基于ZigBee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
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3 通訊協(xié)議
3.1 ZigBee協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)
采用符號ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的HeliLink模塊的數(shù)據(jù)幀由數(shù)據(jù)模式、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)信息與校驗和五部分構(gòu)成，格式如下（數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)都是16進(jìn)制數(shù)）:
“數(shù)據(jù)模式”占用一個字節(jié)?！澳繕?biāo)地址”表示數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)要發(fā)送的目標(biāo)位置（網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點號），它占用一個字節(jié)?！皵?shù)據(jù)長度”表示數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中從“數(shù)據(jù)1”到“數(shù)據(jù)n”所占據(jù)的字節(jié)數(shù)，它也占據(jù)了一個字節(jié)?！皵?shù)據(jù)信息”表示用戶要通過UART0傳送的命令或者有效數(shù)據(jù)，占據(jù)的字節(jié)數(shù)由“數(shù)據(jù)長度”決定?！靶ｒ灪汀笔菍Y(jié)構(gòu)中的全部數(shù)據(jù)（校驗和字節(jié)除外）進(jìn)行的校驗，采用字節(jié)逐位異或的方式實現(xiàn)。“校驗和”也占據(jù)一個字節(jié)。
3．2 無線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu)
家庭網(wǎng)關(guān)通訊協(xié)議幀結(jié)構(gòu)是建立在ZigBee協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的，相當(dāng)于底層協(xié)議中的數(shù)據(jù)場部分。所以幀結(jié)構(gòu)由節(jié)點號、功能編碼、數(shù)據(jù)信息三部分組成，如下所示：
節(jié)點號字段數(shù)據(jù)長度為1字節(jié)，其中低四位為數(shù)據(jù)采集功能編號，高四位為子節(jié)點號，如下所示：
功能編碼分為三個部分：方向位、數(shù)據(jù)類型和功能類型。其格式為：
方向位：
根據(jù)主節(jié)點作為通訊發(fā)送者還是接收者，本系統(tǒng)功能可分為兩大類：上行和下行。方向位即決定了這一點。
數(shù)據(jù)類型：
數(shù)據(jù)信息與功能編碼關(guān)系十分密切，根據(jù)功能不同，數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的內(nèi)容含義不同；根據(jù)數(shù)據(jù)長度不同，數(shù)據(jù)類型也不同。
功能類型：
每一個功能類型對應(yīng)一種系統(tǒng)功能。通過解析功能類型編碼可得到系統(tǒng)功能，對于下行幀，子節(jié)點得到主節(jié)點通知其執(zhí)行的命令和需要的數(shù)據(jù)；對于上行幀，主節(jié)點得到子節(jié)點返回的信息、數(shù)據(jù)和命令執(zhí)行的情況。
數(shù)據(jù)信息存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息長度可根據(jù)功能編碼中的數(shù)據(jù)類型而定。
4 無線節(jié)點硬件設(shè)計
由于無線節(jié)點使用電池供電，且需要安裝在三表或電器內(nèi)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。無線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(shè)計成為子節(jié)點設(shè)計的重點和難點。
無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件組成如圖2所示，采用TI公司的16位單片機(jī)MSP430F1232作為處理器，采用符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的Heililink無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊建立無線通訊，采用RAMTRON公司的鐵電存儲器FM24LC16存儲數(shù)據(jù)，開關(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，通過采用TI公司的電荷泵IPS60210將電壓穩(wěn)定至3.3V。無線子節(jié)點通過查詢八位撥碼開關(guān)確定其功能，可以實現(xiàn)兩路脈沖量的計數(shù)、兩路開關(guān)量的輸入、兩路開關(guān)量的輸出、一路模擬量的輸入、一路模擬量的輸出、電池電量采集無線通訊等功能。
4．1 處理器
處理器采用TI公司的16位單片機(jī)MSP430F1232。該單片機(jī)突出的特點是可以實現(xiàn)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對時鐘的控制實現(xiàn)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(tǒng)。片內(nèi)FLASH ROM用于存儲應(yīng)用程序、通訊協(xié)議；UART接口連接無線通信模塊；10位A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電池電壓檢測、模擬量輸入；內(nèi)部16位定時計數(shù)器實現(xiàn)PWM輸出，經(jīng)低通濾波后，再由放大器放大，實現(xiàn)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現(xiàn)數(shù)字量和脈沖量的輸入、輸出以及撥碼開關(guān)狀態(tài)的輸入。
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