智能家居系統(tǒng)方案分析

1、精品2014第十屆“博創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽參賽聲明隊(duì)伍編號(hào)：作品名稱：基于zigbee的智能家居控制系統(tǒng)參賽隊(duì)員：丁祖科柯賢偉杜金航作為第十屆“博創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽的參賽隊(duì)伍負(fù)責(zé)人，根據(jù)大賽公平、公開、共享精神，我代表參賽隊(duì)伍作出如下聲明：1、我們了解大賽相關(guān)條款并遵守比賽規(guī)則。2、我們的參賽作品沒(méi)有違反有關(guān)法律、法規(guī)以及社會(huì)的道德規(guī)范。3、我們的參賽作品是原創(chuàng)作品，未曾授權(quán)給其他任何機(jī)構(gòu)。4、我們的參賽作品不存在法律糾紛，包括但不限于肖像權(quán)、名譽(yù)權(quán)、隱私權(quán)、著作權(quán)、商標(biāo)權(quán)等糾紛，否則，我們自愿承擔(dān)由此而產(chǎn)生的全部法律責(zé)任。5、我們將如實(shí)提交參賽作品中涉及的全

2、部源碼及資料，并授權(quán)北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司擁有使用權(quán)。在征得所有人同意后有權(quán)將參賽作品及相關(guān)資料用于宣傳品、相關(guān)出版物、指定及授權(quán)媒體發(fā)布、官方網(wǎng)站瀏覽及下載、頒獎(jiǎng)晚會(huì)、展覽（含巡展）等活動(dòng)項(xiàng)目。6、我們認(rèn)真遵守此聲明內(nèi)容中的所有內(nèi)容，如有違反，將自動(dòng)放棄大賽的評(píng)獎(jiǎng)資格。參賽（Wj校（蓋章）指導(dǎo)教師（簽字）2014年4月19日2014第十屆“博創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告智能家居系統(tǒng)IntelligentHomeFurnishingsystem設(shè)計(jì)報(bào)告隊(duì)伍編號(hào)：參賽學(xué)校：中南民族大學(xué)作者：丁祖科柯賢偉杜金航指導(dǎo)教師：王文濤組別：E!本科組高職組專項(xiàng)獎(jiǎng)：恩智浦專項(xiàng)CWIND

3、RIVER摘要家居環(huán)境智能化己經(jīng)成為當(dāng)前的社會(huì)主流，對(duì)對(duì)一些人為的失誤或者不可控的因素所造成的災(zāi)難性事故，一次次的慘劇也對(duì)家居環(huán)境智能化提出了更加具體的要求。同時(shí)，隨著人們生活節(jié)奏的加快以及生活壓力的加大，智能家居越來(lái)越成為人們追求舒適生活的必要途徑。本文采用Zigbee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合javaweb網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)具有低成本、低復(fù)雜度、可快速部署的特點(diǎn)，完全滿足人們對(duì)智能家居系統(tǒng)的基本需求。本文首先結(jié)合國(guó)內(nèi)外智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)國(guó)情制定出了一套合適的無(wú)線智能家居系統(tǒng)解決方案。然后，通過(guò)對(duì)當(dāng)前主流的無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了研究對(duì)比并最終決定采用Zigbee技術(shù)作為本系統(tǒng)的無(wú)線

4、組網(wǎng)技術(shù)。本系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，硬件采用CC2530射頻芯片構(gòu)成終端設(shè)備和中心協(xié)調(diào)器，構(gòu)建智能家居環(huán)境內(nèi)部網(wǎng)絡(luò);結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫(kù)和JAVAWEB網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)搭建家庭網(wǎng)站。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控，系統(tǒng)本身的低復(fù)雜度、易于部署等特點(diǎn)，對(duì)智能家居系統(tǒng)的普及具有一定的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:智能家居系統(tǒng)、Zigbee協(xié)議棧、CC2530、家庭網(wǎng)站AbstractToday,theintelligenthouseholdsystemhasbecomethemainstreamofsociety.Somehumanerrorsanduncontrolledfactorscau

