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1、 課程設(shè)計(jì)說明書 題目名稱 基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 部： 計(jì)算機(jī)工程系 專業(yè)班級(jí)： 通信13-1班 學(xué)生： 鄺鑫鑫 學(xué) 號(hào)： 2013232020 指導(dǎo)教師： 德群 完成日期：2015年12月31日 某工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)評(píng)定意見 設(shè)計(jì)題目 基于ZigBe

2、e的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 部 計(jì)算機(jī)工程系 專業(yè)班級(jí) 通信13-1班 學(xué)生 鄺鑫鑫 學(xué)生學(xué)號(hào) 201323200 評(píng)定意見： 評(píng)定成績(jī)： 指導(dǎo)教師〔簽名〕： 年 月 日 〔此頁背書〕 評(píng)定意見參考提綱： 1、學(xué)生完成的工作量與容是否符合任務(wù)書的要求。 2、學(xué)生的勤勉態(tài)度。 3、設(shè)計(jì)或說明書的優(yōu)缺點(diǎn)，包括：學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度、實(shí)踐工作能力、表現(xiàn)出的創(chuàng)造性和綜合應(yīng)用能力等。

3、 某工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2015-2016學(xué)年 1 學(xué)期 2015年12月7日 專業(yè) 通信技術(shù) 班級(jí) 13-1 課程名稱 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 設(shè)計(jì)題目 基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 指導(dǎo)教師 德群 起止時(shí)間 2015.12.7- 2016.1.8 周數(shù) 5 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 路校區(qū)2號(hào)機(jī)房 設(shè)計(jì)目的： 理解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)； 學(xué)習(xí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法。 設(shè)計(jì)任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)： 設(shè)計(jì)一個(gè)模擬智能家居

4、系統(tǒng)，將溫度、濕度、光敏、煤氣和火焰等5個(gè)傳感器分別與5個(gè)ZigBee模塊相連接，構(gòu)成一個(gè)自組織無線網(wǎng)絡(luò)，并將各傳感器數(shù)據(jù)會(huì)聚至協(xié)調(diào)器模塊，再通過無線網(wǎng)關(guān)平臺(tái)遠(yuǎn)距離傳輸至互聯(lián)網(wǎng)。 設(shè)計(jì)進(jìn)度與要求： 第一周：熟悉傳感器、個(gè)ZigBee模塊以及網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的軟硬件組成體系，開發(fā)環(huán)境等； 第二周：了解傳感器、個(gè)ZigBee模塊以及網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的配置方法，并組成WSN; 第三周：完善設(shè)計(jì)方案，并撰寫說明書； 第四周：修改說明書; 第五周：辯論 主要參考書及參考資料： [1]無線龍.ZiBee無線網(wǎng)絡(luò)原理.冶金工業(yè) [2]鐘永鋒、永俊.ZiBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò).郵電大學(xué) [3]遜學(xué)、湛、王

5、成.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域應(yīng)用與設(shè)計(jì)技術(shù).國(guó)防工業(yè) 教研室主任〔簽名〕系〔部〕主任〔簽名〕 目錄 摘要 隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，實(shí)現(xiàn)家庭信息化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今智能家居系統(tǒng)開展的新趨勢(shì)。智能家居系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代化生活方式，是未來居住模式的必然開展趨勢(shì)。因此，智能家居系統(tǒng)逐漸成為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。 本文針對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)通過對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)分析、比照和研究，采用星狀網(wǎng)絡(luò)組建智能家居網(wǎng)絡(luò)，對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。利用CC2430的ZigBee模塊與各種傳感器設(shè)計(jì)了一種低本錢、高靈活性、通用的ZigBee無線智能家居網(wǎng)絡(luò)控制，并最后完成了實(shí)

6、現(xiàn)。 主要容如下：采用Zigbee技術(shù)，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信機(jī)理。以及設(shè)計(jì)微處理器控制模塊，通信模塊、檢測(cè)模塊等硬件。 關(guān)鍵詞：ZigBee；智能家居；無線網(wǎng)絡(luò)；CC2430 第一章前言 1.1 智能家居簡(jiǎn)介 智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居-系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案平安防技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居平安性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境[1]。 智能家居是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實(shí)施智能家居系統(tǒng)的過

7、程就稱為智能家居集成。由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，不管哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來完成所需的信號(hào)傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。平安防技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。自動(dòng)控制技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在智能家居控制中心、家居設(shè)備自動(dòng)控制模塊中，對(duì)于家庭能源的科學(xué)管理、家庭設(shè)備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，表達(dá)在音視頻

8、集中分配、背景音樂、家庭影院等方面，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世界產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一[2]。 通俗地說，它是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)。智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比方，通過家觸摸屏、無線遙控器、、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與平安。 1.2 智能家居系統(tǒng)組成 智能家居系統(tǒng)包含的主要子系統(tǒng)有：家居布線系統(tǒng)、家

9、庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能家居〔中央〕控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)〔如TVC平板音響〕、家庭影院與、多媒體系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)等八大系統(tǒng)。其中，智能家居〔中央〕控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)是必備系統(tǒng)，家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、家庭影院與多媒體系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)為可選系統(tǒng)。在智能家居環(huán)境的認(rèn)定上，只有完整地安裝了所有的必備系統(tǒng)，并且至少選裝了一種及以上的可選系統(tǒng)的智能家居才能稱為智能家居[3]。 1、家居布線系統(tǒng) 對(duì)于一個(gè)智能住宅需要有一個(gè)能支持語音、數(shù)據(jù)、多媒體、家庭自動(dòng)化、保安等多種應(yīng)用的布線系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也就是智能化住宅布線系統(tǒng)

