基于Zigbee的智能家居系统毕业设计方案.doc

学 号_______ ___

henhuangmahenshuang

重庆化工职业学院
毕 业 论 文

课 题： 基于Zigbee智能家居系统设计

学生姓名： 文玉彬

系 别： 机械与自动化工程系

专业班级： 过控1301

指引教师： 郭旭
二 ○ 一 六 年

目 录

摘 要 III
Abstract IV
第一章 绪论 - 1 -
1.1本课题背景和意义 - 1 -
1.2国内外智能家居发展概况 - 1 -
1.2.1 国外智能家居发展概况 - 1 -
1.2.2 国内智能家居发展概况 - 1 -
1.3智能家居系统组网技术 - 2 -
1.4智能家居系统设计需要解决问题 - 3 -
第二章 ZigBee 技术研究 - 4 -
2.1 ZigBee技术简介 - 4 -
2.2 ZigBee合同构成 - 4 -
2.3 ZigBee网络配备 - 5 -
2.4 Zigbee技术特点 - 7 -
第三章 智能家居系统总体设计方案 - 8 -
3.1智能家居系统需求分析 - 8 -
3.2智能家居系统功能描述 - 8 -
3.3智能家居系统构造 - 8 -
第四章 系统硬件设计 - 10 -
4.1 ZigBee通信模块硬件设计. - 10 -
第五章 系统软件设计 - 12 -
5.1 ZigBee网络设备软件 - 12 -
5.2Zigbee绑定机制引入 - 15 -
5.3智能家居管理界面设计 - 15 -
第六章 总结与展望. - 17 -
参照文献 - 18 -

插图清单
图2-1 Zigbee合同总体架构 4
图2-2 Zigbee三种网络拓扑构造 7
图3-1智能家居系统构造图 9
图4-1网络协调器硬件构造图 10
图4-2终端设备构造图 11
图5-1 Zigbee网络协调器软件流程 13
图5-2路由器程序 14
图5-3 ZigBee终端节点程序流程图 15
图5-4智能管理界面与zigbee网络数据交互流程 16

基于Zigbee智能家居系统设计
摘 要
随着人们生活水平不断提高,对生活环境规定也越来高.如何改进家居环境,使其更加安全、舒服,这是摆在工程师面前一大难题.在这个背景下,智能家居理念早年在国外已被率先提出,并且也有诸多知名建筑设计采用了这一理念.该理念核心就是运用计算机技术、通信技术等等某些先进技术来改进家居环境,使家居生活能更舒服便利.因智能家居在国内引入时间较短,因此国内智能家居应用水平与国外尚有较大差距,但不可否认智能家居技术在国内尚有大发展前程,当前所缺少是成熟产品和配套解决方案以及纯熟技术技。
本文重要完毕了如下工作：
1、简介了智能家居系统国内外发呈现状以及系统所采用通信方式,通过对比,选定了ZigBee无线通信方式作为本智能家居系统设计通信方式。
2、ZigBee技术简介了其来源,对ZigBee研究。
3、对ZigBee网络各种设备涉及路由器和终端设备硬件电路进行了设计。
4、对智能家居系统中所需要各种传感器及其配套调理电路、控制电路进行了设计。
5、对智能家居系统中详细功能简介。

核心词：智能家居；Zigbee；通信技术；无线网络技术

Abstract
With the increasing living standard，people’s requirement to the environment is becoming more and more higher，especially home environment. How to improve home environment and make it more comfortable and safer is a big problem for engineers. Under this backgroud ，Smart Home was raised firstly in some foreign countries few years ago，and some famous building has adopted this idea . The core of this idea is to use computer technology and communication technology to improve home environment and make it more convenient and more comfortable. In our country，this idea was introduced recently，so the application technology has a gap compared with some foreign countries. But we can’t deny that it has a big development space in our country. At the moment what we are short of is mature products and form a complete set of solutions.
This paper mainly completed the following work：
1.Recommend the development of Smart Home system present situation at home and abroad and means of communication it has adopted ,by comparing with so many methods,we chose zigbee wireless communication way as Smart Home way of communication
2.Describe zigbee technology in detail，introduce its origin and research it
3.Design zigbee all sorts of equipment including routers and terminal equipment of the hardware 
4.Design all kinds of sensors and their matching regulate circuit control circuit what smart home need
5.Introduce the function of Smart Home

