基于ZigBee的無(wú)線遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

　　通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)和信息家電的飛速發(fā)展，使智能家居網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成為可能。ZigBee以其低成本、低功耗的特性成為了智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前通用的家電遙控系統(tǒng)常用的無(wú)線控制手段有藍(lán)牙、紅外等。藍(lán)牙技術(shù) 復(fù)雜度高，加上成本過(guò)高且不能滿足低功耗的要求，因而在家庭網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域沒(méi)有得到普及；紅外技術(shù)只能在可視范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，對(duì)方向性要求較高，無(wú)法靈活的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)同時(shí)控制多個(gè)終端設(shè)備。本文應(yīng)用ZigBee無(wú)線技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)結(jié)合設(shè)計(jì)的家電無(wú)線遙控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)的獲取各個(gè)終端設(shè)備的狀態(tài)信息，靈活控制ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。

　　1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

　　ZigBee是一組基于IEEE802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 。ZigBee協(xié)議棧由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體訪問(wèn)控制層（MAC）和物理層（PHY）組成。

　　在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，存在兩種不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一種是具有完整功能的設(shè)備，即全功能設(shè)備（FFD），另一種是簡(jiǎn)化功能的設(shè)備，即精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）。在網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)FD通常可以成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或者網(wǎng)絡(luò)路由，也可以作為終端設(shè)備存在于網(wǎng)絡(luò)中，可以同時(shí)和多個(gè)RFD或多個(gè)其他的FFD通信；RFD則不能作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，只能和一個(gè)FFD進(jìn)行通信，功能較FFD簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

　　ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)支持兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜忘c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)都需要一個(gè)FFD協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)功能。本文采用的是星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

　　2 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

　　ZigBee家電無(wú)線遙控系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

　　2.1 ZigBee遙控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)

　　ZigBee遙控器的硬件構(gòu)建如圖2所示。

　　ZigBee無(wú)線遙控器作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，既要接收和處理來(lái)自ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，又要根據(jù)用戶要求控制網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作，所需要處理的數(shù)據(jù)量較大，因而本文采用ARM920T內(nèi)核的嵌入式微處理器s3c241O作為遙控器的核心處理芯片。

　　s3c2410是三星公司推出的一款面向高性價(jià)比、低功耗、體積小、高性能、高集成度的16／32位RIsc嵌入式微處理器。存儲(chǔ)器使用64M的NAND nash和64M的sDRAM。

　　ZigBee無(wú)線收發(fā)芯片采用飛思卡爾公司開發(fā)的符合IEEE8O2.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Mcl3192射頻收發(fā)芯片 。它工作在2.4GHz頻段，支持對(duì)等、星型和樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與Mcu通過(guò)四線sPI接口連接。

　　2.2 終端節(jié)點(diǎn)的硬件實(shí)現(xiàn)

　　遙控系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)是嵌入到家電系統(tǒng)里面的一個(gè)模塊。

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成功后，該模塊負(fù)責(zé)和嵌入式ZigBee遙控器通信，把家電的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遙控器端，并接收來(lái)自遙控器的控制信息，進(jìn)而控制家電調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到用戶的要求。終端節(jié)點(diǎn)的硬件框架如圖3所示。

　　設(shè)備終端節(jié)點(diǎn)的功能是收發(fā)數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制命令，因此，設(shè)備節(jié)點(diǎn)對(duì)硬件平臺(tái)的要求較低，本文采用的終端節(jié)點(diǎn)的中央處理器為Mc9so8G1'60，z唔Bee收發(fā)芯片仍為Mc13192。

　　Mc9S08GT6O 是摩托羅拉一款低功耗、高性能的8位單片機(jī)，工作在40MHz主頻上，通過(guò)sPI總線控制Mc13192。

　　MC9S08GT60集成了60KB F1ash ROM 與4KB RAM，為移植協(xié)議棧提供了足夠的存儲(chǔ)空間。