5、sesomanydisastrousfailures,whichrequesttotheintelligenthouseholdsystemforsomespecificrequirements.Atthesametime,becausethesocietypressurebecomesmoreandmoreserious,theintelligenthouseholdsystembecomesanecessarychoice.ThispaperpresentsanewintelligenthouseholdsystembasedontheZigbeewirelessnetworktechno

6、logyandthejavawebNetworkdevelopmenttechnology.Thisintelligenthouseholdsystemislesscost,lowercomplexity,apttomorerapiddeployment,whichcanmeetalltherequirements.Firstly,thispaperpresentsasolutionoftheintelligenthouseholdsystem,whichbasedonthedomesticandforeignexperienceofdesigningtheintelligenthouseho

7、ldsystem.Secondly,basedonthecomparisonofthecurrentmainstreamwirelessnetworkingtechnologiesthisintelligenthouseholdsystemdecidestoadopttheZigbeewirelessnetworkingtechnology.Theinternalnetworktopologyisstartopology.TheCC2530RFchipisusedtoformthedeviceandthecoordinator,whichisusedtoformtheinternalwirel

8、essnetwork.FinallythefamilynetworkstationisbuilttheSQLdatabaseandthejavawebNetworkdevelopmenttechnology.Thisintelligenthouseholdsystemachievesthedatatransmissionofthefamilyinternalnetworkandtheremotemonitoring.whichhasthecharacteristicsoflowercomplexity,easytomaintain.Thissystemhasgreatvalueonthedev

9、elopmentoftheintelligenthouseholdsystem.Keywords:IntelligentHouseholdSystem,Zigbeestack,CC2530,FamilyStation目錄第1章緒論隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平大幅度提高，對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)家庭信息化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今IT產(chǎn)業(yè)的重要研究對(duì)象，隨之而提出了一連串的新概念：家庭自動(dòng)化，家庭信息化，智能家居等。智能家居是人類住宅的又一場(chǎng)新的革命，它能夠?yàn)槿祟愄峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，是未來(lái)居住模式的必然發(fā)展趨勢(shì)。因此，智能家居系統(tǒng)也在逐漸成為一個(gè)新興的研

10、究領(lǐng)域。1.1.1 智能家居系統(tǒng)概述智能家居可以定義為一個(gè)過(guò)程或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效f21。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間;還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。1.1.2 國(guó)內(nèi)外智能家居系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)際上對(duì)智能家庭網(wǎng)絡(luò)的研究起于20世紀(jì)70年代，

11、主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家。由于這些研究都是各國(guó)獨(dú)立進(jìn)行，并具有不同的目標(biāo)和市場(chǎng)戰(zhàn)略，因此并沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，開始出現(xiàn)了住宅電子化(HE,HomeElectronics)的概念;80年代中期，將家用電器、通訊設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體，形成了家居自動(dòng)化概念(HA,HomeAutomation)o80年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為智慧屋(WH,WiseHome)，在歐洲稱為時(shí)髦屋(SH,SmartHome)。近幾年，在各大公司和媒體的

12、強(qiáng)大概念宣傳攻勢(shì)下，我國(guó)智能家居行業(yè)逐漸形成，可用的、接近現(xiàn)實(shí)需求的產(chǎn)品不斷增加，集成商、開發(fā)商以及裝修公司已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)。如何建立一個(gè)高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)己成為當(dāng)前社會(huì)一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。而國(guó)家政府機(jī)構(gòu)及各大信息家電生產(chǎn)廠商不失時(shí)機(jī)地開展了中國(guó)智能家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作，為中國(guó)智能家居的發(fā)展提供了一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，指明了智能家居研究領(lǐng)域正確的發(fā)展方向。第2章系統(tǒng)方案2.1 智能家居系統(tǒng)功能需求分析一個(gè)智能家居系統(tǒng)應(yīng)具備的特征主要包括以下幾方面：1 、全面細(xì)致的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控：系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集室內(nèi)和室外溫濕度、光照強(qiáng)度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)，讓用戶足不出戶了解室內(nèi)外環(huán)境狀況。2 、可靠的安防