Keywords：Smart Home;Zigbee；communication technology;wireless network technology

第一章 绪论
1.1本课题背景和意义
所谓智能家居系统是指运用先进计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活关于各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，使得居家生活变得更加舒服、安全。智能家居提供了全方位信息互换功能，协助家庭与外部时刻保持着信息交流，优化了人们生活方式，增强了家居生活安全性，以及可以节约各种能源费用资金。
智能家居又称为智能住宅， 在国外惯用Smart Home 表达。与智能家居含义相似有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Buigylding）等。
1.2国内外智能家居发展概况
1.2.1 国外智能家居发展概况
智能家居使用是计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭生活中各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起。国外智能家居发展得从1984年美国康乃迪克州哈特佛市首创智能建筑说起，至此后来，某些大大小小科技比较发达先进国家也陆陆续续加入到智能家居这个行列当中，并且诸如美国、瑞典、新加坡、英国等国智能家居发展较好。在新加坡国家她们系统已近相称完善，详细说它能实现电表、水表、燃气表抄送，自动报警，可视通话、网络监控，电气智能化控制，智能接线盒宽带网络接入和系统软件配备等，智能家居控制系统、智能家居家电系统、智能家居舒服系统、智能家居娱乐系统、智能家居节能系统等等应有具备。在日本，除了室内家庭已经实现自动化网络，但同步也实现了自动门生物特性辨认系统，这个系统设计比较人性化，虽然咱们双手提有东西不以便腾出手但只要门口摄像机确认个人身份之后，门在设定短时间内就能打开。此外，家居智能化还使用了医学有关设计，便于人随时关注个人健康状况，在卫生间便器垫圈上咱们插有血压计，尚有在便器内很巧妙设计了血糖检测装置，在厕所内洗手池前咱们也可以安装体重仪，这些系统仪器不需要太多额外操作，完全实现以便实用，这些仪器测试成果都能在一种显示屏上显示，固然得到数据也都是能保存，不得不说智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通讯、讯息家电、设备自动化，集系统、构造、服务、管理为一体高效、舒服、安全、便利、环保居住环境。
1.2.2 国内智能家居发展概况
智能家居系统在国内研究起步较晚，但也创造了诸多不同原则，下面是代表当前某些智能家居系统：
（1）科龙集团开发“智能家居系统网络”，由科龙集团开发“智能家居系统网络”，由家庭网关，电表控制器，安全控制，家电控制器，光总线控制器和家庭构成。通过远程互联网，可以远程控制家里设备；您也可以用电视机遥控器来控制开关灯，在不同季节，空调，冰箱及其控制办法也将随着时间变化发生变化以及其她自适应特性。
（2）海信智能家居控制系统：曾经提出智能家居享你所想标语，它们将所有家用电器，像灯光、窗帘、空调、电视等等，都可以通过手机或是平板电脑来操作，完全智能化。在德国消费电子展（IFA）上，海信以智能家居理念，携旗下智能电视、冰箱、空调等产品亮相，海信展台以智能家居理念搭建，智能电视、智能冰箱等家电产品构成了家庭智能控制系统。其中SMART TV作为智能家居最重要构成某些，不但体现出了智能电视在影音娱乐方面应用，更重要是其智能互动某些应用更为广泛。
（3）清华同方e家数字家庭：这是一种以家庭为基本技术和楼宇自动化技术，清华同方与有关联网络，计算机，软件技术，为中华人民共和国家庭和社区提供了全方位数字服务产品。e家数字家庭涉及三个层次，家庭自动化，智能化社区，社区信息，其目是为了使人们生活和工作网络化。
（4）“卓越3000”家用电器智能控制：方正“卓越3000”可以涉及电视机，录像机，VCD，摄像机，空调和其他家用电器，涉及所有控制电路，智能集中管理，提高了家电效率，使其联系在一起，并家庭有效运用成为顾客“家电主管”。
从消费者角度来看， 智能家居厂家应当以贴近客户实际需求为导向，以提高系统稳定性为第一追求，为住户提供高效、舒服、安全、便利、环保居住环境。实现智能化还需在家电自动化基本上实现家居网络化，通过芯片对各种记录、鉴别、控制、反馈等过程进行解决，并将这些过程在一种网络平台实现集成，能按人们需求实现远程自动控制。因而，原则版智能家居只需一种遥控器便可实现所有自动化功能。智能化服务于人们居家生活，体现了当前最高和最新科技水平，更全面、更富有人性化。将来家庭将布满了各种数字设备连接无线技术，让每个家庭拥有必要设备，设备可以在互联网上使用无线技术，形成自己独立网络，然后通过遥控器连接到电脑在互联网上，在家里，真正实现家电信息化、网络化。
1.3智能家居系统组网技术
1.3.1 有线通信组网技术
（1）集中布线技术：
