容。為了能擁有各種遙控器的的遙控功能，首先必須要正確地原樣接收并存儲遙控器的紅外脈沖碼，對于某些一鍵雙碼的按鍵，必須進(jìn)行兩次比較確認后存儲。其次所有驅動(dòng)電路輸出的紅外脈沖碼均來(lái)自已保存在存儲器中的紅外脈沖碼基帶信號對38 kHz的載波信號進(jìn)行脈寬調制產(chǎn)生的。因此利用單片機CC2430的內部定時(shí)器T1可以完成紅外脈沖碼的接收采集和調制輸出，T3用來(lái)產(chǎn)生 38 kHz的載波信號。再次，對于沒(méi)有紅外接收的設備可以安裝一個(gè)紅外接收頭即可實(shí)現設備的控制，既簡(jiǎn)單又方便。
5 結語(yǔ)
目前，智能家居的規范，設計和應用正在穩步進(jìn)行中。構建一個(gè)符合家居環(huán)境的分布式、低功耗、運行穩定的家庭網(wǎng)關(guān)尤其重要。Zig-Bee無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議的設備具有低功耗、低成本、低速率、靈活高效等諸多優(yōu)勢，相信在不久的將來(lái)，以ZigBee技術(shù)為典型特征的智能家居設備將進(jìn)入日常生活的方方面面。
本文作者的創(chuàng )新點(diǎn)：以無(wú)線(xiàn)射頻芯片CC2430為核心設計實(shí)現的家庭網(wǎng)關(guān)可以收發(fā)短信，自學(xué)習存儲紅外碼，并能夠通過(guò)紅外線(xiàn)方式控制設備，具有控制容量大和功耗低等特點(diǎn)。
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