10、。 2、家庭安防系統(tǒng) 家庭安防系統(tǒng)包括如下幾個(gè)方面的容：門磁開關(guān)、緊急求助、煙霧檢測(cè)報(bào)警、燃?xì)庑孤秷?bào)警、碎玻探測(cè)報(bào)警、紅外微波探測(cè)報(bào)警等。 1.3 智能家居系統(tǒng)的起源和開展 20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，住宅電子化〔HE，Home Electronics〕出現(xiàn)。80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為 一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念〔HA，Home Automation 〕。80年代末，由于通信與信息技術(shù)的開展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進(jìn)展監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為 Smart Home，也就是

11、現(xiàn)在智能家居的原型。智能家居概念的起源甚早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司〔United Techno1ogies Building System〕將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃迪克州〔Conneticut)哈特佛市〔Hartford〕的CityPlaceBuilding時(shí)，才出現(xiàn)了首棟的“智能型建筑〞,從此也揭開了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。 1979年，美國(guó)的斯坦福研究所提出了將家電及電氣設(shè)備的控制線集成在一起的家庭總線〔HOMEBUS〕，并成立了相應(yīng)的研究會(huì)進(jìn)展研究，1983年美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)組織專門機(jī)構(gòu)開場(chǎng)制定家庭電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并于1988

12、年編制了第一個(gè)適用于家庭住宅的電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即：?家庭自動(dòng)化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)?，也有稱之為家庭總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(HBS，Home Bus System)。在其制定的設(shè)計(jì)規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)中，智能住宅的電氣設(shè)計(jì)要求必須滿足以下三個(gè)條件，即： 　　 1、具有家庭總線系統(tǒng)； 　　 2、通過家庭總線系統(tǒng)提供各種效勞功能； 　 3、能和住宅以外的外部世界相連接。 物聯(lián)傳感技術(shù)是全球第一個(gè)利用物聯(lián)網(wǎng)來控制燈飾及電子電器產(chǎn)品〔我們現(xiàn)在通稱為ZigBee產(chǎn)品〕，并將其作為智能家居主流產(chǎn)品走向了商業(yè)化。ZigBee最初預(yù)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括消費(fèi)電子、能源管理、衛(wèi)生保健、家庭自動(dòng)化、建筑自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興

13、起，ZigBee又獲得了新的應(yīng)用時(shí)機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的最根底最核心最廣泛的單元細(xì)胞，而ZigBee能夠在數(shù)千個(gè)微小的傳感傳動(dòng)單元之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它的通信效率非常高。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴(kuò)容，易使用，易維護(hù)、便于快速大規(guī)模部署等特點(diǎn)順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)開展的要求和趨勢(shì)。目前來看，物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)在智能家居、工業(yè)監(jiān)測(cè)和安康保健等方面的應(yīng)用有很大的融合性。 1.4 智能家居系統(tǒng)的國(guó)外開展新趨勢(shì) 隨著智能家居的迅猛開展，越來越多

14、的家居開場(chǎng)引進(jìn)智能化系統(tǒng)和設(shè)備。智能化系統(tǒng)涵蓋的容也從單純的方式向多種方式相結(jié)合的方向開展。但較之于歐美興旺國(guó)家，我國(guó)的我國(guó)智能家居系統(tǒng)起步稍晚，所以目前市場(chǎng)主流的產(chǎn)品〔系統(tǒng)〕還無法很好地解決產(chǎn)品本身與市場(chǎng)需求的矛盾，使得智能家居市場(chǎng)的僵冰還沒有被完全打破，所以很大程度上阻礙了智能家居產(chǎn)業(yè)的開展。在此情形之下，從產(chǎn)品〔系統(tǒng)〕的技術(shù)角度上看什么才是解決這個(gè)難題的方法？據(jù)市場(chǎng)調(diào)研顯示，只有智能家居交互平臺(tái)才是最好的手段之一。智能家居交互平臺(tái)是一個(gè)具有交互能力平臺(tái)，并且通過平臺(tái)能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息、容、控制在不同的子系統(tǒng)中進(jìn)展交互、交換[4]。它具有如下特點(diǎn)： 1、每個(gè)子系統(tǒng)都可以脫離

15、交互平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行 智能家居交互平臺(tái)中，各個(gè)子系統(tǒng)在脫離交互平臺(tái)時(shí)能夠獨(dú)立運(yùn)行，如果樓寓對(duì)講、家庭報(bào)警、各種電器控制、門禁、家庭娛樂等等。個(gè)子系統(tǒng)在交互平臺(tái)管理下運(yùn)行，平臺(tái)能采集各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。 2、不同品牌的產(chǎn)品、不同的控制傳輸協(xié)議能通過這個(gè)平臺(tái)進(jìn)展交互 由于有了交互平臺(tái)，不同子系統(tǒng)在交戶平臺(tái)的統(tǒng)一管理下，可以協(xié)同工作和運(yùn)行數(shù)據(jù)額交換、共享，給用戶最大限度的選擇權(quán)，充分表達(dá)智能家居的個(gè)性化。同時(shí)，它還具有網(wǎng)關(guān)的功能，通過交互平臺(tái)，能與廣域網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理。具有多種主流的控制接口，如RS485、RS232、TCP、IP等，同時(shí)可以擴(kuò)大添加國(guó)外流行的控制接口，如

16、EIB、lonwork、CE-bus、Canbus，以及無線網(wǎng)絡(luò)如：WiFi、GPRS、藍(lán)牙等。根據(jù)客戶及市場(chǎng)的變化不斷增加各種總線、系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軟件和硬件接口，豐富多樣的通訊、控制接口，為子系統(tǒng)的多樣選擇提供的根底保障，智能家居有了最大限度包容性，用戶有了更大的選擇余地。 3、智能終端〔觸摸屏〕僅做為各子系統(tǒng)的顯示、操作界面 整個(gè)系統(tǒng)在平臺(tái)的控制、管理下運(yùn)行，智能終端〔觸摸屏〕僅做為各子系統(tǒng)的顯示、操作界面，多智能終端配置容易可行。同時(shí)，可以記錄各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、為系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、自學(xué)習(xí)提供依據(jù)。交互平臺(tái)，平臺(tái)可以記錄存儲(chǔ)各系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行可以提供有效的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)歷