需要重新额外布设弱电控制线来发送控制信号以及接受被控设备反馈信号，从而达到对家电生活灯光进行控制目。之前重要应用于楼宇智能化控制。由于是其以独立、有线方式进行信号收发，因此相比较而言信号最稳定，较适合于新建楼宇和社区大范畴控制，当前开始某些用于别墅智能化，但普通布线比较复杂，造价较高，工期较长，因而只合用于房子是新装修顾客。
（2）X10电力载波：
不需要重新布线， 重要运用家庭内既有电力传播，以实现控制信号电器和照明控制和管理，安装，设立比较简朴，许多设备是即插即用，您可以自由匹配产品，依照自己需要，可以不断智能升级功能是比较强大和实用，价格实惠，适合大众消费，技术已经非常成熟，有25近年历史，当前美国已有近1300万家庭顾客，对于新装修家庭户，或者已装修家庭顾客而言，是比较健康，安全和环保智能家居技术，但是国内X10技术由于受限于国内电网杂波比较多，使控制信号传播稳定性得不到保证，以致系统稳定性相对于国外来说比较差。
1.3.2 无线通信组网技术
本文详细研究便是智能家居无线组网技术。无线射频技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本无线通信技术。以无线射频方式进行控制信号传播，实现对家电和灯光控制。不再需要重新布线，安装，设立及调试都是比较以便。随着射频技术发展，射频传播抗干扰能力也越来越强，稳定性越来越高，穿透障碍物性能也越来越好，有逐渐取代老式以有线方式传播控制信号趋势。同步其无需布线优势也使无线智能家居系统成为已装修家庭配备智能家居系统首选。
同步随着ZigBee合同逐渐推广，也是本论文重要讨论。采用2.4GHZ频率、支持ZigBee合同无线智能家居系统已有很大限度Zigbee技术能更好地解决射频传播稳定性较差、抗干扰能力弱问题。同步，由于Zigbee网络可以自动组网，因此控制设备和被控制设备间在使用前无需对码，是Zigbee系统易用性大大增强。同步，其通讯节点可以有路由能力，传播信号可以在有路由功能节点间进行接力式传播，这样大大增长了信号传播距离，增强了信号穿透障碍能力。
1.4智能家居系统设计需要解决问题
从宏观上来讲，事物每个发展阶段都是当时从业人员结识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几种因素共同作用成果。每个阶段都会局限于当时技术水平、市场接受限度等，都会有其无法突破瓶颈和困难。即便智能家居系统在中华人民共和国已发展20近年，且通过这样近年发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。只要产品或技术处在高速发展中，它必然需要不断地去解决某些技术上或者产品上问题。智能家居产品将来会还向节能环保，舒服度方面发展。例如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身功能去调节温度。而智能家居必要结合这些建筑上功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居适应性发展。
对与现阶段智能家居来说，没有专用对讲或智能家居数字解决芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。如果可以较好解决，将来数字对讲将会获得更好应用。而随着中华人民共和国城乡化趋势加剧，大型社区会越来越多，人们对安保注重限度也会日益加强，将来社区各种安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正某些过往虚假概念。只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展将来新技术系统，才干更好地为顾客服务。
除此之外，各家产品兼容性也是一种急需解决问题。当前各厂家产品均采用自家合同，无法较好地做到兼容，而不同品牌可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是此后需突破难点。
第二章 ZigBee 技术研究
2.1 ZigBee技术简介
一方面为人们简介一下什么是ZigBee， ZigBee是1个由可多到65000个无线模块构成一种无线数据传播网络平台，与既有CDMA方式移动通信网络或GSM网络是非常类似，每一种Zigbee网络数据传播模块类似于移动网络中一种基站，在整个网络中，彼此之间可以进行通信范畴内，各网络节点之间距离从原则75米到几百米，甚至几公里。 此外，Zigbee网络还与其她各种现行网络互连。同步，ZigBee是一种短距离，低复杂度，低功耗，低速率，低成本双向无线通信技术，重要用于自动控制和远程控制，可以满足对小型，价格低廉设备无线联网和控制。
ZigBee技术前身是“HoneRFlite”技术， 在12月由IEEE802.15.3工作组制定了其核心合同，并由8月组建Zigbee联盟负责其高层应用、互联互通测试和市场推广。
2.2 ZigBee合同构成
2.2.1ZigBee合同总体构架
ZigBee合同与其她网络通信合同同样采用了分层模型，对各层所实现功能和在整个合同中所起作用做出了明确划分。ZigBee合同套件由高层应用层、应用支持层、网络层、数据链路层和物理层构成。如图2-1所示：

