GPRS和ZigBee在智能家居安防中的應(yīng)用

引言

　　ZigBee技術(shù)的應(yīng)用方向定位于家庭自動化、樓宇自動化、傳感器應(yīng)用等。該系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用CC2430，它是一顆真正的系統(tǒng)芯片（SoC）COMS解決方案，這種方案能夠提高性能并滿足ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHzISM波段應(yīng)用對低成本和低功耗的要求。也包含一個DSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)核心和一個工業(yè)級小巧高效的8051控制器。無線數(shù)傳模塊采用DL6200模塊，用戶只需要擁有以前所熟悉的串口通信知識就可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

　　1 ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢

　　ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)為以下幾個方面：

　?。?）省電。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此ZigBee技術(shù)可以確保2節(jié)五號電池支持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間。不同的應(yīng)用對應(yīng)的功耗自然是不同的。

　　（2）可靠。ZigBee技術(shù)采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。

　?。?）成本低。模塊價格低廉，且ZigBee協(xié)議是免專利費的。

　　（4）時延短。針對時延敏感的應(yīng)用作了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設(shè)備搜索時延典型值為30ms，休眠激活時延典型值是15ms，活動設(shè)備信道接入時延為15ms。

　?。?）節(jié)點通信設(shè)置易于配置。

　?。?）網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee可以采用星形、網(wǎng)狀、樹狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，而且可以通過任一節(jié)點連接組成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從理論上講，其可連接的節(jié)點多達(dá)64000個。1個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備，1個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

　?。?）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，同時各個應(yīng)用可以靈活地確定其安全屬性。

　?。?）全球通用性和完好的開放性。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使ZigBee設(shè)備間的通信成為輕而易舉的事情。

　　2 CC2430的技術(shù)特點

　　CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個8位MCU（8051），具有128KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）、幾個定時器（Timer）、AES-128協(xié)同處理器、看門狗定時器（Watchdogtimer）、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路（PowerOnReset）、掉電檢測電路（BrownOutDetection），以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA和25mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。

　　3 GPRS數(shù)傳模塊DL6200

　　DL6200模塊的核心硬件是使用世界知名移動通信產(chǎn)品廠商生產(chǎn)的GPRS芯片而設(shè)計生產(chǎn)的，具有很高的可靠性。使用DL6200時，只需要熟悉串口通信知識就可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。不必關(guān)心模塊的射頻電路部分（使用移動運營商的公網(wǎng)）及相關(guān)硬件連接；不必關(guān)心AT指令集，所有與AT響應(yīng)有關(guān)的操作都由DL6200模塊在模塊的內(nèi)部完成；不必關(guān)心TCP/IP協(xié)議及互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識：由于GPRS模塊是基于互連網(wǎng)絡(luò)的通信方式，在使用中就要與INTERNET網(wǎng)絡(luò)打交道，所有與網(wǎng)絡(luò)的信息交換都由DL6200模塊在內(nèi)部自動完成，無需用戶參與；不必用戶單獨擁有一個固定的IP地址；具有格式及透明傳輸兩種傳輸格式；具有一般工作模式和省電工作模式；與各種組態(tài)軟件直接連接無需專用的驅(qū)動程序；支持總線式的被動傳輸數(shù)據(jù)方式。

　　4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

　　4.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

　　系統(tǒng)由外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)兩部分組成。外網(wǎng)是由GPRS數(shù)傳模塊和PC組成，兩者之間可通過TTLRS232RS485傳輸信息，該系統(tǒng)采用上位機電平接口為TTL，如圖1所示。GPRS數(shù)傳模塊的組網(wǎng)如圖2所示。

　　內(nèi)網(wǎng)由PC機和ZigBee無線數(shù)據(jù)通信模塊組成，它們之間通過串口連接。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備三部分組成。協(xié)調(diào)器和路由器稱為全功能設(shè)備FFD，終端設(shè)備稱為精簡功能設(shè)備RFD。由于該系統(tǒng)設(shè)備比較簡單，采用星型組網(wǎng)方式，將窗磁、門磁等看作終端設(shè)備，ZigBee無線模塊為協(xié)調(diào)器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所以不需要路由器。如圖3所示。

　　該系統(tǒng)的控制流程如下：

　　（1）用戶通過外網(wǎng)GSM手機發(fā)送短信命令給GPRS數(shù)傳模塊DL6200，DL6200收到命令后，解釋該命令。解釋完后發(fā)給內(nèi)網(wǎng)中ZigBee無線通信模塊CC2430,由該模塊把命令發(fā)給相應(yīng)的終端設(shè)備，終端設(shè)備收到命令后作出相應(yīng)的的動作。

　　（2）終端設(shè)備收到命令后，一是作出相應(yīng)的動作后向上層作出應(yīng)答，二是把上層需要的數(shù)據(jù)通過CC2430模塊傳送給上層設(shè)備。上層設(shè)備收到終端設(shè)備的信息，通過DL6200以短信的形式發(fā)送到用戶手機上。

　　（3）當(dāng)有中斷響應(yīng)時，如家中有小偷，觸發(fā)了報警設(shè)備，該終端設(shè)備將第一時間向用戶發(fā)送信息，以示報警。

　　4.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　DL6200不需要關(guān)心AT指令集。不需要關(guān)心TCP/IP協(xié)議及互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識，所有與網(wǎng)絡(luò)的信息交換都由DL6200模塊自動完成。與各種組態(tài)軟件直接連接，無需專用的驅(qū)動程序。DL6200的這些特點使得硬件設(shè)計很容易，它的RXD、TDX必須與ZigBee的RX、TX相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

　　4.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　該系統(tǒng)軟件主要通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議操作完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)收發(fā)，包括初始化、發(fā)射和接收程序設(shè)計，以及對報警信號的監(jiān)控、對遠(yuǎn)程控制指令的處理和執(zhí)行等。

　　系統(tǒng)的收發(fā)采用PingPang發(fā)送函數(shù)，程序如下：

　　系統(tǒng)的報警流程圖如圖5所示。

　　5 結(jié)語

　　ZigBee無線模塊具有低功耗、低成本的優(yōu)勢，在滿足人們需求的傳輸速率的情況下，將會在不久的將來普及到各家各戶中。此外，使用無線網(wǎng)絡(luò)省去了重新裝修的負(fù)擔(dān)，采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)隨時可以添加或減少它的節(jié)點，它對網(wǎng)絡(luò)有自組能力。所以，商品的經(jīng)濟(jì)程度以及技術(shù)的容易程度，成為發(fā)展的必然條件。