13、監(jiān)控：安防監(jiān)控應(yīng)包括門窗防盜、煤氣和火災(zāi)的預(yù)防等功能，這些都對(duì)系統(tǒng)可靠性有很高要求。3 、便捷人性的開關(guān)控制：實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程開關(guān)控制或定時(shí)開關(guān)，如窗簾可以實(shí)現(xiàn)在床上打開，晚上自動(dòng)關(guān)閉；家中的保險(xiǎn)柜鎖只有自己可以使用手持終端打開，其他人均無(wú)法打開。根據(jù)上述需求分析的結(jié)果，從系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的角度，智能家居系統(tǒng)的功能可以概括為以下三個(gè)方面：對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)環(huán)境狀態(tài)信息的準(zhǔn)確讀??；對(duì)安防監(jiān)控節(jié)點(diǎn)報(bào)警信息的及時(shí)獲?。粚?duì)控制節(jié)點(diǎn)所連家居設(shè)備的開關(guān)控制。2.2 智能家居系統(tǒng)組成智能家居系統(tǒng)可選擇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種：星型、樹狀和網(wǎng)狀。在本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的通信距離可以覆蓋正常的家庭居住環(huán)境，所有終端節(jié)點(diǎn)均可直

14、接與協(xié)調(diào)器通信，終端節(jié)點(diǎn)與傳感器和控制器連接，傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)和控制命令，數(shù)據(jù)量都很小，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全可以滿足系統(tǒng)要求，并且有控制簡(jiǎn)單，故障診斷容易，不涉及路由尋址等優(yōu)點(diǎn)。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點(diǎn)要求是全功能設(shè)備，信息采集和控制節(jié)點(diǎn)則只需是精簡(jiǎn)功能設(shè)備，它們只能與ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，相互之間不能通信。結(jié)合上一節(jié)概括的智能家居系統(tǒng)的功能，一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)應(yīng)包括下面幾個(gè)部分：1 、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：主要負(fù)責(zé)建立和管理網(wǎng)絡(luò)，接收從終端節(jié)點(diǎn)獲取到的數(shù)據(jù)或向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令，以及與智能網(wǎng)關(guān)或上位機(jī)通信獲取網(wǎng)關(guān)或上位機(jī)發(fā)送來(lái)的控制命令或上傳終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)

15、。2 、信息采集節(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)分為采集節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)兩種，采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集各種傳感器或門磁等裝置的狀態(tài)變化信息。3 、控制節(jié)點(diǎn)：控制節(jié)點(diǎn)通過(guò)執(zhí)行接收網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送來(lái)的命令實(shí)現(xiàn)對(duì)所連接的家居設(shè)備的控制。4、路由節(jié)點(diǎn)：路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，可使更多的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。5 、PC機(jī)：用于擴(kuò)展系統(tǒng)功能，PC機(jī)可以顯示網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收到的信息或向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令。6 、智能網(wǎng)關(guān)：智能網(wǎng)關(guān)除實(shí)現(xiàn)上位機(jī)功能外，還可以接入短信模塊，實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與廣域的無(wú)線網(wǎng)的融合，用戶可以通過(guò)手持終端接收信息或發(fā)送控制命令。本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)的功能模塊包括ZigBee無(wú)線通信模塊、溫濕度采集模塊

