基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)研究

2 無(wú)線(xiàn)智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的實(shí)現
在選定了家庭網(wǎng)關(guān)的硬件平臺后，家庭網(wǎng)關(guān)便有了自己的物理載體，但僅僅是硬件部分，并不能實(shí)現家庭網(wǎng)關(guān)所應具有的功能，還需要有建立在硬件平臺之上的軟件控制系統。
2．1 智能家庭網(wǎng)關(guān)系統的選用
家庭網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)，包括與硬件相關(guān)的底層驅動(dòng)軟件、系統內核、設備驅動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面等。操作系統主要實(shí)現以下功能：
①建立交叉編譯環(huán)境。
②引導裝載程序(Bootloader)，能實(shí)現系統的快速引導，提供瞬間開(kāi)機功能；負責將Linux內核加載到內存，并將控制權交給內核初始化程序。
③Linux內核(kernel)的移植與裁減。Linux內核采用模塊化的組織結構，通過(guò)增減內核模塊的方式來(lái)增減系統的功能，正確合理地設置內核的功能模塊，只編譯系統所需功能的代碼，以獲得更高的運行速度。
④裝載文件系統(file system)。嵌入式系統一般不具備硬盤(pán)等大容量存儲體，而用Flash為主存儲器，其文件系統也具有特殊性。
⑤開(kāi)發(fā)圖形用戶(hù)界面(GUI)。
⑥選擇上層應用程序(applieation)。
2．2 智能家庭網(wǎng)關(guān)軟件結構的設計
智能家庭網(wǎng)關(guān)采用分層軟件設計結構，如圖3所示。在整個(gè)軟件框架中，位于底層的是各類(lèi)硬件驅動(dòng)程序，通過(guò)嵌人式Linux操作系統實(shí)現底層硬件設備的驅動(dòng)與管理。嵌入式Linux操作系統之上是針對設計需要而移植的TCP／IP協(xié)議與ZigBee通信協(xié)議。協(xié)議層之上為應用程序層，其中包括Web、CGI程序與嵌入式用戶(hù)圖形系統QT和一些其他的嵌入式應用程序。其中嵌入式web服務(wù)器，提供了全中文的Web管理界面，用于家庭網(wǎng)關(guān)的遠程訪(fǎng)問(wèn)和管理，QT是基于本地LCD的一個(gè)強大的圖形界面系統，實(shí)現在家庭內部通過(guò)ZigBee對家電終端的訪(fǎng)問(wèn)和控制。

2．3 ZigBee通信控制的實(shí)現
(1)智能家庭網(wǎng)關(guān)與終端設備通信連接的建立
在家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺的ZigBee適配器與終端設備之間建立的無(wú)線(xiàn)通信連接，是基于無(wú)線(xiàn)替代有線(xiàn)而建立的無(wú)線(xiàn)信道連接，它與實(shí)際的串行連接并沒(méi)有太大的差別。這樣，在Linux下利用先前移植的ZigBee工具包，完成家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺上無(wú)線(xiàn)適配器與終端設備之間的配對與連接后，就可以以操作設備文件的方式對這條無(wú)線(xiàn)信道的串行連接進(jìn)行操作，在本地實(shí)現對終端設備的通信和控制。主要包括兩個(gè)方面的內容：一個(gè)是網(wǎng)關(guān)發(fā)送的控制指令要通過(guò)ZigBee發(fā)送到終端設備，另一個(gè)是終端設備反饋給家庭網(wǎng)關(guān)的狀態(tài)數據也要通過(guò)ZigBee的方式發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。通信過(guò)程的結構框圖如圖4所示。