GPRS和ZigBee在智能家居安防中的應用

引言

　　ZigBee技術(shù)的應用方向定位于家庭自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、傳感器應用等。該系統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信模塊采用CC2430，它是一顆真正的系統芯片（SoC）COMS解決方案，這種方案能夠提高性能并滿(mǎn)足ZigBee為基礎的2.4GHzISM波段應用對低成本和低功耗的要求。也包含一個(gè)DSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)核心和一個(gè)工業(yè)級小巧高效的8051控制器。無(wú)線(xiàn)數傳模塊采用DL6200模塊，用戶(hù)只需要擁有以前所熟悉的串口通信知識就可通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信。

　　1 ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢

　　ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢表現為以下幾個(gè)方面：

　?。?）省電。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此ZigBee技術(shù)可以確保2節五號電池支持長(cháng)達6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。不同的應用對應的功耗自然是不同的。

　?。?）可靠。ZigBee技術(shù)采用了碰撞避免機制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數據時(shí)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個(gè)發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息。

　?。?）成本低。模塊價(jià)格低廉，且ZigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費的。

　?。?）時(shí)延短。針對時(shí)延敏感的應用作了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設備搜索時(shí)延典型值為30ms，休眠激活時(shí)延典型值是15ms，活動(dòng)設備信道接入時(shí)延為15ms。

　?。?）節點(diǎn)通信設置易于配置。

　?。?）網(wǎng)絡(luò )容量大。ZigBee可以采用星形、網(wǎng)狀、樹(shù)狀結構組網(wǎng)，而且可以通過(guò)任一節點(diǎn)連接組成更大的網(wǎng)絡(luò )結構。從理論上講，其可連接的節點(diǎn)多達64000個(gè)。1個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )最多可以容納254個(gè)從設備和1個(gè)主設備，1個(gè)區域內可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )。

　?。?）安全。ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時(shí)各個(gè)應用可以靈活地確定其安全屬性。

　?。?）全球通用性和完好的開(kāi)放性。ZigBee標準協(xié)議，使ZigBee設備間的通信成為輕而易舉的事情。

　　2 CC2430的技術(shù)特點(diǎn)

　　CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內存和微控制器。它使用1個(gè)8位MCU（8051），具有128KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬數字轉換（ADC）、幾個(gè)定時(shí)器（Timer）、AES-128協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器（Watchdogtimer）、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復位電路（PowerOnReset）、掉電檢測電路（BrownOutDetection），以及21個(gè)可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA和25mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動(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(cháng)的應用。

　　3 GPRS數傳模塊DL6200

　　DL6200模塊的核心硬件是使用世界知名移動(dòng)通信產(chǎn)品廠(chǎng)商生產(chǎn)的GPRS芯片而設計生產(chǎn)的，具有很高的可靠性。使用DL6200時(shí)，只需要熟悉串口通信知識就可通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信。不必關(guān)心模塊的射頻電路部分（使用移動(dòng)運營(yíng)商的公網(wǎng)）及相關(guān)硬件連接；不必關(guān)心AT指令集，所有與AT響應有關(guān)的操作都由DL6200模塊在模塊的內部完成；不必關(guān)心TCP/IP協(xié)議及互連網(wǎng)絡(luò )的相關(guān)知識：由于GPRS模塊是基于互連網(wǎng)絡(luò )的通信方式，在使用中就要與INTERNET網(wǎng)絡(luò )打交道，所有與網(wǎng)絡(luò )的信息交換都由DL6200模塊在內部自動(dòng)完成，無(wú)需用戶(hù)參與；不必用戶(hù)單獨擁有一個(gè)固定的IP地址；具有格式及透明傳輸兩種傳輸格式；具有一般工作模式和省電工作模式；與各種組態(tài)軟件直接連接無(wú)需專(zhuān)用的驅動(dòng)程序；支持總線(xiàn)式的被動(dòng)傳輸數據方式。

　　4 系統結構和工作原理

　　4.1 系統的結構和功能

　　系統由外網(wǎng)和內網(wǎng)兩部分組成。外網(wǎng)是由GPRS數傳模塊和PC組成，兩者之間可通過(guò)TTLRS232RS485傳輸信息，該系統采用上位機電平接口為T(mén)TL，如圖1所示。GPRS數傳模塊的組網(wǎng)如圖2所示。

　　內網(wǎng)由PC機和ZigBee無(wú)線(xiàn)數據通信模塊組成，它們之間通過(guò)串口連接。ZigBee網(wǎng)絡(luò )由協(xié)調器、路由器和終端設備三部分組成。協(xié)調器和路由器稱(chēng)為全功能設備FFD，終端設備稱(chēng)為精簡(jiǎn)功能設備RFD。由于該系統設備比較簡(jiǎn)單，采用星型組網(wǎng)方式，將窗磁、門(mén)磁等看作終端設備，ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊為協(xié)調器，該系統結構簡(jiǎn)單，所以不需要路由器。如圖3所示。