16、、光照采集模塊、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)模塊、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊、紅外入侵監(jiān)測(cè)模塊、窗簾無(wú)線控制模塊。2.3智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖在本智能家居系統(tǒng)中，由于終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多，多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)可能造成數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。所以應(yīng)根據(jù)各節(jié)點(diǎn)具體任務(wù)的不同設(shè)置不同的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，以保證優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)的可靠性。涉及安防監(jiān)控的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)應(yīng)該最高，包括紅外入侵監(jiān)測(cè)、門磁感應(yīng)、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)等；控制節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)次之，包括窗簾無(wú)線控制和電子鎖無(wú)線控制；溫濕度采集、光照采集、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等環(huán)境狀態(tài)信息采集任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最低。在本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過(guò)電源直接供電，信息采集節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)大多采用兩節(jié)干電池供電，所以在設(shè)計(jì)和使

17、用中應(yīng)盡量減少使用電池的節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間，以延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的使用壽命。第3章功能與指標(biāo)3.1 實(shí)現(xiàn)功能3.1.1 自動(dòng)報(bào)警：包括門禁系統(tǒng)，火災(zāi)、煤氣報(bào)警系統(tǒng)。3.1.2 燈光控制：根據(jù)室內(nèi)光照強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光。3.1.3 自動(dòng)窗簾：根據(jù)室外關(guān)照和室內(nèi)情況，自動(dòng)控制窗簾開關(guān)。3.1.4 自動(dòng)陽(yáng)臺(tái)：根據(jù)室外溫度、濕度、陽(yáng)光等情況，自動(dòng)伸縮陽(yáng)臺(tái)，晴天自動(dòng)晾曬衣服，下雨自動(dòng)收衣服。第4章實(shí)現(xiàn)原理4.1.1 功能實(shí)現(xiàn)1. 信號(hào)接收：智能家居傳感器網(wǎng)絡(luò)在家庭環(huán)境中布置傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)線通信方式組織成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)視周圍一定范圍內(nèi)的環(huán)境，接收信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通信。它集成傳感器件、數(shù)據(jù)處理單元和通信

18、模塊，并通過(guò)自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。借助于傳感器節(jié)點(diǎn)中各類型的傳感器件，可以測(cè)量家庭內(nèi)部和周邊環(huán)境的溫度、濕度、光強(qiáng)度、入侵等。2. 網(wǎng)絡(luò)通訊：網(wǎng)絡(luò)的信息管理的核心部分為物理接口，作為家庭網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，物理層接口完成家庭網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)間通信，并且能使家庭網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間能夠相互理解通信的內(nèi)容。所以家庭網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)都配置同樣的無(wú)線收發(fā)模塊作為物理接口。3.智能控制：除了無(wú)線收發(fā)模塊之外，傳感器節(jié)點(diǎn)還包括具有一定處理能力的MCU芯片，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先寫入的程序，能夠采集傳感器信息、轉(zhuǎn)發(fā)命令和狀態(tài)信息和控制設(shè)備，并能對(duì)子網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)籌管理，維護(hù)整個(gè)傳感器系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。根據(jù)前

19、面的分析，傳感器節(jié)點(diǎn)包括兩個(gè)模塊，如圖4.01所示：圖4.01傳感器節(jié)點(diǎn)模型體系結(jié)構(gòu)1.1.1 功能模塊應(yīng)用：負(fù)責(zé)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)采集功能、通信行為等進(jìn)行初始化，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要建立統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧：負(fù)責(zé)模擬傳感器節(jié)點(diǎn)中無(wú)線通信的各層協(xié)議。傳感模塊：也稱為傳感協(xié)議棧，負(fù)責(zé)檢測(cè)和處理來(lái)自傳感器信道的信號(hào)，將其送往上層應(yīng)用。1.1.2 能耗模塊節(jié)點(diǎn)的能量產(chǎn)生和能量消耗過(guò)程，主要包括電池、無(wú)線收發(fā)設(shè)備、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和信號(hào)采集設(shè)備等硬件。4.3 基于Z-Stack的終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4.3.1 基于CC2530的Z-Stack研究Z-Stack是遵從ZigBee2007規(guī)范的為IEEE802.1