17、史的運(yùn)行數(shù)據(jù)，總結(jié)出主人的使用習(xí)慣和某種規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)。 4、控制軟件可編程〔DIY〕，提供信息效勞 此系統(tǒng)方便用戶改變控制邏輯、控制方式、操作界面，用戶的控制邏輯、操作界面可以自定義、可以DIY。在現(xiàn)代的智能家居系統(tǒng)中，信息效勞是非常重要的不可或缺的局部，有了信息效勞，它給智能家居更多的“智慧〞、給我們的生活提供更多的信息和資訊、給智能家居賦予更生動(dòng)的生命，它是智能家居更高的境界。信息效勞容包括：安康、烹飪、交通信息、生活常識(shí)、嬰幼兒哺育、兒童教育、日常購物、社區(qū)信息、家居控制專家等等，智能家居已不僅僅是面向控制的系統(tǒng)而是信息效勞與控制有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)。 5、多種控制手段 在日

18、常家居生活中，為了使我們對(duì)家庭的控制系統(tǒng)能隨時(shí)掌控、需要的信息隨時(shí)獲取，操作終端的形式非常重要，多種形式的智能操作終端是必不可少如：智能遙控器、移動(dòng)觸摸屏、電腦、手機(jī)、PDA等。 智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日?；顒?dòng)節(jié)約不必要的能耗。隨著科技的提高，經(jīng)濟(jì)的開展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)家居環(huán)境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心局部——智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要[5]。 1.5 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 所謂無線網(wǎng)絡(luò)，既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離無線連接進(jìn)展優(yōu)化的紅外線技術(shù)及射頻技術(shù)，與有線網(wǎng)絡(luò)的

19、用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術(shù)取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡(luò)互為備份[6]。無線技術(shù)也分不同種類，通常以產(chǎn)生無線信號(hào)的方式來區(qū)分，目前主要的方式有調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)和藍(lán)牙無線技術(shù)三種，其本錢和特點(diǎn)也不盡一樣。廣泛應(yīng)用于音響鍵鼠等各項(xiàng)容，有很好的開展前景。 1.5.1無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn) 常見標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種： IEEE 802.11a ：使用5GHz頻段，傳輸速度54Mbps，與802.11b不兼容。 IEEE 802.11b ：使用2.4GHz頻段，傳輸速度11Mbps ?！　? IEEE 802.11g ：使用2.4GHz頻段，傳輸速度主要有54Mbps

20、、108Mbps，可向下兼容802.11b ?！　? IEEE 802.11n草案：使用2.4GHz頻段，傳輸速度可達(dá)300Mbps，目前標(biāo)準(zhǔn)尚為草案，但產(chǎn)品已層出不窮。 目前IEEE 802.11b最常用，但I(xiàn)EEE 802.11g更具下一代標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)力，802.11n也在快速開展中。 IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)含有確保訪問控制和加密的兩個(gè)局部，這兩個(gè)局部必須在無線LAN中的每個(gè)設(shè)備上配置。擁有成百上千臺(tái)無線LAN用戶的公司需要可靠的平安解決方案，可以從一個(gè)控制中心進(jìn)展有效的管理。缺乏集中的平安控制是無線LAN只在一些相對(duì)較的小公司和特定應(yīng)用中得到使用的根本原因。 IEEE 802.1

21、1b標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種機(jī)理來提供無線LAN的訪問控制和：效勞配置標(biāo)識(shí)符〔SSID〕和有線等效〔WEP〕。還有一種加密的機(jī)制是通過透明運(yùn)行在無線LAN上的虛擬專網(wǎng)〔VPN〕來進(jìn)展的。 SSID ，無線LAN中經(jīng)常用到的一個(gè)特性是稱為SSID的命名編號(hào)，它提供低級(jí)別上的訪問控制。SSID通常是無線LAN子系統(tǒng)中設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)名稱；它用于在本地分割子系統(tǒng)。 　　 WEP ，IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種稱為有線等效〔或稱為WEP〕的可選加密方案，提供了確保無線LAN數(shù)據(jù)流的機(jī)制。WEP利用一個(gè)對(duì)稱的方案，在數(shù)據(jù)的加密和解密過程中使用一樣的密鑰和算法[7]。 1.6ZigBee技術(shù) ZigBe

22、e技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低本錢的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反響時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。 1.6.1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介 　蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會(huì)通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡(jiǎn)單傳達(dá)信息的方式。借此意義ZigBee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。在此之前ZigBee也被稱為“HomeRF Lite〞、“RF- EasyLink〞或“fireFly〞無線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為ZigBee[8]。 簡(jiǎn)單的說，Z

23、igBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)圍，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè)ZigB

24、ee“基站〞卻不到1000元人民幣。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)展數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的圍，和多個(gè)不承當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接。 1.6.2ZigBee協(xié)議棧各層構(gòu)造 Zig Bee協(xié)議棧各層的主要功能模塊主要包括PHY層功能、MAC層功能、NWK層功能、APS子層功能，應(yīng)用框架AF(APhcationFram，ork)功能及各類應(yīng)用對(duì)象。PDU (ProtocolDataUnit)表示協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 PHY 層

