劉 軍

(湛江幼兒師范專(zhuān)科學(xué)校,廣東 湛江 524084)

1 ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)綜述

ZigBee的名字來(lái)源于蜜蜂傳輸信息的方式，是一種新興的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]，ZigBee模塊類(lèi)似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基站，通信距離為數(shù)十米至數(shù)百米，支持無(wú)線擴(kuò)展，是無(wú)線設(shè)備之間的一種通信方式[2]，它介于藍(lán)牙和無(wú)線標(biāo)記之間，用于無(wú)線模塊和模塊之間通信[3]。

ZigBee有一套標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，在構(gòu)建無(wú)線局域網(wǎng)時(shí)，用于傳感器的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)控，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就叫做無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[4]，其優(yōu)點(diǎn)是大規(guī)模組網(wǎng)能力和低功耗，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率不大，它主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸(包括典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù))[5]，本文主要介紹一種基于Zigbee的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)工作原理

圖1 系統(tǒng)工作原理

這個(gè)系統(tǒng)由電腦或手機(jī)的控制端、ZigBee協(xié)調(diào)器模塊(已連接WiFi模塊)、路由器模塊、終端節(jié)點(diǎn)模塊和用戶設(shè)備這幾個(gè)部分組成。其原理為系統(tǒng)初始化時(shí)，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊在信道上創(chuàng)建PANID為0xFF00的網(wǎng)絡(luò)，ZigBee路由器模塊和終端節(jié)點(diǎn)紛紛加進(jìn)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在加入網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，路由器模塊和終端節(jié)點(diǎn)模塊會(huì)把自己的64位MAC地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器，讓協(xié)調(diào)器給它們分配屬于這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的16位短地址。

3 系統(tǒng)硬件組成框圖

圖2 系統(tǒng)硬件組成框圖

系統(tǒng)硬件中，WiFi模塊的型號(hào)為ESP8266，負(fù)責(zé)將ZigBee協(xié)調(diào)器模塊與電腦或手機(jī)控制端相連接，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊、電燈節(jié)點(diǎn)、溫濕度節(jié)點(diǎn)和風(fēng)扇節(jié)點(diǎn)由基于CC2530芯片的ZigBee無(wú)線模塊組成，電燈節(jié)點(diǎn)和風(fēng)扇節(jié)點(diǎn)通過(guò)繼電器分別連接電燈模塊和風(fēng)扇模塊，溫濕度節(jié)點(diǎn)與溫濕度傳感器相連接。

4 CC2530最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本研究的硬件平臺(tái)以TI公司給出的最小系統(tǒng)參考電路為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最小系統(tǒng)中的去耦電容C401和偏置電阻R301是非常重要的，如果這兩部分出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致CC2530無(wú)法正常工作。如果要通過(guò)仿真器給芯片燒寫(xiě)固件，需要連接的接口有5個(gè)：VCC、GND、P2_1、P2_2和RESET_N。

圖3 CC2530最小系統(tǒng)參考電路

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)主程序流程圖

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

該系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4所示。解析控制命令和ZigBee協(xié)調(diào)器模塊通過(guò)射頻接收模塊接收并切換ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)傳感器信息，ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)繼電器控制電氣設(shè)備的功。

5.2 ZigBee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)

ZigBee協(xié)調(diào)器模塊程序流程圖如圖5所示。開(kāi)機(jī)后，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊開(kāi)始創(chuàng)建PAN并允許其他ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)ZigBee協(xié)調(diào)器模塊從串口讀取到LED電燈、FAN風(fēng)扇等命令時(shí)，串口中斷函數(shù)會(huì)對(duì)這些命令進(jìn)行解析和判斷，然后把控制命令發(fā)送出去。由于電燈節(jié)點(diǎn)、風(fēng)扇節(jié)點(diǎn)、溫濕度計(jì)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)和ZigBee無(wú)線模塊綁定在一起了，并且每一個(gè)ZigBee無(wú)線模塊上的CC2530芯片的64位MAC地址是固定且已知的，而16位網(wǎng)絡(luò)地址是隨機(jī)的，所以ZigBee協(xié)調(diào)器模塊將控制命令解析后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的判斷后就能知道控制命令要發(fā)送給哪個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊，如LED等電燈控制命令會(huì)發(fā)送給電燈節(jié)點(diǎn)模塊、FAN等風(fēng)扇控制命令會(huì)發(fā)送給風(fēng)扇節(jié)點(diǎn)模塊。

圖5 ZigBee協(xié)調(diào)器模塊程序流程圖

6 結(jié)束語(yǔ)

基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)在硬件和軟件系統(tǒng)相結(jié)合的環(huán)境下，可以方便地對(duì)家電進(jìn)行控制和對(duì)安防預(yù)警，系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，滿足用戶的需求，有利于提升基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)在實(shí)際中的推廣應(yīng)用，具有積極作用和價(jià)值意義。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便，說(shuō)明ZigBee這種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適合應(yīng)用在智能家居領(lǐng)域上，具有可推廣性。