20、5.4產(chǎn)品和平臺(tái)使用的協(xié)議棧。它在CC2530片上系統(tǒng)、MSP430+2520和LM3s9B96+CC2520上支持ZigBee和ZigBee-Pro特征集。Z-Stack支持SmartEnergy、家庭自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化和醫(yī)療健康等公共應(yīng)用。Z-Stack支持IAR工程建立"ZigBeeNetworkProcessor"(ZNP)設(shè)備。ZigBee協(xié)議采用分層的體系結(jié)構(gòu)，其下層為上層提供服務(wù)。ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如下圖4.11所示:可編輯安全服務(wù)供應(yīng)商”用沒(méi)落2必應(yīng)用程序框架NLLJL-UAFAPSbL-SAl'MI.DFSAP應(yīng)用支持于層（AFS）網(wǎng)絡(luò)層（

21、NWK）EigBce設(shè)備對(duì)象(ZDO)> 口1AlsSDL-SA>2D0管出由板媒體介質(zhì)訪問(wèn)層CMAC）EHJ-W物理層（PHYJML ME-SAPktLL UD2.1,4< E己日Se科盟能丈的|刎造商定工的.以娘口層蓑n圖4.11 ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)執(zhí)行Z-Stack協(xié)議棧是從main函數(shù)開始的。首先需要對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行初始化，然后初始化系統(tǒng)，最后執(zhí)行操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的初始化流程如圖4.12所示。圖4.12操作系統(tǒng)初始化流程在初始化結(jié)束后就開始運(yùn)行操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)是基于事件定時(shí)機(jī)制的申行執(zhí)行任務(wù)的系統(tǒng)。首先系統(tǒng)根據(jù)MAC定時(shí)器更新系統(tǒng)軟件時(shí)鐘，計(jì)算相鄰兩次操作

22、所消耗時(shí)間，然后根據(jù)這個(gè)時(shí)間值更新事件被觸發(fā)剩余時(shí)間。在對(duì)每個(gè)事件任務(wù)更新其超時(shí)值之后，系統(tǒng)開始查詢是否有任務(wù)由于超時(shí)到時(shí)而應(yīng)該被觸發(fā)，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)選擇最高優(yōu)先級(jí)的事件，調(diào)用相應(yīng)層的事件處理函數(shù)，最終對(duì)該事件做出處理。操作系統(tǒng)的執(zhí)行流程如圖4.13所示。開始圖4.13操作系統(tǒng)執(zhí)行流程4.3.2 基于CC2530的Z-Stack應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)用層位于Z-Stack協(xié)議棧的最上層，在ZigBee協(xié)議和操作系統(tǒng)的支持下實(shí)現(xiàn)開發(fā)者所期望的功能。本文在基于Z-Stack下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee協(xié)議的智能家居系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)在完成硬件初始化和協(xié)議棧初始化之后開始啟動(dòng)協(xié)議棧。啟動(dòng)協(xié)議棧后的首要任務(wù)是

23、將終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器綁定。綁定通過(guò)調(diào)用協(xié)議棧綁定API函數(shù)進(jìn)行,接下由協(xié)議棧處理綁定過(guò)程，這一過(guò)程不需要用戶參與。協(xié)議棧在綁定結(jié)束后會(huì)調(diào)用綁定回調(diào)函數(shù)，用戶在回調(diào)函數(shù)中判斷綁定是否成功執(zhí)行。如果綁定失敗用戶需要重新啟動(dòng)綁定操作。如果綁定成功結(jié)束后，需要將終端節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)先進(jìn)行一次時(shí)間同步。進(jìn)行時(shí)間同步精品1線報(bào)收W傳械捐觸發(fā)力件應(yīng)用層事件處理的目的是維持終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘準(zhǔn)確，這樣能夠保證上傳的傳感器等數(shù)據(jù)所帶的時(shí)間戳是準(zhǔn)確的。在此說(shuō)明時(shí)間同步操作也是周期性的，具體周期值可在實(shí)際應(yīng)用時(shí)隨時(shí)更改。在第一次時(shí)間同步之后，開始根據(jù)終端節(jié)點(diǎn)的板上資源設(shè)置周期上傳網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)信息任務(wù)、周期傳感器采樣任務(wù)等。接下來(lái)