25、 主要通過無線信道進(jìn)展收發(fā)數(shù)據(jù)包PPDU (PHYProtcoloDataUin)t，以及檢測(cè)接收包的鏈路質(zhì)量LQI(Link　alitylndication)值，信道選擇，信道能量檢測(cè)ED(Energy　Detect)和空閑信道評(píng)估CCA (Clear　ChannelAssessment)。 AMC 層 對(duì)從即DU中提取的淤DU進(jìn)展進(jìn)一步的處理，同時(shí)，還提供AMC層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，ED、ACTIVE和ORPN三種掃描機(jī)制，和關(guān)聯(lián)/退出關(guān)聯(lián)功能。AMC層的ED掃描調(diào)用PHY層的ED檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。 NwK層 負(fù)責(zé)NPDU收發(fā)，組網(wǎng)管理及信息路由的實(shí)現(xiàn)。其中組網(wǎng)管理主要包括網(wǎng)絡(luò)建立、地址分配、

26、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)及節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)。信息路由那么包括路徑發(fā)現(xiàn)、路徑維護(hù)、信息單播及信息播送[9]。 1.6.3ZigBee的技術(shù)特點(diǎn) ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的圍,但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)： 1、低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)

27、達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。 2、本錢低：ZigBee模塊的初始本錢在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低本錢對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 3、時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms, 活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用。 4、網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型構(gòu)造的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備， 一個(gè)區(qū)域可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò), 而且

28、網(wǎng)絡(luò)組成靈活。 5、可靠：采取了碰撞防止策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方確實(shí)認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)展重發(fā)。 6、平安：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其平安屬性。 1.6.4ZigBee聯(lián)盟及標(biāo)準(zhǔn)制定 ZigBee聯(lián)盟是一個(gè)高速成長(zhǎng)的非盈利業(yè)界組織，成員包括國(guó)際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4，

29、具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過參加無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場(chǎng)。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用ZigBee這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、可靠、廉價(jià)又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。ZigBee聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、平安和應(yīng)用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測(cè)試規(guī)格；在世界各地推廣ZigBee品牌并爭(zhēng)取市場(chǎng)的關(guān)注，管理技術(shù)的開展。 ZigBee聯(lián)盟對(duì)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已

30、在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會(huì)陸續(xù)發(fā)布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞，而且IEEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)展了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的根本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器那么可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目那么沒有限制。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了平安層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)

31、被其它節(jié)點(diǎn)獲得。 ZigBee聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、平安和應(yīng)用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測(cè)試規(guī)格；在世界各地推廣ZigBee品牌并爭(zhēng)取市場(chǎng)的關(guān)注，管理技術(shù)的開展[10]。 1.7 課題研究的目的和意義 1.7.1課題目的 智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、平安防技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居平安性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境?；谥悄芗揖拥淖钚露x，參考ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的本系統(tǒng)，在包含了智能家居必備系統(tǒng)(智能家居(中央)控制管理系統(tǒng)、家

32、居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng))的根底上，參加了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。在智能家居的認(rèn)定上，只有完整地安裝了所有的必備系統(tǒng)，并且至少選裝了一種及以上的可選系統(tǒng)的家居系統(tǒng)才能稱為智能家居。 1.7.2課題意義 智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備〔如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電〕通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起的，自從美國(guó)在1984 真正的智能建筑出現(xiàn)以來，國(guó)外已經(jīng)有將近30 年的研究歷史，而國(guó)在這方面的研究相對(duì)較晚，從2003年才逐步應(yīng)用于高端市場(chǎng)，而且標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于智能家居系統(tǒng)具有平安、方便、高效、快捷、智能化和

33、個(gè)性化的獨(dú)特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建立成為21 世紀(jì)科技開展的必然趨勢(shì)。隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢(shì)非常明顯，因此具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。 1.7.3研究主要容 根本問題： 〔1〕報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 〔2〕智能光控?zé)艟吣K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 〔3〕智能溫控空調(diào)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 重點(diǎn)注意： 軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。 1.8 本章小結(jié) 首先對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)展了簡(jiǎn)要概述，包括智能家居的定義和國(guó)外智能家居系統(tǒng)的開展，接著對(duì)智能家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)展了介紹，對(duì)于智能家居系統(tǒng)來說，采用無線網(wǎng)絡(luò)不僅為家居智能化提供靈活簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，省去了浪費(fèi)在布線上

34、的人力和物力，并且更符合家庭網(wǎng)絡(luò)通訊的特點(diǎn)。 第二章智能家居系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在盡可能保持統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下，針對(duì)各種信號(hào)類型選擇適宜的總線或者無線技術(shù)并設(shè)計(jì)主控器已成為智能家居建立的首要問題。 在有線方式中，各類傳感器和控制器的連接通過總線，它的優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化各功能單元的設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)就是布線多，構(gòu)造復(fù)雜，也存在總線協(xié)議設(shè)計(jì)選擇的問題。 針對(duì)智能家居中采用有線方式存在的問題，本文提出了一種采用ZigBee無線通信技術(shù)的新型智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)中的檢測(cè)、中央處理、控制等各個(gè)模塊。 2.1.1 智能家居系統(tǒng)的

35、組成 系統(tǒng)主要由智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，即主節(jié)點(diǎn)，與智能家居設(shè)備相連的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，即分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)房間放置的充當(dāng)路由器的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，功能控制驅(qū)動(dòng)模塊和相應(yīng)的家具設(shè)備構(gòu)成。組成框圖如圖2-1所示。 圖2-1智能家居系統(tǒng)的組成 2.1.2 方案實(shí)現(xiàn)的過程 本文任務(wù)提出的功能控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與各種家居設(shè)備的接口。并為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其與相應(yīng)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)進(jìn)展通信，智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)房間放置的充當(dāng)路由器功能的分節(jié)點(diǎn)和智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器主節(jié)點(diǎn)組成ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器包括一個(gè)ZigBee無線

