基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)
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短信的收發(fā)采用GR64模塊，GR64模塊一款工業(yè)級無線調(diào)制解調(diào)模塊。集射頻電路和基帶處理器于一體，內(nèi)置閃速存儲器，提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令控制語音、數(shù)據(jù)、短信和傳真的傳輸。GR64模塊提供了豐富的外設(shè)接口。短信模塊和單片機(jī)CC2430通過RS 232進(jìn)行通信，二者構(gòu)成了GSM網(wǎng)絡(luò)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的通道。
紅外收發(fā)模塊包含紅外解調(diào)電路和紅外調(diào)制電路，如圖3所示。紅外解調(diào)電路采用一體化紅外接收頭TL538，它具有寬電壓適應(yīng)、功耗低、成本低、高接收靈敏度以及優(yōu)良的抗干擾特性，是通用接收紅外信號并解調(diào)的元件，不需要任何外接元件，就可以完成從紅外線接收到輸出TTL電平的數(shù)字信號，目前廣泛的應(yīng)用于家用電器及玩具等各種紅外遙控和紅外接收裝置中。發(fā)光二極管RED用于接收完成遙控器一個按鍵的紅外脈沖碼的指示并作為家庭網(wǎng)關(guān)正常工作時的指示燈。紅外發(fā)送電路通過與門芯片(74LVC1G08)將基帶信號和載波信號進(jìn)行調(diào)制，用于驅(qū)動紅外LED產(chǎn)生紅外光。
3．2 分控節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)
分控節(jié)點(diǎn)存在于各個房間中，主要用于接收家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送來的紅外脈沖碼，并將其調(diào)制到38 kHz載波頻率上輸出，所以只需要一個紅外驅(qū)動電路和一個CC2430最小系統(tǒng)，包括上電復(fù)位電路和正常工作指示燈，能量供應(yīng)可以采用電池供電。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4．1 ZigBee協(xié)議棧運(yùn)行機(jī)理
ZigBee協(xié)議棧ZStack運(yùn)行在一個OSAL(操作系統(tǒng)抽象層)操作系統(tǒng)上。該操作系統(tǒng)基于協(xié)同輪轉(zhuǎn)查詢式的任務(wù)調(diào)度機(jī)制，ZStack協(xié)議棧的每一層均作為一個獨(dú)立的具有優(yōu)先級任務(wù)。每個任務(wù)都對應(yīng)著一個任務(wù)事件處理函數(shù)。每個任務(wù)都包含若干個事件，每個事件都對應(yīng)著一個事件號。當(dāng)一個事件產(chǎn)生時，相應(yīng)任務(wù)的事件就被設(shè)置為相應(yīng)的事件號，即事件處于有效狀態(tài)。這樣，基于任務(wù)輪詢的OS將進(jìn)入相應(yīng)任務(wù)的任務(wù)事件處理函數(shù)的有效事件處理程序中執(zhí)行。而且在ZStaek中將硬件的驅(qū)動放到了硬件抽象層(HAL)中，這樣屏蔽了底層硬件的具體實(shí)現(xiàn)，有利于應(yīng)用軟件的模塊化和可移植性。使用時可以對HAL中的驅(qū)動函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉艉托薷囊赃m應(yīng)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要。OSAL中的任務(wù)可以通過任務(wù)API函數(shù)接口將其添加到系統(tǒng)中，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)機(jī)制。軟件設(shè)計(jì)體系如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155866.htm
4．2 家庭內(nèi)網(wǎng)的軟件設(shè)計(jì)
家庭網(wǎng)關(guān)軟件流程如圖5所示，首先初始化CC2430系統(tǒng)時鐘和定時器。初始化之后發(fā)光二極管閃爍一下，表示正在等待捕獲遙控器的紅外脈沖碼。在一段時間里沒有捕獲到，則以協(xié)調(diào)器身份初始化ZigBee協(xié)議棧，如果建網(wǎng)成功，則發(fā)光二極管閃爍一下，此時處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)接收到有效短信的有效命令后，調(diào)用存儲器中的紅外脈沖碼驅(qū)動紅外脈沖電路發(fā)送并在本網(wǎng)中廣播發(fā)送。
4．3 家庭外網(wǎng)的軟件設(shè)計(jì)
GR64模塊支持兩種模式收發(fā)短信：Text模式、PDU模式。Text模式是純文本方式，不支持中文，可使用不同的字符集，主要用于歐美地區(qū)；PDU模式被所有手機(jī)及工業(yè)級模塊支持，可以使用任何字符集，目前最為常用。系統(tǒng)中通過手機(jī)發(fā)送AT命令對GR64參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括GR64的字符集，設(shè)置短信格式，當(dāng)前短信存儲載體，新短信提示等。系統(tǒng)采用PDU模式，以便手機(jī)可以接收到GR64模塊發(fā)送的漢字。其中，將GR64模塊新短信提示的方式設(shè)置為：AT+CNMI=1，2，2，1表示接收到的短信和狀態(tài)不進(jìn)行存儲，直接通過串口1送入CC2430。
4．4 紅外信號的收發(fā)與存儲
遙控器紅外脈沖碼一般由引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)碼反碼和結(jié)果碼組成。由于各個公司生產(chǎn)的紅外編／解碼芯片采用的編／解碼方式和脈寬周期不同，導(dǎo)致了市場上的各類遙控器的功能互不兼容。為了能擁有各種遙控器的的遙控功能，首先必須要正確地原樣接收并存儲遙控器的紅外脈沖碼，對于某些一鍵雙碼的按鍵，必須進(jìn)行兩次比較確認(rèn)后存儲。其次所有驅(qū)動電路輸出的紅外脈沖碼均來自已保存在存儲器中的紅外脈沖碼基帶信號對38 kHz的載波信號進(jìn)行脈寬調(diào)制產(chǎn)生的。因此利用單片機(jī)CC2430的內(nèi)部定時器T1可以完成紅外脈沖碼的接收采集和調(diào)制輸出，T3用來產(chǎn)生 38 kHz的載波信號。再次，對于沒有紅外接收的設(shè)備可以安裝一個紅外接收頭即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制，既簡單又方便。
5 結(jié)語
目前，智能家居的規(guī)范，設(shè)計(jì)和應(yīng)用正在穩(wěn)步進(jìn)行中。構(gòu)建一個符合家居環(huán)境的分布式、低功耗、運(yùn)行穩(wěn)定的家庭網(wǎng)關(guān)尤其重要。Zig-Bee無線通信協(xié)議的設(shè)備具有低功耗、低成本、低速率、靈活高效等諸多優(yōu)勢，相信在不久的將來，以ZigBee技術(shù)為典型特征的智能家居設(shè)備將進(jìn)入日常生活的方方面面。
本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：以無線射頻芯片CC2430為核心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的家庭網(wǎng)關(guān)可以收發(fā)短信，自學(xué)習(xí)存儲紅外碼，并能夠通過紅外線方式控制設(shè)備，具有控制容量大和功耗低等特點(diǎn)。
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