基于ZigBee與紅外的家居監控系統設計

引言

　　ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線(xiàn)連接。早在2004年就被列為當今世界發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)之一。ZigBee是一種無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的商業(yè)化命名，主要用于解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(lián)網(wǎng)應用。而紅外技術(shù)因興起早、技術(shù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)先在家電遙控市場(chǎng)先入為主，當前家電遙控基本都采用紅外。

　　基于ZigBee與紅外技術(shù)的無(wú)線(xiàn)家居監控系統，采用便捷、易擴展、低成本、低功耗方案實(shí)現家居的無(wú)線(xiàn)監控。本系統通過(guò)傳感器監測節點(diǎn)將收集的信息傳送到監視主機，監視主機可通過(guò)“網(wǎng)關(guān)-CC2430無(wú)線(xiàn)模塊-學(xué)習型紅外模塊”發(fā)出命令控制當前的紅外遙控的家電，也可通過(guò)“網(wǎng)關(guān)-CC2430無(wú)線(xiàn)模塊”實(shí)現對未來(lái)ZigBee控制型家電的控制，從而以便捷、低成本的方式實(shí)現對家居的照明、溫／濕度、安全和電器的智能監控。另外，只需將監視主機接入遠程網(wǎng)絡(luò )，該系統便能實(shí)現對家居的遠程實(shí)時(shí)監控。

　　本文重點(diǎn)介紹基于ZigBee技術(shù)的遙控家電與現行常用紅外遙控家電的兼容和集成及對家居環(huán)境的實(shí)時(shí)監測等方面的研究，最終實(shí)現基于ZigBee網(wǎng)絡(luò )的智能家居。針對ZigBee技術(shù)本身的低功耗、低成本和低時(shí)延、易擴展等優(yōu)勢，保證了信息傳輸和反饋的及時(shí)性，并提高了家電遙控設備系統擴展的整體性能。

1 系統架構

　　系統組成如圖1所示，監控系統主要包括監視節點(diǎn)、傳感器檢測節點(diǎn)、紅外中轉控制節點(diǎn)。監視節點(diǎn)能夠建立并維護ZigBee網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)負責與監控主機的通信。一旦監控主機接入遠程網(wǎng)絡(luò )，該系統即可升級實(shí)現遠程實(shí)時(shí)監控。傳感器檢測節點(diǎn)負責采集家庭光照、溫度、空氣質(zhì)量等環(huán)境信息。紅外中轉控制節點(diǎn)可根據采集的信息通過(guò)紅外線(xiàn)實(shí)時(shí)控制空調、燈光等傳統紅外型家電，而對于未來(lái)的ZigBee控制型家電，通過(guò)CC2430模塊便可實(shí)現兼容控制。

2 硬件設計

　　2．1 CC2430無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊

　　CC2430是一顆真正的系統芯片(SoC)CMOS解決方案，它結合一個(gè)高性能2．4 GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆小巧高效的8051控制器。圖2為CC2430的一種典型應用電路。該電路使用了一個(gè)非平衡天線(xiàn)，這樣可使天線(xiàn)性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341，L32 1，L331以及一個(gè)PCB微波傳輸線(xiàn)組成，整個(gè)結構滿(mǎn)足RF輸入／輸出匹配電阻50 Ω的要求。32 MHz的晶振電路由1個(gè)32 MHz的石英諧振器(XTA-L1)和2個(gè)電容(C191和C211)構成；32．768 kHz的晶振電路由1個(gè)32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個(gè)電容(C441和C431)構成。

　　2．2 傳感器監測節點(diǎn)

　　監測節點(diǎn)的硬件結構采用CC2430作為微處理器，采用DSl8B20作為溫度傳感器、TPS851作為光敏傳感器、TGS2600作為空氣質(zhì)量傳感器探測家居環(huán)境情況。檢測節點(diǎn)電路圖設計如圖3所示。

　　2．3 紅外控制節點(diǎn)

　　紅外控制節點(diǎn)以CC2430作為微處理器，采用一體化的紅外接收頭接收紅外信息，以24C64作為存儲模塊存儲學(xué)習到得紅外編碼，考慮到紅外發(fā)射的距離和有效性，電路紅外發(fā)射管加入了2個(gè)三極管進(jìn)行兩級發(fā)大。紅外收發(fā)部分電路設計如圖4所示。