36、收發(fā)模塊，與各個(gè)設(shè)備、節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)展通信。此方案的設(shè)計(jì)靈活性好，擴(kuò)展性好。 系統(tǒng)的工作流程是：首先智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器〔主節(jié)點(diǎn)〕建立ZigBee智能網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器〔分節(jié)點(diǎn)〕隨后參加該網(wǎng)絡(luò)，他們共同組成一個(gè)星狀的ZigBee無限家居網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)需要對(duì)某一個(gè)家具設(shè)備進(jìn)展控制或者檢測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)找到與該家具設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的路由器，路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)，分節(jié)點(diǎn)收到信息后，切入功能驅(qū)動(dòng)模塊，功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)展相應(yīng)的操作，從而完成智能家居的控制。 2.1.3ZigBee節(jié)點(diǎn)類型 ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含三種類型的節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器ZC(ZigB

37、eeCoordinator)、路由器ZR(ZigBee Route)和終端設(shè)備ZE(ZigBeeEnd Deviee)，其中協(xié)調(diào)器和路由器均為全功能設(shè)備(FFD)，而終端設(shè)備選用精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)。 協(xié)調(diào)器：一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)PAN(Personal Area Network)有且僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等，需要最多的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力； 路由器：主要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能。擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，即作為網(wǎng)絡(luò)中的潛在父節(jié)點(diǎn)，允許更多的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。路由節(jié)點(diǎn)只有在樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在； 終端設(shè)備：不具備成為父節(jié)點(diǎn)或路由器的能力，

38、一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通訊，具體的信息路由那么全部交由其父節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成[11]。 2.1.4ZigBee的拓?fù)錁?gòu)造 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)支持星狀網(wǎng)(Star Network)，樹狀網(wǎng)(Cluster tree Network)和網(wǎng)狀網(wǎng)(Mesh Network)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造。 星形網(wǎng)(Star)是由一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)組成的。ZigBee協(xié)調(diào)器必須是FFD，它位于網(wǎng)絡(luò)的中心，負(fù)責(zé)發(fā)起建立和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn)(終端節(jié)點(diǎn))一般為RFD，也可以為FFD，它們分布在Z

39、igBee協(xié)調(diào)器的覆蓋圍，直接與ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)展通信。星形網(wǎng)的控制和同步都比擬簡(jiǎn)單，通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的場(chǎng)合。 樹狀網(wǎng)絡(luò)(Cluster-tree)由一個(gè)協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)星狀構(gòu)造連接而成，枝干末端的葉子節(jié)點(diǎn)一般為RFD，設(shè)備除了能與自己的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)進(jìn)展點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接通訊外，其他只能通過樹狀路由完成數(shù)據(jù)和控制信息的傳輸。協(xié)調(diào)器比網(wǎng)絡(luò)中的其它路由器具有更強(qiáng)人的處理能力和存儲(chǔ)空間。樹狀網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋圍較大，但隨著覆蓋圍的增加，信息的傳輸時(shí)延也會(huì)增大。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Mesh網(wǎng))一般是由假設(shè)干個(gè)FFD連接在一起組成骨干網(wǎng)，它們之間是完全的對(duì)等通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與它的無線

40、通信圍的其它節(jié)點(diǎn)通信，即允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點(diǎn)直接互連，但它們中也有一個(gè)會(huì)被推薦為ZigBee協(xié)調(diào)器。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是樹狀網(wǎng)絡(luò)根底上實(shí)現(xiàn)的，與樹狀網(wǎng)絡(luò)不同的是，它是由路由器中的路由表配合來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀路由的。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有“自恢復(fù)〞能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，那么存在另一條或多條路徑可供選擇，但正是由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在多條路徑，它也是一種“高冗余〞的網(wǎng)絡(luò)。該拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是減少了消息延時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺點(diǎn)是需要更多的存儲(chǔ)空間開銷[12]。 2.2 設(shè)計(jì)方案的總體分析 本著模塊化的設(shè)計(jì)思想，本文提到的設(shè)計(jì)方案被分為三個(gè)模塊，即中央控制模

41、塊、信息檢測(cè)模塊，以及家電控制模塊。 2.2.1 中央控制器CC2430 基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能家居的設(shè)計(jì)，我們選擇了技術(shù)成熟、低耗高能的ZigBee技術(shù)組建無線網(wǎng)絡(luò)，硬件上面，我們選擇了被廣泛應(yīng)用于ZigBee模塊的控制芯片CC2430。圖2-2為CC2430的最小系統(tǒng)原理圖。 圖2-2 CC2430最小系統(tǒng)原理圖 CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為根底的2.4GHz ISM波段應(yīng)用，及對(duì)低本錢，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器

42、。CC2430的設(shè)計(jì)結(jié)合了8Kbyte的RAM及強(qiáng)大的外圍模塊，并且有3種不同的版本，他們是根據(jù)不同的閃存空間32，64和128kByte來優(yōu)化復(fù)雜度與本錢的組合。 2.2.2 信號(hào)檢測(cè)模塊 信號(hào)檢測(cè)模塊，按照需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)子模塊，即紅外報(bào)警模塊，光照監(jiān)測(cè)模塊以及溫度檢測(cè)模塊。 1、紅外報(bào)警模塊： 一開場(chǎng)的設(shè)計(jì)思路是圍繞著激光技術(shù)來做，鑒于價(jià)格過高，且實(shí)用性不好，放棄了使用激光技術(shù)的想法。后來發(fā)現(xiàn)使用廉價(jià)的紅外線對(duì)管也可以做到，便著手設(shè)計(jì)紅外對(duì)管相關(guān)的紅外檢測(cè)電路。 設(shè)計(jì)的電路原理是沒有物體入侵時(shí)，使用一個(gè)比擬器，檢測(cè)電路送出低電平，輸出端沒有反響。當(dāng)有物體入侵時(shí)，檢測(cè)電路送出

