當(dāng)前位置:首頁 > 通信技術(shù) > 通信技術(shù)
[導(dǎo)讀]摘要:采用TI公司推測出的無線SOC芯片CC2530作為ZigBee組網(wǎng)模塊。整個系統(tǒng)由傳感器組網(wǎng)部分、協(xié)調(diào)器控制、LCD顯示部分構(gòu)成,系統(tǒng)可以對多個傳感器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,當(dāng)任一傳感器在LCD上顯示的數(shù)值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時,

摘要:采用TI公司推測出的無線SOC芯片CC2530作為ZigBee組網(wǎng)模塊。整個系統(tǒng)由傳感器組網(wǎng)部分、協(xié)調(diào)器控制、LCD顯示部分構(gòu)成,系統(tǒng)可以對多個傳感器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,當(dāng)任一傳感器在LCD上顯示的數(shù)值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時,系統(tǒng)將自動控制繼電器、步進(jìn)電機(jī)及蜂鳴器的開啟,進(jìn)而起到控制電器的開啟和安全警報(bào)的作用。

關(guān)鍵詞:ZigBee;Z—Stack;自組網(wǎng);智能家居系統(tǒng)

在這個信息的時代,隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,家居智能化已經(jīng)成為人們的迫切需求。因此,為了使人們的生活更綠色環(huán)保、更方便、更安全,溫濕度及光照實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集和家實(shí)現(xiàn)自動控制、室內(nèi)火情和可燃性氣體實(shí)現(xiàn)事實(shí)檢測與監(jiān)控變得越來越重要。在智能家居系統(tǒng)中,擔(dān)任重要成分的控制系統(tǒng)和組網(wǎng)技術(shù),對其的選擇是十分重要。其中,在智能家居的控制系統(tǒng)中,無線數(shù)據(jù)傳輸方式的靈活等特點(diǎn)戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌?,從而得到了廣泛應(yīng)用;為了方便用戶的安裝和使用,避免繁瑣的有線的布線,采用無線方式進(jìn)行組網(wǎng)。無線組網(wǎng)方式多種多樣,其中ZigBee技術(shù)以其組網(wǎng)靈活性、功耗低等優(yōu)異特性而得到廣泛使用。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述

智能家居系統(tǒng)采用ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)作為基層網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。在多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,星型結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍較小,但是結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)傳輸快,所以在家庭范圍內(nèi),采用星型結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過ZigBee無線通訊模塊與傳感器模塊及家電構(gòu)成終端設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,傳輸?shù)?使用全功能設(shè)備作為家居內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡(luò)的中心協(xié)調(diào)器,負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò);通過RS232串口通信實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器與傳感器模塊之間的連接,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。作為智能家居系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),家居內(nèi)部ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)的功能有:1)采集家庭環(huán)境的數(shù)據(jù)和信息。2)簡單處理設(shè)備終端上傳來的數(shù)據(jù)。3)通過串口通信協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到中心協(xié)調(diào)器。4)協(xié)調(diào)器根據(jù)采集上的實(shí)時數(shù)據(jù)作出判斷,給出控制指令。5)通過串口通信協(xié)議將數(shù)據(jù)回傳給設(shè)備終端。6)設(shè)備終端作出相應(yīng)的響應(yīng)。

2 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)一種短距離低速傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,其功耗抵、快速、可靠、成本低、容量大、安全的特點(diǎn),使其可廣泛應(yīng)用于各種自動控制領(lǐng)域。

ZigBee協(xié)議棧是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場和應(yīng)用的實(shí)際需要定義的簡化協(xié)議棧,ZigBee協(xié)議棧由物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層四層結(jié)構(gòu)組成,其中網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層是ZigBee聯(lián)盟在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上重新定義的,而物理層和MAC層則是沿用了IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1)物理層(PHY):本層規(guī)定了物理無線信道以及MAC子層之間的接口,提供了PHY層的數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。主要功能是激活/休眠無線收發(fā)設(shè)備,對當(dāng)前信道進(jìn)行能量檢測,鏈接質(zhì)量指示,為載波檢測多址與碰撞避免(CMSA—CA)進(jìn)行空閑頻道評估、頻道選擇、數(shù)據(jù)的發(fā)送及接收等。

2)媒體介質(zhì)訪問層(MAC層):提供數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)兩種服務(wù),主要完成的功能有:網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀,設(shè)備與信標(biāo)同步,支持RAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作,為設(shè)備的安全性提供支持,信道接入方式采用免沖突載波檢測多路訪問(CMSA—CA)機(jī)制,處理和維護(hù)保護(hù)時隙機(jī)制,在兩個對等的 MAC實(shí)體之間提供一個可靠地通信連路。

3)網(wǎng)絡(luò)層(NWK):負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接,主要功能有設(shè)備連接和斷開網(wǎng)絡(luò)時所采用的機(jī)制,以及在幀信息傳輸過程中所采用的安全性機(jī)制。

4)應(yīng)用層(APL):是用戶根據(jù)需要自行來開發(fā)的,由應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備配置層和應(yīng)用架構(gòu)層組成,其中,應(yīng)用支持子層為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供接口,把基于服務(wù)和需求相匹配的兩個設(shè)備作為一個整體來進(jìn)行管理的綁定服務(wù),并未綁定服務(wù)構(gòu)建和保留綁定表,在綁定設(shè)備之間傳輸信息;ZigBee設(shè)備配置層提供標(biāo)定服務(wù)、為遠(yuǎn)程設(shè)備提供請求的任何標(biāo)準(zhǔn)的描述符信息;應(yīng)用架構(gòu)層是應(yīng)用支持子層的應(yīng)用程序的無線數(shù)據(jù)接口,應(yīng)用程序使用該層提供的功能來發(fā)送和接收無線數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

