基于ZigBee技術(shù)的智能家居無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統
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3 通訊協(xié)議
3.1 ZigBee協(xié)議的幀結構
采用符號ZigBee標準的HeliLink模塊的數據幀由數據模式、目標地址、數據長(cháng)度、數據信息與校驗和五部分構成，格式如下（數據幀結構中的數據都是16進(jìn)制數）:
“數據模式”占用一個(gè)字節?！澳繕说刂贰北硎緮祿Y構要發(fā)送的目標位置（網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)號），它占用一個(gè)字節?！皵祿L(cháng)度”表示數據幀結構中從“數據1”到“數據n”所占據的字節數，它也占據了一個(gè)字節?！皵祿畔ⅰ北硎居脩?hù)要通過(guò)UART0傳送的命令或者有效數據，占據的字節數由“數據長(cháng)度”決定?！靶ｒ灪汀笔菍Y構中的全部數據（校驗和字節除外）進(jìn)行的校驗，采用字節逐位異或的方式實(shí)現?！靶ｒ灪汀币舱紦粋€(gè)字節。
3．2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議幀結構
家庭網(wǎng)關(guān)通訊協(xié)議幀結構是建立在ZigBee協(xié)議幀結構的基礎上的，相當于底層協(xié)議中的數據場(chǎng)部分。所以幀結構由節點(diǎn)號、功能編碼、數據信息三部分組成，如下所示：
節點(diǎn)號字段數據長(cháng)度為1字節，其中低四位為數據采集功能編號，高四位為子節點(diǎn)號，如下所示：
功能編碼分為三個(gè)部分：方向位、數據類(lèi)型和功能類(lèi)型。其格式為：
方向位：
根據主節點(diǎn)作為通訊發(fā)送者還是接收者，本系統功能可分為兩大類(lèi)：上行和下行。方向位即決定了這一點(diǎn)。
數據類(lèi)型：
數據信息與功能編碼關(guān)系十分密切，根據功能不同，數據場(chǎng)中數據的內容含義不同；根據數據長(cháng)度不同，數據類(lèi)型也不同。
功能類(lèi)型：
每一個(gè)功能類(lèi)型對應一種系統功能。通過(guò)解析功能類(lèi)型編碼可得到系統功能，對于下行幀，子節點(diǎn)得到主節點(diǎn)通知其執行的命令和需要的數據；對于上行幀，主節點(diǎn)得到子節點(diǎn)返回的信息、數據和命令執行的情況。
數據信息存放數據，數據信息長(cháng)度可根據功能編碼中的數據類(lèi)型而定。
4 無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)硬件設計
由于無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)使用電池供電，且需要安裝在三表或電器內部，要求電池體積很小，因此電池的容量不可能太大。希望一顆鈕扣電池可以有效工作一年以上。無(wú)線(xiàn)通訊需要電池提供足夠大的電流，耗電量較大，所以低功耗設計成為子節點(diǎn)設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件組成如圖2所示，采用TI公司的16位單片機MSP430F1232作為處理器，采用符合ZigBee標準的Heililink無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )收發(fā)模塊建立無(wú)線(xiàn)通訊，采用RAMTRON公司的鐵電存儲器FM24LC16存儲數據，開(kāi)關(guān)量輸出使用松下公司的磁保持繼電器TQ2L2—3V，PWM輸出放大器采用MAXIM公司的MAX4464。使用鋰離子鈕扣電池供電，通過(guò)采用TI公司的電荷泵IPS60210將電壓穩定至3.3V。無(wú)線(xiàn)子節點(diǎn)通過(guò)查詢(xún)八位撥碼開(kāi)關(guān)確定其功能，可以實(shí)現兩路脈沖量的計數、兩路開(kāi)關(guān)量的輸入、兩路開(kāi)關(guān)量的輸出、一路模擬量的輸入、一路模擬量的輸出、電池電量采集無(wú)線(xiàn)通訊等功能。
4．1 處理器
處理器采用TI公司的16位單片機MSP430F1232。該單片機突出的特點(diǎn)是可以實(shí)現極低的功耗，具有五種省電工作模式，而每種工作模式可以通過(guò)對時(shí)鐘的控制實(shí)現不同的功耗，其工作在LPM4模式下的功耗電流只有0.1μA,非常適合采用電池供電的系統。片內FLASH ROM用于存儲應用程序、通訊協(xié)議；UART接口連接無(wú)線(xiàn)通信模塊；10位A/D轉換器實(shí)現電池電壓檢測、模擬量輸入；內部16位定時(shí)計數器實(shí)現PWM輸出，經(jīng)低通濾波后，再由放大器放大，實(shí)現模擬量輸出；I2C接口連接鐵電存儲器FRAM。其余的通用輸入輸出端口分別實(shí)現數字量和脈沖量的輸入、輸出以及撥碼開(kāi)關(guān)狀態(tài)的輸入。
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