43、高電平，給ZigBee模塊送出信號(hào)。 2、光照檢測(cè)模塊： 與紅外報(bào)警模塊類似，使用一個(gè)比擬器，當(dāng)光線充足的時(shí)候，光敏電阻阻值很小，輸出端送出低電平，當(dāng)光線變暗的時(shí)候，光敏電阻阻值很大，輸出端送出高電平，給ZigBee模塊送出信號(hào)。 3、溫度檢測(cè)模塊： 使用廣泛被采納的DS18B20，溫度傳感器，使得檢測(cè)電路十分簡(jiǎn)單，僅僅由這個(gè)傳感器構(gòu)成即可，監(jiān)測(cè)到的溫度會(huì)時(shí)事發(fā)送數(shù)據(jù)到主控中心。 2.2.3 電源管理模塊 3個(gè)檢測(cè)模塊的供電是5V的直流電源，可以使用電池供電。為了方便，本文設(shè)計(jì)了一塊給檢測(cè)模塊和控制模塊供電的電源管理模塊。 原理主要就是利用變壓器線圈降壓后用橋式電路整流與濾波，從

44、而實(shí)現(xiàn)從交流220V到直流5V，為模塊穩(wěn)壓供電。 2.2.4 控制電路模塊 主控ZigBee模塊處理之后會(huì)送出持續(xù)的高電平，從而帶動(dòng)繼電器工作以到達(dá)弱電控制強(qiáng)電的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)警報(bào)、燈具、空調(diào)的控制。 2.2.5 涉及到的主要芯片的介紹 1、控制芯片CC2430 〔1〕CC2430的尺寸與組成 CC2430的尺寸只有7×7mm 48-pin的封裝，采用具有嵌閃存的0.18µm CMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這可實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器，RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器 整合在同一個(gè)硅晶片上。 針對(duì)協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件的執(zhí)行對(duì)MCU處理能力的要求，CC2430包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051

45、微控制器核，運(yùn)行時(shí)鐘32MHz。由于更快的執(zhí)行時(shí)間和通過除去被浪費(fèi)掉的總線狀態(tài)的方式，使得使用標(biāo)準(zhǔn)8051指令集的CC2430增強(qiáng)型8051核，具有8倍的標(biāo)準(zhǔn)8051核的性能。 　　 CC2430包含一個(gè)DMA控制器。8k字節(jié)靜態(tài)RAM，其中的4k字節(jié)是超低功耗SRAM。32k，64k或128k字節(jié)的片F(xiàn)lash塊提供在電路可編程非易失性存儲(chǔ)器。 　　 CC2430集成了4個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè)32MHz晶體振蕩器，一個(gè)16MHz RC-振蕩器，一個(gè)可選的32.768kHz晶體振蕩器和一個(gè)可選的32.768kHz RC 振蕩器。 　　 CC2430也集成了用于用戶自定義應(yīng)用

46、的外設(shè)。一個(gè)AES協(xié)處理器被集成在CC2430，以支持IEEE802.15.4 MAC 平安所需的〔128位關(guān)鍵字〕AES的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。中斷控制器為總共18個(gè)中斷源提供效勞，他們中的每個(gè)中斷都被賦予4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中的某一個(gè)。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部Flash編程。I/O控制器的職責(zé)是21個(gè)一般I/O口的靈活分配和可靠控制。 　　 CC2430包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè)16位MAC定時(shí)器，用以為IEEE802.15.4的CSMA-CA算法提供定時(shí)以及為IEEE802.15.4的MAC層提供定時(shí)。一個(gè)一般的16位和兩個(gè)8位定時(shí)器，支持典型的定時(shí)/計(jì)

47、數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比擬輸出和PWM功能。 　　 CC2430集成的其他外設(shè)有:實(shí)時(shí)時(shí)鐘；上電復(fù)位；8通道，8－14位ADC；可編程看門狗；兩個(gè)可編程USART，用于主/從SPI或UART操作。為了更好的處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬，CC2430集成了大多數(shù)對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的一系列IEEE802.15.4 MAC協(xié)議，以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。這包括： 　　 * 自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器 　　 * 同步字插入/檢測(cè) 　　 * CRC-16校驗(yàn) 　　 * CCA 　　 * 信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)/數(shù)字RSSI 　 * 連接品質(zhì)指示(LQI) 　 * CSMA/CA 協(xié)處理器 2、CC2430的射頻及模

48、擬收發(fā)器 CC2430的接收器是基于低-中頻構(gòu)造之上的，從天線接收的RF信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器放大并經(jīng)下變頻變?yōu)?MHz的中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)濾波、放大，在通過A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。自動(dòng)增益控制，信道過濾，解調(diào)在數(shù)字域完成以獲得高準(zhǔn)確度及空間利用率。集成的模擬通道濾波器可以使工作在2.4GHz ISM波段的不同系統(tǒng)良好的共存。 　　 在發(fā)射模式下，位映射和調(diào)制是根據(jù)IEEE 802.15.4的規(guī)來完成的。調(diào)制(和擴(kuò)頻)通過數(shù)字方式完成。被調(diào)制的基帶信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器再由單邊帶調(diào)制器進(jìn)展低通濾波和直接上變頻變?yōu)樯漕l信號(hào)。最終，高頻信號(hào)經(jīng)過片功率放大器放大以到達(dá)可設(shè)計(jì)的水平。 　　 射頻的