ZigBee系統(tǒng)采用的傳感器模塊芯片為CC2530芯片,CC2530是TI公司推出的無線片上系統(tǒng)(SOC)芯片,其需要極少的外接元件,片上集成了不同的構(gòu)造模塊,大致可分為CPU和相關(guān)的存儲器模塊,外設(shè)、時鐘和電源管理模塊,無線信收發(fā)模塊3類,并通過ZigBee協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。

3.1 溫濕度及光照傳感器硬件電路

在本設(shè)計(jì)中,STH10作為溫濕度模塊的主芯片,供電電壓為3.3 V,負(fù)責(zé)采集室內(nèi)的溫度和濕度。光照傳感器模塊可以感應(yīng)光照的強(qiáng)度。溫濕度探頭直接使用IIC接口進(jìn)行控制,光敏探頭經(jīng)運(yùn)放處理后輸出電壓信號到AD輸入。其電路原理圖如圖3所示。

3.2 酒精傳感器電路

酒精傳感器模塊是用等級來劃分的,不能顯示具體的數(shù)值。通過傳感器輸出端的電壓變化來體現(xiàn)酒精的含有量等級。外界給傳感器供5 V電壓,傳感器內(nèi)部工作。在清潔的空氣中,輸出端的電壓為一恒定值,若空氣中含有酒精,輸出端的電壓會降低,根據(jù)電壓降低程度來判斷酒精含量等級。其原理圖如圖4所示。

3.3 繼電器模塊電路

每個繼電器模塊上有4個繼電器,每個繼電器都能單獨(dú)進(jìn)行工作。繼電器模塊采用一片帶中斷輸出的IIC接口的GPIO擴(kuò)展芯片實(shí)現(xiàn),IIC總線擴(kuò)展芯片使用PCA9554,作為輸出是高電平有效。其原理圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是在IAR7.51軟件的開發(fā)環(huán)境下,通過C語言編寫驅(qū)動程序來進(jìn)行仿真調(diào)試的。

4.1 Z—Stack協(xié)議棧軟件架構(gòu)

Z—Stack協(xié)議棧是基于一個輪轉(zhuǎn)查詢時操作系統(tǒng)的,ZStack從main()函數(shù)進(jìn)入,首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化,然后開始執(zhí)行操作系統(tǒng)。協(xié)議棧著有流程如圖6所示。

4.1.1 系統(tǒng)初始化

初始時,系統(tǒng)需要對硬件平臺和軟件架構(gòu)所需的要的各個模塊進(jìn)行初始化,為操作系統(tǒng)的運(yùn)行做好準(zhǔn)備工作,其具體流程圖和對應(yīng)的函數(shù)如圖7所示。

4.1.2 操作系統(tǒng)的執(zhí)行

操作系統(tǒng)實(shí)體只有一行代碼:

Osal_start_system();//no return from here

此函數(shù)不會返回,是一個死循環(huán),這個函數(shù)就是輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)的主體部分,這個函數(shù)會不斷地查詢每個任務(wù)是否有事件發(fā)生,如果發(fā)生,執(zhí)行函數(shù);如果沒有發(fā)生,查詢下一個任務(wù)。

任務(wù)是由優(yōu)先級的,系統(tǒng)優(yōu)先處理優(yōu)先級高的任務(wù)。

程序清單:

操作系統(tǒng)要處理MAC層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,應(yīng)用層,zigbee設(shè)備應(yīng)用層,應(yīng)用層,這6層的任務(wù),優(yōu)先級是從MAC層具有最高優(yōu)先級,到用戶層具有最低優(yōu)先級。如果MAC層任務(wù)有事件處理不完,用戶層任務(wù)就不會得到執(zhí)行。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的形成

4.2.1 協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備調(diào)用ZDO_StartDevice()函數(shù)來啟動設(shè)備,然后調(diào)用它們形成網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器將掃描DEFAUL_CHANLIST,從中選擇一個合適的信道。這個網(wǎng)絡(luò)會被配置一個PAN標(biāo)示符和一個16位的網(wǎng)絡(luò)地址。然后調(diào)用 NLME_JNetworkFormationRequest()函數(shù)來建立網(wǎng)絡(luò):

4.2.2 節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)首先會通過NLME_NETWORK_DISCOVERYrequest原語,啟動加入網(wǎng)絡(luò)流程。數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)啟動后,先掃描 DEFAULT_CHANLIST指定的頻道。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)首先要通過信道掃描來發(fā)現(xiàn)2.4GHz頻段的信道中存在的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)收到協(xié)調(diào)器發(fā)送的信標(biāo)應(yīng)道后,就按照信標(biāo)內(nèi)的協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址和PAN_ID等信息加入網(wǎng)絡(luò)。

5 調(diào)試結(jié)果

調(diào)試結(jié)果如圖8所示。

6 結(jié)論

協(xié)調(diào)器上顯示溫濕度值、光照值及反應(yīng)酒精濃度的電壓值,并且當(dāng)溫度高于23攝氏度時,自動開啟繼電器進(jìn)而驅(qū)動電扇的開啟與關(guān)閉;當(dāng)光照大于250勒克斯時,步進(jìn)電機(jī)上的直流電機(jī)自動運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而驅(qū)動窗簾的開合;當(dāng)酒精傳感器采集的電壓值大于120 V時,驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