Application Framework
应用层（AF）
Application Support sub layer
应用支持层（APS）
Network Layer
网络层（NWK）
Medium Access Control Layer
数据链路层（MAC）
Physical Layer
物理层（PHY）
图2-1 Zigbee合同总体架构
2.2.2物理层(PHY)规范
物理层是遵循IEEE802.15.4合同，是合同最低层，承担任务是与外界直接互相作用，控制RF收发器工作，采用扩频通信。物理层通过射频固件和硬件提供应MAC层与物理无线信道之间接口，物理层还涉及物理层管理实体（PLME）,以提供调用物理层管理功能管理服务接口，同步PLME还负责维护物理层PAN信息库（PHY PIB）。物理层通过物理层数据服务访问点（PD-SAP）提供物理层数据服务，通过物理层管理实体服务访问点（PLME-SAP）提供物理层管理服务。 物理层数据服务可以简朴概括为如下作用：启动和关闭无线收发信机、能量检测（ED）、链路质量批示（LQI）、空间信道评估（CCA）、信道选取、数据发送和接受。
2.2.3介质传播控制层(MAC)规范
同样遵循IEEE802.15.4合同，重要负责是设备间无线数据链路建立、维护和结束，确认模式数据传播和接受，可以选时隙，实现低延迟传播，各种网络拓扑构造均支持，网络中每个设备有16位地址寻址。MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。前者保证MAC了合同数据单元在物理层数据服务中对的收发，MAC层管理服务维护一种存储MAC子层合同状态有关信息数据库。
MAC子层重要功能如下：
①协调器产生发出网络信标帧。
②其她设备与信标帧同步。
③支持PAN网络关联(Association)和取消关联(Disassociation)操作。
④保证设备安全。
⑤使用CSMA-CA机制访问信道。
⑥支持GTS（Guaranteed Time Slot，时间槽保障）机制。
⑦提供两个对等MAC实体之间可靠连接等。
2.2.4网络层(NWK)规范
网络层在MAC层之间提 提供一种适当接口，通过刺激MAC层动作执行寻址和路由功能。它核心任务涉及：
（1）启动网络和分派网络地址;
（2）移除网络中设备或者添加网络中设备
（3）通过路由，将消息送往目节点；
（4）加密已发送数据；
（5）在网状网络中执行路由寻址并且储存路由表。
2.2.5应用层(APL)规范
应用层用于支持维持器件功能属性，发现该器件工作空间中其她器件工作，依照服务和需求使各种器件之间进行通信，Zigbee应用层中包具有应用程序支持子层，应用程序架构，送往Zigbee装置管控对象和与各厂商定义应用程序对象。此外，Zigbee还定义了应用规格，它是针对各种不同应用情境来定义概略行为蓝图，让特定应用中采用此规格装置之间可以互相操作。
2.3 ZigBee网络配备
2.3.1 IEEE802.15.4定义网络设备
IEEE 802.15工作组是1998年成立，致力于无线个人区域网络（WPAN）物理层和媒体访问子层原则化工作，,zigbee Alliance成立，,zigbee V1.0诞生.它是zigbee第一种规范.但由于推出仓促,存在某些错误，,推出zigbee ,比较完善，底,zigbee PRO推出，zigbee底层技术基于IEEE802.15.4，物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4原则定义LR-WPAN网络具备如下特点：
在不同载波频率下实现了20kbps、40kbps和250kbps三种不同传播速率；支持星型和点对点两种网络拓扑构造；有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一扩展地址；支持冲突避免载波多路侦听技术（carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA）；支持确认（ACK）机制，保证传播可靠性。
IEEE802.15.4提供两种物理层选取868/915MHz和2.4GHz直接序列扩频(DSSS)物理层频段。2.4GHz物理层数据传播速率为250kb/s，868/915MHz物理层数据传播熟虑为20kb/s和40kb/s，2.4GHz物理层传播速率高是由于采用DSSS办法准正交调制技术，而868/915MHz物理层使用每个PPDU数据传播为被最大长为15CHIP序列所扩展简朴DSSS办法。IEEE802.15.4支持各种网络拓扑构造，涉及星形和点-点拓扑，拓扑构造需要依照应用设计需求来定，某些PC外设应用适合星形低延时连接，其她安全面应用适合大面积点-点拓扑构造。
2.3.2 ZigBee定义网络设备
Zigbee，在中华人民共和国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似.是一种新兴短距离无线技术，用于传感控制应用。Zigbee是基于IEEE802.15.4原则低功耗个人区域网合同。依照这个合同规定技术是一种短距离、低功耗无线通信技术。Zigbee这个字，从英语角度来分析，它是由“Zig”和“bee”两个字构成。前者“Zig”中文意思是“之“字形途径，背面一种英文单词“bee”就是蜜蜂意思.Zigbee网络技术，就是模仿蜜蜂通过跳舞来传递信息方式，通过网络节点之间信息互相互传，来将一种信息从一种节点传播到远处此外一种节点。总来说，ZigBee是一种基于IEEE802.15.4低功耗、低传播速率、架构简朴短距离无线通信技术，它在自动控制领域应用正越来越引起业界瞩目。
2.3.3 ZigBee网络拓扑构造
Zigbee网络有三种网络拓扑构造：星型拓扑构造，树状拓扑构造和网状拓扑构造，而IEEE802.15.4中所支持对等构造就是树状构造和网状构造。三种网络拓扑构造如图2-2所示：　　

