智能家居系統中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的設計

摘要：介紹了ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，將ZigBee技術(shù)應用到智能家居系統中。提出了一種以ZigBee技術(shù)為基礎的智能家居系統設計方案。闡述了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的總體構成，以CC2430無(wú)線(xiàn)芯片為棱心，選取了合適的ZigBee模塊進(jìn)行了硬件電路設計。研究并分析了ZigBee技術(shù)。設計并實(shí)現了串口收發(fā)程序，傳感器程序，以及節點(diǎn)間的無(wú)線(xiàn)通信程序，并根據ZigBee協(xié)議，使節點(diǎn)組成樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )，最終實(shí)現系統的監測與控制。結果表明，本系統運行穩定，達到了設計目的，有著(zhù)廣泛的應用前景。
關(guān)鍵詞：智能家居；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；ZigBee；CC2430

隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，人們將更多的注意力放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上，從而出現了智能家居的概念。智能家居控制系統使人們可以對家居內的任意電器進(jìn)行數字化控制，利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種設備有機地結合在一起，進(jìn)行集中管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。本文以ZigBee技術(shù)對智能家居內部進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)，通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計，實(shí)現節點(diǎn)對各種傳感器信息的采集、傳輸和控制功能。

1 Zigbee技術(shù)
ZigBee技術(shù)是一種強調極低耗電、極低成本的短距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，遵循IEEE802．15.4標準。它專(zhuān)注于低速率傳輸控制，網(wǎng)絡(luò )容量大，時(shí)延短，提供數據完整性檢查，加密算法采用AES-128，網(wǎng)絡(luò )擴充性強，有效覆蓋范圍為10～75 m，具體依據實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭環(huán)境，通信頻率采用2．4 GHz免執照頻段。
ZigBee是一組基于IEEE802．15．4無(wú)線(xiàn)標準研制開(kāi)發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術(shù)標準。IEEE802.15.4僅定義了MAC層和物理層協(xié)議，而ZigBee聯(lián)盟則對其網(wǎng)絡(luò )層和應用層進(jìn)行了標準化。ZigBee聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層，以保證這種便攜設備不會(huì )意外泄漏其標識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò )的遠距離傳輸不會(huì )被其他節點(diǎn)獲得。

2 系統結構設計
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統主要由傳感器、CC2430無(wú)線(xiàn)模塊構成，結構圖如圖1所示。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )采用樹(shù)狀結構，網(wǎng)絡(luò )中有一個(gè)協(xié)調器，負責整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中數據的處理、轉發(fā)以及網(wǎng)絡(luò )的管理。終端節點(diǎn)(傳感器節點(diǎn))上電復位后，會(huì )搜索協(xié)調器節點(diǎn)，當能夠搜索到協(xié)調器時(shí)，直接申請加入網(wǎng)絡(luò )。當終端節點(diǎn)搜索不到協(xié)調器時(shí)，這時(shí)就會(huì )通過(guò)路由器節點(diǎn)找到協(xié)調器來(lái)加入網(wǎng)絡(luò )。
加入網(wǎng)絡(luò )后保持待機狀態(tài)，當有數據需要發(fā)送時(shí)，按照組網(wǎng)時(shí)的路徑來(lái)收發(fā)數據信息。協(xié)調器通過(guò)串口與PC機相連，利用超級終端實(shí)現發(fā)送命令或者顯示數據。

3 硬件電路設計
本文設計的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統的硬件結構主要由協(xié)調器模塊，路由器模塊，傳感器模塊，串口轉換模塊，供電模塊以及PC機等組成。其中協(xié)調器、路由器、傳感器3個(gè)模塊作為主要的無(wú)線(xiàn)通信模塊，由主控芯片CC2430作為數據處理以及無(wú)線(xiàn)收發(fā)器。其系統硬件電路結構示意圖如圖2所示。