劉陽

【摘要】 作為一種新型的無線短距離通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)不僅具有較低的速率，還具有超低的功率，因而十分適合用于進行家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，因而同我國智能化家居現(xiàn)狀具有高度的匹配性。因此，本文重點就其在我國智能化家居中的應(yīng)用及實現(xiàn)進行了研究。

【關(guān)鍵詞】 ZigBee技術(shù) 智能化家居 應(yīng)用

隨著我國通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，無線短距離通信技術(shù)已成為該領(lǐng)域中熱點之一。由于ZigBee技術(shù)具有成本低的特點，因而可將管線的設(shè)計、施工、安裝以及維護環(huán)節(jié)的成本都省去。且此技術(shù)采用了成熟的國際標準，因而無論對于進口產(chǎn)品還是國產(chǎn)產(chǎn)品而言，根本不用擔心其會被淘汰及其不可靠性。此外，由于智能化家居系統(tǒng)容量較大，因此有需要時還可以進行進一步的擴展及修改，因而ZigBee技術(shù)同我國智能化家居現(xiàn)狀具有高度的匹配性。

一、基于ZigBee技術(shù)的智能化家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計系統(tǒng)主要包括了紅外遙控解碼及控制模塊、人機交互界面、ZigBee模塊以及以太網(wǎng)-串口模塊等。其中，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)是由包括臺燈、墻壁燈、電視、吸頂燈、窗簾、音響、空調(diào)、燈光以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所構(gòu)成。系統(tǒng)的處理流程如下：由CC2430進行網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的組建，電器開關(guān)狀態(tài)可通過網(wǎng)絡(luò)進行自由傳輸，再通過協(xié)調(diào)器送入網(wǎng)關(guān)，通過以太網(wǎng)可使遠程用戶的界面端對家中的電器情況進行真實的反映。紅外遙控解碼及控制模塊主要通過紅外遙控器進行脈沖的發(fā)送、解碼，并進行響應(yīng)，控制端針對遠程用戶所發(fā)出的控制命令可經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)進行判斷及響應(yīng)，從而對家中電器進行開閉選擇。

二、系統(tǒng)硬件的設(shè)計

對于紅外遙控解碼及控制模塊而言，其首先針對命令進行遙控器的解碼及操作，系統(tǒng)選用的是SAA3010T型的紅外遙控器，因而可分析脈沖碼字中的起始碼、系統(tǒng)碼、控制碼以及數(shù)據(jù)碼等，并對具體的鍵值以及開關(guān)動作進行確定。電器開關(guān)的控制通過AT89S51單片機P1.0口進行固態(tài)繼電器開關(guān)的控制而實現(xiàn)的，對于客廳吊燈而言，則采用單片機的延時實現(xiàn)對燈光的調(diào)節(jié)。

對于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)而言，所使用的ZigBee芯片為CC2430，其可以滿足2.4GHz波段對于低成本及功耗等方面的要求。系統(tǒng)通過八個節(jié)點與一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器實現(xiàn)了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

以太網(wǎng)—串口模塊采用的是16位微處理器MC9S12NE64芯片，其可以兼容第三方TCP/IP 協(xié)議棧，因此實現(xiàn)了單芯片以太網(wǎng)的終端節(jié)點。此芯片內(nèi)置有以太網(wǎng)的媒體訪問控制器、片內(nèi)內(nèi)存存儲器以及以太網(wǎng)物理層，因而實現(xiàn)了以太網(wǎng)的低層通信過程，片內(nèi)具有8K RAM，因而確保了OpenTCP具有足夠的空間得以實現(xiàn)，因而編程后極易實現(xiàn)數(shù)據(jù)在太網(wǎng)同串口間的轉(zhuǎn)換。

三、OpenTCP與ZigBee協(xié)議的實現(xiàn)

系統(tǒng)采用效率較高的OpenTCP協(xié)議棧來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，此協(xié)議層次包括物理層、網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層及應(yīng)用層五層，實現(xiàn)了以太網(wǎng)同串口間數(shù)據(jù)的傳輸，并刪去了應(yīng)用層部分，僅留下了通信所需協(xié)議，例如 ARP、TCP以及IP三大協(xié)議等，因而大大簡化了此協(xié)議及其總體開銷。而ZigBee協(xié)議棧主要包括了物理層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入控制層以及應(yīng)用層等，核心在于網(wǎng)絡(luò)層，其可實現(xiàn)節(jié)點的加入，并通過路由進行數(shù)據(jù)的查找和傳送，并對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息進行實時掌握，以便對網(wǎng)絡(luò)信息庫進行維護。

四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計

對于MC9S12NE64而言，其程序的設(shè)計流程如下：上電后先進行初始化并處于連接等待的狀態(tài)中，若此時將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包送至交互工具時會導(dǎo)致以太網(wǎng)接收發(fā)生一次中斷。通過NE64調(diào)用協(xié)議棧進行解包，并將數(shù)據(jù)通過SCI送至串口，若其接收到了串口的數(shù)據(jù)時，NE64會先進行協(xié)議棧的調(diào)用，以便對數(shù)據(jù)進行打包，而后再將數(shù)據(jù)送至以太網(wǎng)的緩沖區(qū)中。

對于人機交互界面而言，其設(shè)計目標即實現(xiàn)用戶家中電氣的遠程及家中控制，可將電器狀態(tài)真實地反映于遠程用戶的界面之上。對于用戶的界面而言，其主要負責進行UDP或IP數(shù)據(jù)包的接收及發(fā)送，以便有效實現(xiàn)以太網(wǎng)間的通信過程，從而對家中電氣進行控制。界面設(shè)計語言為Visual Basic編程語言，其可借助于Winsock控件來實現(xiàn)Socket套接字同Internet之間的通信，此外，界面中還設(shè)置了遙控、時間、調(diào)光以及設(shè)置密碼等多種功能。

五、結(jié)論

本文所設(shè)計系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)家庭內(nèi)部以及遠程通信過程，系統(tǒng)設(shè)計過程科學(xué)合理，且便于進一步擴展，價格也十分低廉，因而是一種十分有效的解決方案，具有一定的應(yīng)用價值。

參 考 文 獻

[1] 韓雙雙，陳萬忠，劉富. 基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的針灸穴位識別與訓(xùn)練系統(tǒng)[J]. 應(yīng)用科技，2010（7）：34-38.

[2] 葛曉宇，王慶輝，魏立峰. ZigBee技術(shù)及其在礦山中的應(yīng)用[J]. 微計算機信息，2012（5）：44-45.