24、就開始等待事件的發(fā)生，這里邊的事件包括周期性任務(wù)超時(shí)觸發(fā)的事件和傳感器等外部設(shè)備通過(guò)中斷等方式觸發(fā)的事件。周期性事件在被觸發(fā)后會(huì)將超時(shí)值恢復(fù)為其周期，并開始等待下次被執(zhí)行。而由傳感器等所觸發(fā)的事件是一次性事件，每被觸發(fā)一次就執(zhí)行一次處理函數(shù)。終端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層執(zhí)行流程實(shí)際上是對(duì)應(yīng)用層各種事件的處理過(guò)程，其執(zhí)行流程（開始）與網(wǎng)美綁定與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行町間問(wèn)巾紿周期性仟?jiǎng)?wù)定時(shí)圖4.14終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層執(zhí)行流程無(wú)線接收函數(shù)負(fù)責(zé)處理來(lái)自網(wǎng)關(guān)傳來(lái)的所有命令。這些命令類型主要包括兩類：控制命令、查詢命令?？刂泼钣糜趯?duì)CC2530或傳感器進(jìn)行控制。而查詢命令用于查詢終端節(jié)點(diǎn)的軟硬件信息和傳感器采樣數(shù)據(jù)及狀態(tài)。無(wú)線接收

25、處理函數(shù)執(zhí)行流程如圖4.15所示?？删庉嬀封F蛤1結(jié)束圖 4.15無(wú)線接收處理函數(shù)執(zhí)行流程4.4 終端節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4.4.1 溫濕度采集驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)DHT21輸出的數(shù)據(jù)格式共40位，并且高位在前。數(shù)據(jù)格式如圖4.22所示16位16位8位.A濕度數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和圖4.22DHT21輸出數(shù)據(jù)格式校驗(yàn)和是濕度值的高8位、濕度值的低8位、溫度值高8位、溫度值低8位相加結(jié)果的低8位。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)的最高位為1時(shí),說(shuō)明溫度低于0C。由于DHT21采用的是單總線串行通信方式。數(shù)據(jù)傳送開始前,MCU要先向DHT21發(fā)送一個(gè)開始信號(hào)，開始信號(hào)結(jié)束后DHT21會(huì)給出一個(gè)響應(yīng)信號(hào)，緊接著送出40bit的數(shù)據(jù)。

26、DHT21只在被主機(jī)觸發(fā)后才會(huì)進(jìn)行溫濕度采集，否則將處于低功耗模式下。通訊過(guò)程如圖4.23所示ver 一G、口主機(jī)發(fā)開DHT鞘底« 始信號(hào) 、-f< 輸出 * fl拉佛并延十葉等待f拉高逑時(shí)卜出數(shù)據(jù)傳送給 束上楂電里I拉高身線丁一從機(jī)技低50ii<信號(hào)線說(shuō)明：t機(jī)東弓1>|1信號(hào)圖4.22 DHT21 單總線串行通信過(guò)程靜默時(shí)總線處于高電平。主機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)是將總線拉低至少 18ms在發(fā)送完開始信號(hào)后，主機(jī)要將總線拉高20-40us,然后讀取DHT21的信號(hào)響應(yīng)。在接收到主機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)結(jié)束后，它將發(fā)出80us低電平響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到總線被拉低后，說(shuō)明DHT

