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智能家居Zigbee无线通信技术应用提纲：1. Zigbee通信技术的概述和应用2. Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用3. Zigbee协议栈和通信模型分析4. Zigbee无线通信技术的优点和缺点5. 基于Zigbee的智能家居案例分析1. Zigbee通信技术的概述和应用在智能家居领域，无线通信技术是关键技术之一，而Zigbee 协议则是一种常见的低功率消耗、低带宽、低数据速率、无线网络通信协议。
Zigbee技术协议可以应用于各种各样的场景，不同的设备，例如：智能家居、智能楼宇、智慧城市、物联网等。
2. Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用Zigbee技术的低功耗和低复杂性使其成为智能家居应用中的主要通信技术之一。
Zigbee技术在智能家居应用中的使用可以包括安全系统、照明系统、智能门锁、温度控制系统等。
3. Zigbee协议栈和通信模型分析Zigbee协议包括物理层、MAC层、网络层和应用层。
Zigbee 协议的通信模型和协议栈都非常具体，并采用高效的应用程序接口，可通过网络层按需路由进行数据的分发。
网络层路由器在Zigbee网络中起到重要作用，它们允许数据流动的方向和路径通过网络管理器进行控制，以保持网络高效率和可靠性。
4. Zigbee无线通信技术的优点和缺点Zigbee无线通信技术的主要优点是低功耗、低复杂性、低成本。
其通信范围可达30到100米。
不过，Zigbee技术的主要缺点是其带宽较低，最高速度仅为250 kbit / s，且不太适合高质量的数据和高带宽应用。
Y不过Zigbee技术与其它无线通信技术相结合可增加其通信功能和应用范围。
5. 基于Zigbee的智能家居案例分析（1）照明系统Zigbee技术被广泛用于智能家居的室内和室外照明控制系统中。
例如：Zigbee 网络路灯系列，可以根据天气以及交通流量调节来实现智能路灯网络供电和监控。
（2）温度控制和能源管理Zigbee技术可与温度传感器和热控制器等设备一起使用，并提供电量计量功能，以实现智能能源管理。
机器人3课程设计（论文）题目：基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计摘要随着生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、生活日益信息化。
信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。
因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。
关键词: Zigbee ；Z-Stack；CC2530芯片；智能家居The Design of Smart Home Control System Based on ZigBee Technology TechnologyABSTRACTWith the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment.Information society has changed people’S lifestyle and work habits to makeintelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches moreand more people’S attention.Thereforethe topic about the integration andmanagement of various communication equipments in home，household appliancesand home security devices combined by the intelligent home c ontrol system remotel，has become a hot research point in recent years．