ZigBee在智能家居無線數(shù)傳中的實現(xiàn)

ZigBee技術是一種最新興起的功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、傳輸距離短、低成本、復雜度低的無線網(wǎng)絡技術，IEEE80211514是它的基礎標準，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)PAN（PersonalAreaNetwork）工作組的一項標準。伴隨著MEMS技術和無線通訊技術、傳感器技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡在工業(yè)控制、軍事生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、教育科研中有了更廣泛的應用。為此，論述了在智能家居中一種架構于CC2430芯片基礎上面的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設計方法。

　　1　ZigBee技術及其優(yōu)勢

　　ZigBee技術是一種新興的無線網(wǎng)絡技術，具備了IEEE80211514強有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點：省電、簡單、成本又低的規(guī)格；并增加了邏輯網(wǎng)絡層、網(wǎng)絡安全層和應用層。ZigBee的主要應用領域包括無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設備控制、遠程網(wǎng)絡控制等場合，其技術的主要優(yōu)點：①數(shù)據(jù)傳輸速率低；②功耗低；③通信可靠性高；④時延短；⑤網(wǎng)絡容量大；⑥數(shù)據(jù)的安全性高。

　　由于無線傳感器網(wǎng)絡本身要求節(jié)點密集、節(jié)能、方便路由等技術特點，可以看出應用ZigBee技術作無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的無線通訊是可行的。

　　2　CC2430芯片簡介

　　CC2430是芯片巨人TI公司收購無線單片機公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee無線單片機系列芯片。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構，在CC2420的基礎上綁定了ZigBee協(xié)議棧，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM和其他一些功能，適用于IEEE80211514和ZigBee應用。在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA.CC2430芯片的主要特點如下：

　?、佥^寬的電壓范圍（210～316V）；

　?、趦?yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時僅019μA的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于016μA的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；

　　③4種可編程功耗模式；可編程的看門狗定時器；上電復位功能；支持硬件調(diào)試功能；

　?、?KB的SRAM,其中4KB可在所有功耗模式下保持數(shù)據(jù)；兼容RoHS的7×7mmQLP封裝；

　?、?2MHz單指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE80211514標準214GHz頻段的RF無線電收發(fā)機；

　?、藜闪?4位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC;集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個強大的、支持幾組協(xié)議的USART,以及1個符合IEEE80211514規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器。

　　3　總體硬件設計

　　智能家居安防中的紅外檢測設計與實現(xiàn)主要要求檢測屋里是否有人入侵，無論是潛伏里面的或是剛進入的，能把報警信息反饋到主人跟物管處，方便主人無論是白天或晚上外出，能知道家里情況。檢測只能在屋里進行，排除屋外的檢測，造成報警干擾。故檢測部分選用紅外，其優(yōu)點為：

　?、偬綔y器只響應紅外線，故白天、黑夜均可以工作；

　?、谀荑b別出運動的生物與其他非生物；

　?、勰芤苑墙佑|形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺?/p>

　?、苡稣系K物通訊中斷。

　　其中無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊構成。處理器模塊和無線通信模塊采用CC2430芯片，大大地簡化了射頻電路的設計。

　　傳感器模塊采用集成紅外線探測傳感器PD632和微功率運算放大器HT9274集成電路。電源模塊采用兩節(jié)115V的5號電池供電。在設計中CC2430的引腳P115用于SCK,P111用于DATA輸入，P112用于數(shù)據(jù)傳送時亮燈顯示。

　　4　程序設計

　　系統(tǒng)的軟件架構由數(shù)據(jù)采集端軟件和數(shù)據(jù)接收端的軟件組成，都包含有發(fā)射程序和接收程序。其中都含有初始化的程序。其中初始化的程序主要是對單片機射頻芯片SPI等進行初始化設置；發(fā)射程序?qū)⒋虬臄?shù)據(jù)包通過單片機的SPI接口送至射頻發(fā)生模塊輸出；接收程序完成終端采集數(shù)據(jù)的接收并做出相應的處理。其中數(shù)據(jù)采集軟件流程圖如圖1所示。在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸過程中，MCU微控制器首先初始化管理跟信道的選擇，低功耗定時器運行準備接收信號，等待傳感器請求信號，假如請求合法，則初始化采集數(shù)據(jù)，采集完畢后通過CC2430發(fā)送，完成數(shù)據(jù)采集功能。

　　下面給出數(shù)據(jù)采集主程序。

　　5　結語

　　在總結歸納對芯片CC2430已有研究設計的基礎上，闡述了基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點硬件和軟件的設計與實現(xiàn)。經(jīng)實驗測試，節(jié)點能夠采集紅外的檢測數(shù)據(jù)并將采集的數(shù)據(jù)傳回主機，實現(xiàn)智能家居中的紅外報警信號的收發(fā)。本文的研究為進一步的安防系統(tǒng)設計提供了一種設計方案。

　　通過努力，一個功能更加完善，并且基于ZigBee技術的智能家居安防系統(tǒng)將會得到應用。