　星状网络（Star） 树状网络（cluster tree）

协调器
  、、 路由器
终端节点
网络网状（mesh）
图2-2 Zigbee三种网络拓扑构造
2.4 Zigbee技术特点
ZigBee是近年来兴起一种短距离，低功耗，低成本，灵活组网，无线通信技术，合用于数据传播量小，功率有更高规定，网络节点需要更多场合。具备如下特点：
（1）低功耗：由于工作时间比较短、接受和发送信息功能消耗比较低并且多数状况下采用了休眠模式，使得ZigBee节点很省电。
（2）低成本：当前低速率低功率UWB芯片组价格不低于20美元，而ZigBee价格
当前只有几美分，并且ZigBee 合同是不收专利费。
（3）数据传播速率低：ZigBee工作在20～250kbps较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)原始数据吞吐率，满足低速率传播数据应用需求。
（4）时延短：ZigBee 针对时延敏感应用做了改进，通信时延和休眠状态激活时延都很短。
（5）网络容量大：每个Zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说，每个Zigbee设备可以与此外254台设备相连接;
（6）优良网络拓扑能力:ZigBee具备星、树和丛网络构造能力。ZigBee设备事实上具备无线网路自愈能力,能简朴地覆盖辽阔围;
（7）安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同步可以灵活拟定其安全属性;
第三章 智能家居系统总体设计方案
3.1智能家居系统需求分析
智能家居系统采用ZigBee技术以及无线传感网络相结合，智能家居系统对于广大消费者而言必要实用、简朴，在此基本上可以依照个人兴趣进行多样化和个性化，智能家居系统可细分为如下几种分系统：灯光照明系统、门窗控制系统、家电控制系统、安防监控系统、远程控制系统。智能家居可以简朴概括出如下某些特点：
(1) 使用以便： 智能化系统提供远程控制接口，当您外出时，您可以通过电话或互联网查看和控制家里设备。
(2) 信息服务：通过互联网或在任何时间，任何地点获得和互换消息通信网络，它们通过各种形式，从静态文本，图形，到动态音频和视频信息。
(3) 安全性能高：家庭智能家居系统可以实时监控状态，防止火灾，煤气中毒， 防御入侵者并及时报警，有效地保证您居家安全。
(4) 节约成本：智能系统可以帮你自动关闭家中暂时需要耗能设备，减少您生活成本。
当某些设备由于顾客需要而发生位置变化时，那么等同于网络拓扑构造也要进行一定改进。在最开始智能家居网络建设初期规划时就得先考虑到系统自适应性和兼容性，满足家庭网络智能化、自动化规定。如果说网络拓扑构造不得不进行调节时，咱们可以采用自适应调节办法，保证家庭网络正常使用。此外尚有一种状况就是由于业务需要也许要对网络进行升级改造，之因此要升级也无非是为了改进原本某某些缺陷，提供出更适合网络来满足客户需求。
3.2智能家居系统功能描述
智能家居系统旨在实现如下重要功能：
(1)可以控制和相应状态查询，如查询室内和室外温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更以便。
(2)在光线方面咱们可以依照家庭装修环境背景或者顾客其她层次需要，对光线先进行自动调节，指在给顾客带来良好感知度和舒服限度。
(3)制定人机交互界面，这样顾客就可以依照自己需要自行调节各个用电器之间参数，使操作简朴化；
(4)在智能家庭网关Web服务器，网络视频服务器框架，可以通过PC客户端Web进行查看实时状态和远程控制家用设备家庭。网络视频服务器端Web框架，在智能家居网关Web服务器，您可以查看PC和家庭设备远程控制家庭实时状态。
(5)在家庭网关集成3G模块，通过WCDMA网络远程访问
3.3智能家居系统构造