Key words: Zigbee; Z-stack;CC2530;Smart Home目录1绪论 (1)1.1无线传感器网络 (1)1.1.1无线传感器网络概况 (1)1.1.2无线传感器的应用现状 (1)1.1.3无线传感器的未来前景 (2)1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络 (2)1.3论文结构 (3)2 Z-Stack协议栈 (4)2.1 Zigbee协议介绍 (4)2.1.1 Zigbee协议栈的结构 (4)2.2 Zigbee网络结构 (5)2.3 Z-Stack协议栈介绍 (6)2.3.1寻址 (6)2.3.2绑定 (9)2.3.3路由协议 (9)2.3.4数据发送函数 (10)2.3.5网络组建过程 (10)2.3.6数据接收函数 (10)3智能家居系统的实现 (13)3.1系统的整体介绍 (13)3.2系统硬件介绍 (13)3.2.1各类传感器模块 (13)3.2.2终端节点和数据汇聚模块 (15)3.3系统软件介绍 (16)3.3.1终端节点和数据汇聚模块软件设计 (16)3.3.2上位机（PC机）的监控界面 (18)4结论 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 绪论1.1无线传感器网络1.1.1无线传感器网络概况无线传感器网络是指大量的移动的或静止的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高，智能家居系统已经成为现代生活的重要组成部分。
智能家居系统利用先进的无线通信技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化控制和管理，从而为用户提供更加便捷、舒适和节能的居住环境。
本文将重点研究与设计一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统，旨在提升家居环境的智能化水平，满足用户多样化的需求。
本文将首先介绍智能家居系统的发展背景和意义，阐述ZigBee 和WiFi两种无线通信技术在智能家居领域的应用优势和局限性。
在此基础上，提出一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统设计方案，该方案结合了ZigBee的低功耗、低成本和自组织网络特点以及WiFi的高速传输和广泛覆盖范围优势，以实现智能家居系统的高效、稳定和可扩展性。
文章将详细介绍该融合系统的架构设计、硬件选型、软件编程以及系统测试等方面内容。
通过对比分析不同通信协议的性能特点，选择合适的ZigBee和WiFi模块，并设计相应的硬件电路和软件程序。
文章还将探讨如何优化系统性能，提高数据传输速率和稳定性，以满足实际应用需求。
本文将总结研究成果，并对未来智能家居系统的发展趋势进行展望。
通过本文的研究与设计，旨在为智能家居领域的发展提供有益的参考和借鉴，推动智能家居技术的不断创新和应用。
二、ZigBee与WiFi技术概述在智能家居系统中，无线通信技术扮演着至关重要的角色，其中ZigBee和WiFi是两种被广泛采用的技术。
这两种技术各有优势，也存在着一定的局限性，因此，将它们融合在一起，可以充分发挥各自的优势，实现更为高效、稳定的智能家居系统。
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信协议，专为物联网应用而设计。
它具有自组织、自修复的特性，能够在设备之间形成稳定的网络结构，特别适用于智能家居系统中的各种传感器、执行器等设备的连接和控制。
Zigbee在智能家居中的应用原理什么是Zigbee技术？Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗、短距离、无线通信技术。
它可以在广泛的应用领域中实现设备之间的远程通信。
Zigbee技术广泛用于智能家居系统，具有可靠性高、低功耗、灵活性强等特点。
Zigbee在智能家居中的优势和应用原理Zigbee在智能家居中有许多优势，它使得智能家居系统更加智能、高效和便捷。
以下是Zigbee在智能家居中的应用原理：1.无线控制和远程操作：Zigbee技术可以通过无线信号将智能家居设备连接到智能家庭控制中心，用户可以远程控制和操作各种设备，例如电灯开关、温控器、窗帘等。
2.低功耗和长寿命：Zigbee设备采用低功耗设计，可以通过更小的电池或电源持续工作数月甚至数年。
这使得智能家居系统更加可靠和节能。
3.自组织网络：Zigbee设备可以形成自组织网络，无需复杂的网络配置和管理。
当有新的设备加入网络时，系统可以自动识别并添加到网络中。
4.灵活的网状拓扑结构：Zigbee设备可以形成网状拓扑结构，每个设备可以直接与其他设备通信，提供了更好的覆盖范围和可扩展性。
5.安全和保密性：Zigbee使用加密算法对数据进行安全保护，确保设备之间的通信是安全的，使得智能家居系统不易受到黑客攻击。
