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基于ZigBee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡系統(tǒng)

中國視聽網(wǎng)資訊 更新時間:2010-1-14 14:37:08  編輯:溫情  [ ]     手機訪問

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基于ZigBee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡系統(tǒng)(1)


  在智能家居系統(tǒng)中,將無線網(wǎng)絡技術(shù)應用于家庭網(wǎng)絡已成為勢不可擋的趨勢。這不僅僅是因為無線網(wǎng)絡可以提供更大的靈活性、流動性,省去花在綜合布線上的費用和精力,而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡的通訊特點。隨著無線網(wǎng)絡技術(shù)的進一步發(fā)展,必將大大促進家庭網(wǎng)絡智能化的進程。

  本文介紹的智能家居無線網(wǎng)絡系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù),它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù),符合IEEE802.15.4協(xié)議,是IEEE工作組專門為家庭短距離通訊制定的新標準。

  1 ZigBee技術(shù)簡介

  ZigBee技術(shù)的主要優(yōu)點有:(1)省電:兩節(jié)五號電池可使用長達六個月到兩年左右的時間;(2)可靠;采用了碰撞避免機制;(3)成本低;(4)時延短;(5)網(wǎng)絡容量大;(6)安全:ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,加密算法采用AES-128,各種應用可以靈活確定其安全屬性。

  ZigBee技術(shù)的特點完全符合家庭網(wǎng)絡通訊的需要,因此選擇ZigBee技術(shù)構(gòu)建智能家居無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。

  2 智能家居無線網(wǎng)絡系統(tǒng)

  本系統(tǒng)以家庭為單位進行設(shè)計安裝,每個家庭都安裝一個家庭網(wǎng)關(guān)、若干個無線通訊ZigBee子節(jié)能模塊。在家庭網(wǎng)關(guān)和每個子節(jié)點上都接有一個HeliLink無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊(符號ZigBee技術(shù)標準的產(chǎn)品),通過這些無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊,數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)和子節(jié)點之間進行傳送。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

  下面介紹各部分的結(jié)構(gòu)及功能。

  家庭網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)及功能為:

  (1)采用ARM構(gòu)架的32位嵌入式RISC處理器和.uClinux操作系統(tǒng);

  (2)通過門鎖進行自動設(shè)防/解防;

  (3)遇搶劫或疾病,按緊急按鈕,自動向管理中心報警;

  (4)每家每戶配有自己的網(wǎng)頁,通過網(wǎng)頁顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況及數(shù)據(jù);

  (5)水、電、氣各表數(shù)據(jù)發(fā)給牧業(yè)管理中心;

  (6)通過以太網(wǎng)與小區(qū)管理中心通訊;

  (7)通過網(wǎng)關(guān)上的無線ZigBee(IEEE802.15.4)模塊與網(wǎng)絡中各子節(jié)點進行通訊。

  ZigBee無線通訊子節(jié)點的功能為:

  (1)兩路脈沖量數(shù)據(jù)采集,可采集水、電、氣三表數(shù)據(jù);

  (2)兩路安防傳感器開關(guān)量數(shù)據(jù)采集,可進行設(shè)防/撤防報警、安防報警(紅外幕簾、門磁、窗磁、玻璃破碎等);

  (3)一路模擬量數(shù)據(jù)采集;

  (4)一路模擬量數(shù)據(jù)輸出;

  (5)一路繼電器觸點輸出;

  (6)通過無線通訊IEEE802.15.4協(xié)議及家庭網(wǎng)關(guān)通訊。

  3 通訊協(xié)議

  3.1 ZigBee協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)

  采用符號ZigBee標準的HeliLink模塊的數(shù)據(jù)幀由數(shù)據(jù)模式、目標地址、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進制數(shù)):

  “數(shù)據(jù)模式”占用一個字節(jié)!澳繕说刂贰北硎緮(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)要發(fā)送的目標位置(網(wǎng)絡中的節(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)進行的校驗,采用字節(jié)逐位異或的方式實現(xiàn)!靶r灪汀币舱紦(jù)一個字節(jié)。

  3.2 無線網(wǎng)絡通訊協(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。

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