将基于ZigBee 芯片无线网络收发模块嵌入到各种家居设备中去，构成基于。基于ZigBee无线家庭控制网络技术。依照自己需要顾客可以接入或者移除不同设备。 通过这些无线网络收发器模块在各子网络之间数据传播节点，使在家庭内无线设备网络互连，使她们可以协作，自动运营。在设计中既能运用既有无线通信网络也可以通过Internet 网络进行数据传播，如3G 网络，以便顾客可以随时随处接入家庭网络。在家庭网络内网中，只需与一种具备无线接口管理功能ZigBee模块相连，通过开发人机交互界面，便可通过PC或手持终端进行设备控制与状态查询，系统总体架构图如图3-1所示：

温度监测

光线调节

无线接口管理模块
开关控制
家居网关
手机

煤气、烟雾探测

其她zigbee终端节点
视频监控

PC机

PC机

图3-1智能家居系统构造图

本系统重要由三大模块构成：ZigBee技术在家庭内部通过网络构成了一种家庭内部网络设备实现互联互通。 家庭网关在家庭内部网络，互联网或移动网络，使顾客可以远程控制家庭内家用设备或实时监控状况；顾客可以通过一台家用电脑，对智能家居进行现场控制也可以登录智能家居设备网络 进行远程远程控制和监测。

第四章 系统硬件设计
4.1 ZigBee通信模块硬件设计.
4.1.1 CC2430芯片简介
CC2430是芯片巨人TI公司收购无线单片机公司CHIPCON后推出全新概念新一代ZigBee无线单片机系列芯片。CC2430是一款真正符合IEEE802.15.4原则片上SOC ZigBee产品。CC2430是一颗真正系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案可以提高性能并满足以ZigBee为基本2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗规定。它结合一种高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效8051控制器。 CC2430设计结合了8KbyteRAM及强大外围模块，并且有3种不同版本，她们是依照不同闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本组合。CC2430和CC2420射频参数相似，CC2430具备51单片机核；发射功率0dbm；接受敏捷度不大于-110dbm左右；工作频点：2.4ghz；支持zigbee，,合同。
CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1 个8 位MCU（8051），具备128 KB 可编程闪存和8 KBRAM，还包括模仿数字转换器(ADC)、几种定期器（Timer）、AES128 协同解决器、看门狗定期器（Watchdog timer）、32 kHz 晶振休眠模式定期器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown out detection)，以及21 个可编程I/O 引脚。CC2430 芯片采用0.18 μm CMOS 工艺生产；在接受和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA 或25 mA。CC2430 休眠模式和转换到积极模式超短时间特性，特别适合那些规定电池寿命非常长应用。CC2430就是相称于一种增强型8051+zigbee射频模块。
4.1.2 ZigBee网络协调器硬件构造图
网络协调器负责无线网络建立和网络状态管理．网络协调器通过串口与PC机相连，将采集到脉搏信号传播到计算机，以便对脉搏信号进行实时分析；其她无线节点可以连接家用设备，实现对它们控制；将监护信息传播到网络监护服务器。可实现监护信息共享，详细构造如图4-1所示。网络协调器和终端设备一种明显差别在于后者缺少智能家电和信号调制模块，为侦听串口接受中断，在中心协调器硬件平台上扩展了RS232串口。
天线模块
LCD模块
时钟模块