Zigbee在智能家居中的具体应用场景Zigbee技术在智能家居中有许多具体的应用场景，以下是其中的一些例子：•智能照明系统：Zigbee技术可以用于控制智能照明系统，用户可以通过智能手机或智能显示器远程控制灯光的亮度和颜色，实现节能和个性化的照明效果。
•温控系统：Zigbee技术可以用于控制智能温控系统，用户可以通过智能手机设置房间的温度和湿度，实现智能化的节能和舒适性控制。
•智能安防系统：Zigbee技术可以用于连接智能安防设备，例如智能门锁、摄像头和报警器。
用户可以通过智能手机监控和控制家庭安全，实现远程查看和报警功能。
ZigBee无线网络技术的自动控制系统研究论文随着自动控制系统的开展，其在越来越多的行业中发挥了重要的作用。
当前系统中的设备通过电缆来连接，从而形成了很大的限制性，为了拓宽系统控制的范围，在系统中应用了ZigBee无线网络技术，这种技术具备本钱低、易维护、自我修复等优点，可以实现远程自动控制。
与现有的自动控制系统有线网络相比，基于ZigBee 无线网络技术的自动控制系统将会具备更加优越的性能，从而提升运行的稳定性及可靠性。
1.1发射模块传感器在进行信号发送时，发送的为4~20mA的标准电流信号，发射模块接收到信号之后，需要对信号进行转换，变为电磁波无线之后在发射出去，而这就是发射模块的功能。
发射模块的硬件具有固定的结构，接收到传感器的信号之后，首先由I/V变换电路对信号进行变换，经过变换之后，标准电流信号由4~20mA变为1~5V，随后，变化之后的信号经过零点迁移电路，成为0~4V电压，再经过A/D转换器以及单片机之后，变成电磁波无线信号，实现与下位机之间的通信。
在进行发射模块硬件电路设计时，首先要对使用的元器件进行了解，在自动控制系统中，所使用的微控制器的型号为P89LPC935，该型号为单片封装，处理器结构的性能非常高，在执行命令时，所需的时间比拟少，同时，此种型号的微控制器中集合了很多系统级的功能，使用之后可以大量的减少元器件的数量，降低系统本钱；射频芯片的型号为CC1100，此种芯片具备可编程的特点，而且与ZigBee协议之间具备较高的一致性，在低功耗无线应用中，适用性非常强；ADS7829是发射模块硬件电路中一个重要的元件，此种型号的元件所具备的采样速率是非常快的；在I/V变换电路中，主要的功能就是信号变换，在选择元件时，采用了无源I/V 变换；零点迁移电路为LM358，在LM358内部，设置了两个双运算放大器，这两个部件之间相互独立，在单电源中具备比拟高的适用性。
在明确电路元器件的型号和功能之后，就需要进行发射模块硬件电路设计。
基于ZiigBee技术的无线智能家居系统设计的开题报告一、选题背景和意义随着物联网技术的发展，在智能家居领域，越来越多的企业和个人开始研发智能家居系统。
智能家居系统可以将家庭中的各种设备、电器、传感器等组合起来，形成一个互联互通的系统，实现家居的自动化、智能化。
目前较为常用的智能家居系统有基于ZigBee、WiFi、蓝牙、Z-Wave等无线通信技术的系统。
ZigBee技术是一种低功耗、低速率、短距离无线通信技术，适用于家庭环境。
ZigBee使用IEEE 802.15.4标准作为物理层和MAC层协议，具有自组织、自适应、低成本等特点，适用于多种应用场景。
在智能家居领域，基于ZigBee技术的无线智能家居系统具有低功耗、高可靠性、安全性等特点，受到广泛关注。
因此，本课题选用基于ZigBee技术的无线智能家居系统作为研究对象，旨在探究如何设计一种低功耗、高可靠、安全的无线智能家居系统，提高家庭生活智能化水平，增加人们的便利性和生活品质。
二、研究内容和研究方法本课题的主要内容是基于ZigBee技术的无线智能家居系统的设计与实现，主要包括以下方面：1. 系统架构设计：根据智能家居应用的需求和ZigBee技术的特点，设计系统的总体框架和架构。
2. 硬件设计：包括节点硬件设计和网关硬件设计。
节点通过ZigBee 芯片实现与网关的通信；网关通过连接局域网或Internet实现对外通信。
3. 软件设计：包括节点软件设计和网关软件设计。
节点软件包括嵌入式系统设计、无线通信协议实现、传感器数据采集与处理等；网关软件包括数据传输协议实现、通信接口设计、云服务器连接协议设计等。
4. 功能实现：实现智能家居系统的各项功能，包括传感器数据采集、温度控制、电器控制、安防监控等，同时支持手机APP和语音控制。
本课题采用文献调研和实验研究相结合的方法，通过查阅相关文献和参考资料，了解基于ZigBee技术的无线智能家居系统的基本原理和实现方法；同时，采用实验研究的方法，进行系统硬件和软件的搭建与调试。