27、21已經(jīng)做出了響應(yīng)。在 80us的低電平響應(yīng)信號(hào)結(jié)束后，它會(huì)再發(fā)出80us的高電平信號(hào)。主機(jī)與DHT21建立連接的時(shí)序如圖4.23所示。單總線DHT拉高VCC汗始傳送數(shù)犯GD機(jī)拉低至少181n.DHT響度 I 信號(hào)刖U5 1主機(jī)拉高圖4.23主機(jī)與DHT21建立連接時(shí)序圖在發(fā)送一個(gè)位數(shù)據(jù)前都要先發(fā)出一個(gè)50us的低電信號(hào)，隨后其發(fā)出的高電平的長(zhǎng)短決定數(shù)據(jù)位是0還是1。DHT21的測(cè)量分辨率分別為溫度16bit、濕度16bit。采樣周期間隔建議為2秒以上。一次完整的從DHT21讀取溫濕度數(shù)據(jù)的程序流程如圖4.26所示?？删庉嬀?.4.2光照采集驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可編輯不始結(jié)束圖4.26DHT21采集

28、數(shù)據(jù)流程精品本智能家居系統(tǒng)中光照采集模塊采用BH1750FVI芯片。BH1750FVI通信接口采用IIC總線通信方式。IIC即Inter-IntegratedCircuit(集成電路總線)總線是飛利浦公司在80年代開發(fā)的一種多向控制串行總線。IIC總線有兩根信號(hào)線：數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL。每個(gè)接到IIC總線上的器件都有唯的地址。IIC總線上的設(shè)備分為主機(jī)(master)和從機(jī)(slave)。一次完整的總線通信過(guò)程為：總線啟動(dòng)、數(shù)據(jù)傳輸、總線停止。IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖4.27口二口向成埴號(hào)SCL可編輯彘始信耳亨止信“圖4.27IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸由于CC2530沒(méi)有IIC總線接口，所

29、以不能直接對(duì)BH1750FVI進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)IIC總線的時(shí)序分析,可以用CC2530的兩個(gè)普通的IO口實(shí)現(xiàn)IIC總線的模擬。與BH1750FVI的SCL引腳相連接的IO口設(shè)置成輸出方式，并由軟件控制產(chǎn)生用行時(shí)鐘信號(hào)；與SDA引腳相連的IO口根據(jù)IIC時(shí)序的要求隨時(shí)更改其輸入輸出方式。4.4.3 人體紅外采集驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人體紅外監(jiān)測(cè)模塊采用TTL方式與主機(jī)通信。當(dāng)有人從該模塊前走過(guò)并被其檢測(cè)到時(shí),TTL引腳電平被拉高。與該引腳連接的CC2530引腳中斷使能情況下，CC2530產(chǎn)生中斷。在Z-Stack中操作系統(tǒng)的支持下，中斷產(chǎn)生時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)設(shè)置一個(gè)HAL層的紅外觸發(fā)事件。HAL層事件處理函數(shù)在檢測(cè)到該事件時(shí)，將該紅外觸發(fā)事件發(fā)送到應(yīng)用層。應(yīng)用層事件處理函數(shù)在檢測(cè)到該事件發(fā)生時(shí)，調(diào)用應(yīng)用層的紅外處理函數(shù)。處理完成后整個(gè)觸發(fā)過(guò)程結(jié)束。人體紅外監(jiān)測(cè)模塊觸發(fā)到被處理的程序流程如圖4.28所示。I開始干人體紅外模塊被觸發(fā)I+產(chǎn)生中斷1一設(shè)置HAL層紅外觸發(fā)事件H-L層事件處理函數(shù)Ii:將該事件發(fā)送到應(yīng)用層T,應(yīng)用層事件處理函數(shù)應(yīng)用層紅外觸發(fā)處碑的數(shù).一+I結(jié)束，圖4.28人體紅外觸發(fā)到處理流程4.4.4 可燃?xì)怏w濃度采