PC机

8051微控制器
RS23串口模块
ZigBe数据传播模块

调试单元
DMA单元

电源模块

图4-1网络协调器硬件构造图
4.1.3 ZigBee终端设备构造设计
智能居家最后一种设备也就是终端设备，它可以直接获取家庭环境第一手数据，并且它是命令执行单元核心。终端设备构造涉及电源模块、8051微控制器、ZigBee数据传播模块、调试模块、调制模块、时钟模块、LCD模块、天线模块等，构造如图4-2 所示。一方面，通过智能传感器单元设备模块内部数据收集家里环境信息终端装置获得通过信号调制模块有用信号，然后与无线模块将信息上传；另一方面，终端可以被连接通过无线数据传播模块接受控制命令，并传达到智能家电模块命令执行单元，执行命令。
天线模块
LCD模块
时钟模块

传感器单元
信号调制

智能家电

ZigBee数据传播模块
8051
微控制器
ADC模块

命令执行单元

调试模块
DMA模块

电源模块

图4-2终端设备构造图
第五章 系统软件设计
5.1 ZigBee网络设备软件
5.1.1 Z-Stack简介
Z-Stack 是TI 公司开发符合ZigBee规范ZigBee合同栈，ZigBee无线网络实现，是建立在ZigBee合同栈基本上，合同栈采用分层构造合同分层目是为了使各层相对独立，每一层都提供某些服务，服务由合同定义，程序员只需关怀与她工作直接有关那些层合同，它们向高层提供服务，并由低层提供服务。TI公司Z-Stack合同栈，其重要特点就是其兼容性，完全支持IEEE 802. 15. 4/ZigBeeCC2430片上系统解决方案。Z-Stack还支持丰富新特性，如无线下载，可通过ZigBee网状网络（Mesh Network）下载节点更新。
5.1.2 ZigBee网络建立
组建一种完整Zigbee网络分为两步：第一步是协调器初始化一种网络；第二步是路由器或终端加入网络。加入网络又有两种办法，一种是子设备通过使用MAC层连接进程加入网络，另一种是子设备通过与一种先前指定父设备直接加入网络。
ZigBee中，只有PAN协调点可以建立一种新ZigBee网络。当ZigBeePAN协调点但愿建立一种新网络时，一方面扫描信道，寻找网络中一种空闲信道来建立新网络。如果找到了适当信道，ZigBee协调点会为新网络选取一种PAN标记符（PAN标记符是用来标记整个网络，因而所选PAN标记符必要在信道中是唯一）。一旦选定了PAN标记符，就阐明已经建立了网络，此后，如果另一种ZigBee协调点扫描该信道，这个网络协调点就会响应并声明它存在。
ZigBee协调点选定了网络地址后，就开始接受新节点加入其网络。当一种节点但愿加入该网络时，它一方面会通过信道扫描来搜索它周边存在网络，如果找到了一种网络，它就会进行关联过程加入网络，只有具备路由功能节点可以容许别节点通过它关联网络。如果网络中一种节点与网络失去联系后想要重新加入网络，它可以进行孤立告知过程重新加入网络。
5.1.3 ZigBee网络协调器程序设计
Zigbee网络采用3种拓扑构造：星型构造，网状型构造和树形构造。从网络配备上看，网络中有三种类型节点：一是Zigbee协调器节点，二是Zigbee路由器节点和最后一种Zigbee终端设备节点。
节点上电

初始化

进入OS

新建网络

成功？
N

修改配备文献
拟定PAN ID、NWK ID
Y

PC显示网络信息

进入无线监控状态

有无信号？

N Y 入网祈求

节点入网程序
数据解决程序

入网成功
PC显示接受数

PC显示节点信息

图5-1 Zigbee网络协调器软件流程
Zigbee协调