49、輸入輸出端口是獨(dú)立的，他們分享兩個(gè)普通的PIN引腳。CC2430不需要外部TX/RX開關(guān)，其開關(guān)已集成在芯片部。芯片至天線之間電路的構(gòu)架是由平衡/非平衡器與少量低價(jià)電容與電感所組成?？商娲?，一個(gè)平衡式天線，如對(duì)折式偶極天線也是可以實(shí)現(xiàn)上述功能的。集成在部的頻率合成器可去除對(duì)環(huán)路濾波器和外部被動(dòng)式壓控振蕩器的需要。晶片置的偏壓可變電容壓控振蕩器工作在一倍本地振蕩頻率圍，另搭配了二分頻電路，以提供四相本地振蕩信號(hào)給上、下變頻綜合混頻器使用。 3、芯片主要特點(diǎn)： CC2430 芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、存和微控制器。它使用1個(gè)8位M

50、CU〔8051〕，具有128KB 可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器〔Timer〕、AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器〔Watchdog timer〕、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路(Brown out detection)，以及21個(gè)可編程I/O引腳。 　　 CC2430 芯片采用0.18μm CMOS工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。 　　 ◆ 高性能和低功耗

51、的8051微控制器核。 　　 ◆ 集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4 GHz的 RF無線電收發(fā)機(jī)。 　　 ◆ 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。 　　 ◆ 在休眠模式時(shí)僅0.9μA 的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng);在待機(jī)模式時(shí)少于0.6μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。 　　 ◆ 硬件支持CSMA/CA功能。 　　 ◆ 較寬的電壓圍〔2.0～3.6V〕。 　　 ◆ 數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能。 　　 ◆ 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。 　　 ◆ 集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC。 　　 ◆ 集成 AES 平安協(xié)處理器。 　　 ◆ 帶有 2個(gè)

52、強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE802.15.4規(guī)的MAC計(jì)時(shí)器，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。 　　 ◆ 強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。 4、CC2430的引腳與I/O端口 CC2430 芯片采用7 mm×7mm QLP 封裝,共有48 個(gè)引腳。全部引腳可分為I/O 端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。 I/O 端口線引腳功能： CC2430有21個(gè)可編程的I/O口引腳，P0、P1口是完全的8 位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。通過軟件設(shè)定一組SFR存放器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I/O口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART 部件的外圍設(shè)備I/O 口

53、使用。I/O 口有下面的關(guān)鍵特性： ◆ 可設(shè)置為通常的I/O口，也可設(shè)置為外圍I/O 口使用。 　　 ◆ 在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。 　 ◆ 全部 21個(gè)數(shù)字I/O口引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。如果需要外部設(shè)備，可對(duì)I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來喚醒休眠模式。1～6〔P1_2～ P1_7〕： 具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。8，9〔P1_0，P1_1〕：有 20 mA 的驅(qū)動(dòng)能力。11～18 腳〔P0_0 ～P0_7〕： 具有 4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。43，44，45，46，48 腳〔P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0〕：具有4 mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力

54、。 電源線引腳功能： 7腳〔DVDD〕：為 I/O提供2.0～3.6V工作電壓。 20腳〔AVDD_SOC〕：為模擬電路連接2.0～3.6V的電壓。 23腳〔AVDD_RREG〕：為模擬電路連接2.0～3.6V的電壓。 　　 24腳〔RREG_OUT〕：為 25，27～31，35～40引腳端口提供1.8V的穩(wěn)定電壓。 　　 25腳 (AVDD_IF1 )：為接收器波段濾波器、模擬測(cè)試模塊和VGA的第一局部電路提供1.8 V 電壓。 　　 27腳〔AVDD_CHP〕：為環(huán)狀濾波器的第一局部電路和充電泵提供1.8V電壓。 　　 28腳〔VCO_GUARD〕：VCO 屏蔽電路的報(bào)警

55、連接端口。 29腳〔AVDD_VCO〕:為VCO 和PLL環(huán)濾波器最后局部電路提供1.8V電壓。 　 30腳〔AVDD_PRE〕:為預(yù)定標(biāo)器、Div 2和LO緩沖器提供1.8V的電壓。 　　 31腳〔AVDD_RF1〕：LNA、前置偏置電路和PA 提供1.8 V 的電壓。 　　 33腳〔TXRX_SWITCH〕:為PA提供調(diào)整電壓。 　　 35腳〔AVDD_SW〕:為L(zhǎng)NA/PA 交換電路提供1.8 V 電壓。 　　 36腳〔AVDD_RF2〕: 為接收和發(fā)射混頻器提供1.8 V 電壓。 37腳〔AVDD_IF2〕:為低通濾波器和VGA 的最后局部電路提供1.8 V 電壓。 　　

56、 38腳〔AVDD_ADC〕:為ADC 和DAC 的模擬電路局部提供1.8 V 電壓。 　　 39腳〔DVDD_ADC〕:為ADC 的數(shù)字電路局部提供1.8 V 電壓。 　　 40腳〔AVDD_DGUARD〕:為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。 　　 41腳〔AVDD_DREG〕:向電壓調(diào)節(jié)器核心提供2.0～3.6 V 電壓。 　　 42腳〔DCOUPL〕：提供1.8 V 的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用。 　　 47腳〔DVDD〕：I/O 端口提供2.0～3.6 V 的電壓。 　　 控制線引腳功能 ：　 10腳〔RESET_N〕:復(fù)位引腳，低電平有效。 　　 19腳〔XOSC_

57、Q2〕: 32 MHz 的晶振引腳2。 　　 21腳〔XOSC_Q1〕:32 MHz 的晶振引腳1，或外部時(shí)鐘輸入引腳。 　　 22腳〔RBIAS1〕:為參考電流提供準(zhǔn)確的偏置電阻。 　　 26腳〔RBIAS2〕:提供準(zhǔn)確電阻，3 kΩ，±1%?！　? 32腳〔RF_P〕:在RX 期間向LNA輸入正向射頻信號(hào)；在TX期間接收來自PA的輸入正向射頻信號(hào)。 　　 34腳〔RF_N〕:在RX 期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在TX期間接收來自PA的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。 　　 43腳(P2_4/XOSC_Q2):32.768 kHz XOSC的2.3端口。 　　 44腳(P2_4/XOSC_Q

58、1):32.768 kHz XOSC的2.4端口[13]。 2、溫度傳感器DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，干凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域[14]。 特點(diǎn)： 1、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處

59、理器與DS18B20的雙向通訊。 　　 2、測(cè)溫圍 －55℃～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。 　　 3、多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 　　 4、作電源: 3~5V/DC。 5、在使用中不需要任何外圍元件?！　? 6、測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送?！　? 7、不銹鋼保護(hù)管直徑Φ6?！　? 8、適用于DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫?！　? 9、標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1，M12X1.5，G1/2任選?！　? 10、V

60、C電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。 圖2-3 DS18B20 溫度傳感器封裝圖 DS18B20工作原理： DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820一樣，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器

61、1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度存放器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開場(chǎng)對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停頓溫度存放器值的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表： DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和構(gòu)造存放器。如表2-1所示。 表2-1DS18B20溫度傳感器數(shù)據(jù)表

62、 3、集成放大器LM324 LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+〞、“-〞為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+〞、“V-〞為正、負(fù)電源端，“Vo〞為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-〔-〕為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+〔+〕為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端

63、的相位一樣[15]。 LM324的特點(diǎn) 1、短路保護(hù)輸出?！　? 2、真差動(dòng)輸入級(jí)?！　? 3、可單電源工作：3V-32V?！? 4、低偏置電流：最大100nA?！? 5、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。 　　 6、具有部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?　　 7、共模圍擴(kuò)展到負(fù)電源?！　? 8、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列?！? 9、輸入端具有靜電保護(hù)功能這個(gè)是最常用的運(yùn)算放大器1，2，3腳是一組5，6，7腳是一組，8，9，10腳是一組，12，13，14腳是一組，剩下的兩個(gè)腳是電源，1，7，8，14是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。 至于使用地方，那就是你需要比擬器和運(yùn)算放大器的所有地方你都可以用，我們提到的設(shè)計(jì)

64、就是把它當(dāng)做簡(jiǎn)單的比擬器來使用。構(gòu)造引腳如圖2-4所示。 圖2-4LM324構(gòu)造引腳圖 2.3 本章小結(jié) 針對(duì)智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)和開展趨勢(shì)，本章首先介紹了系統(tǒng)組成，并對(duì)系統(tǒng)各個(gè)局部進(jìn)展了簡(jiǎn)要的介紹，隨后給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原那么。接著主要對(duì)基于Zigbee的智能家居網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展了研究，介紹了Zigbee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型以及目前三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造。最后給出了硬件局部的設(shè)計(jì)思路，并且分析了所用到的主要芯片。 第三章硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)包括了上文提到的信息檢測(cè)模塊、家居控制模塊和電源管理模塊，以搭配ZigBee模塊舉起智能家居的硬件網(wǎng)絡(luò)，并要有硬件方面單獨(dú)的檢測(cè)。 3.1 硬件

65、原理圖 3.1.1 紅外檢測(cè)模塊 原理圖如圖3-1所示。 圖3-1紅外檢測(cè)電路原理圖 工作原理： 　　如圖3-2所示，當(dāng)紅外對(duì)管發(fā)射并接收紅外線的時(shí)候，電路接通，比擬器＋端相當(dāng)于直接接地，即0V電壓，－端輸出為調(diào)整好的２.５V電壓，故比擬器OUT端輸出低電平。當(dāng)有物體阻隔紅外線的時(shí)候，紅外對(duì)管的接收管阻隔斷開，比擬器＋端接入VCC，即５V電壓，故比擬器OUT端輸出高電平，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。接入ZigBee紅外檢測(cè)模塊的P1.4口。 實(shí)物圖如圖3-2所示。 圖3-2紅外檢測(cè)模塊實(shí)物圖 3.1.2 光照檢測(cè)模塊 原理圖如圖3-3所示。 圖3-3光照檢測(cè)電路原理圖

66、工作原理： 　　光敏電阻在有光照的情況下，呈現(xiàn)極小的的電阻，可以看做沒有電阻。電路在白天工作的時(shí)候，光照在光敏電阻上，如下圖比擬器的－端的電壓會(huì)是５V，而＋端顯示固定的2.5V，故比擬器輸出低電平。當(dāng)電路在黑暗的情況下工作時(shí)，與上面相反，－端的電壓這個(gè)時(shí)候由于光敏電阻的阻值近似無限大，所以輸出近似0V的電壓，＋端依舊是2.5V，所以電路的OUT端輸出高電平，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。正常工作的時(shí)候是在無光照的情況下產(chǎn)生并發(fā)送一個(gè)高電平。實(shí)物圖如圖3-4所示。 圖3-4光照檢測(cè)模塊實(shí)物圖 3.1.3 溫度檢測(cè)模塊 原理圖如圖3-5所示。 圖3-5溫度檢測(cè)電路原理圖 工作原理： DS18B20作為應(yīng)用很廣的溫度傳感器，設(shè)計(jì)電路的時(shí)候不需要外加其他的元器件，以串行通信的方式將采集到的溫度信息傳送到ZigBee模塊上，接入模塊的P1.1口。實(shí)物圖如圖3-6所示。 圖3-6溫度檢測(cè)模塊實(shí)物圖 3.1.4 電源管理模塊 原理圖如圖3-7所示。 圖3-7 5V電源原理圖 工作原理： 220V的交流電先經(jīng)過線圈的變壓作用，把其轉(zhuǎn)變?yōu)?V左右的交流電，在經(jīng)過橋式整流