智能家居app开发案例-基于ZigBee和Wi-Fi的摘要：根据ZigBee技术及家庭控制网络通信的特点，设计出由ZigBee无线节点和嵌入式网关组成的智能家居系统。
系统中引入多种传感器采集环境信息，能够远程控制家电设备，用户能通过手机APP和短信息方式查看系统信息并接收报警。
0引言深圳智能家居app开发公司《酷点网络》认为：科技的进步以及人们物质生活水平的提高，逐渐推动了智能家居概念的出现。
现在，身为物联网的十大应用领域之一，智能家居的应用与生活息息相关。
各种无线通信技术的不断发展，使家庭智能系统的智能化和远程控制成为一种现实[1]。
对于家庭网络通信而言，传输数据量小，在传输速率上要求不高，网络容量大，家电设备多，所以要求信息实时性好、时延短、成本低[2]。
ZigBee作为一种新兴无线网络通信技术，它的低成本、低功耗和较宽的覆盖范围，使其应用在智能家居领域具有很大的优势[3]。
针对目前市场上的智能家居产品结构复杂、通用性能不强及用户体验不佳等问题，本文设计并实现了一种更为完善的智能家居系统。
Lbs定位：在北京、上海、广州、武汉、成都、东莞、佛山、珠海、中山、惠州、汕头、厦门、南京、苏州、无锡、杭州、厦门、大连、天津、合肥、长沙、贵阳、昆明、南宁、南昌、福州、宁波、温州、郑州、西安、沈阳、济南、青岛、太原、重庆、无锡、青岛、海口智能家居/家电手机app软件开发公司--酷点网络1系统整体方案设计1.1系统构成智能家居系统主要由家庭网关、ZigBee模块、GSM／GPRS模块、Wi-Fi模块、液晶触摸屏、各类传感器以及手机软件终端等组成。
家庭网关是整个系统的核心控制部分，其中ZigBee 协调器负责无线采集和控制网络的链接、数据的分析以及指令的下达；ZigBee各模块则是采集环境信息并根据指令对底层设备进行控制。
系统总体框图如图1所示。
基于ZigBee和Wi-Fi的智能家居系统用户可通过远程网络或者手机软件把控制命令发送给家庭网关，由ZigBee协调器对下面负责环境信息采集或控制家电的各个ZigBee模块进行控制，家庭网关也能通过GPRS或Wi-Fi 向手机软件反馈设备运行状况和采集到的数据。
基于Zigbee的智能家居控制系统摘要:本文介绍了基于Zigbee的智能家居控制系统的组成、开发方案、具体的硬件和软件设计方法以及测试结果。
测试表明，本系统能够成功地利用Zigbee技术对家居设备进行无线组网，配合以NiosII软核为核心的系统终端，完成家居信息的实时显示、家居设备的自动控制和自动根据险情进行短信报警等功能，系统工作快速、灵活、稳定，市场前景广阔。
关键词：Zigbee；智能家居；NiosII；远程报警1 引言智能家居控制系统是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。
它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。
随着科技的提高和经济的发展，人们对家居环境的要求越来越高，作为家居智能化的核心部分—智能家居控制系统也越发显得重要。
本系统采用Zigbee技术、FPGA技术、自动控制技术和传感器自动检测技术，利用以CC2530为核心的Zigbee模块完成系统组网、传感器数据的采集和传输功能。
系统终端以NiosII软核为核心，完成显示、综合控制和报警等功能。
2系统概述基于Zigbee的智能家居控制系统以充分利用系统资源完成对家居环境的监测和家居设备的综合控制，为用户提供更方便舒适的家居生活体验为实现目标。
用户通过终端查看家居信息、操作系统运行和设定温湿度等环境参数；各家用电器和窗帘等处的电机等家居设备根据传感器采集的相应数据和用户设定等因素，在终端的控制下工作；组网功能由隐藏在家中各处与终端和各传感器、家居设备相连的Zigbee模块完成。
2.1 系统组成本系统由一个多个节点、一个终端和一台上位机组成。
节点由Zigbee模块接入系统终端和传感器、家用电器、电机构成，节点之间的网络拓扑结构为星型网络]1[，其中位于星型网络中心的终端收发节点与作为终端的DE2开发板相连。
终端通过上位机软件连接家中的台式电脑，同时终端还与GSM 模块连接以便完成发送短信的功能。
基于ZigBee的智能家居系统摘要：基于ZigBee的智能家居系统是针对家居高度自动化、智能化的要求提出的一种新的解决方案。
主要用ZigBee手持控制器无线采集室内环境参数，远程控制各种家居电器，实现家居控制、参数检测的完全自动化、智能化。
设备以C8051F020单片机为控制核心单元，检测湿度，负责驱动电机，处理和传输数据。
采用高精度传感器作为湿度检测器件，直流电机等为执行机构，完成环境参数检测，对窗帘、交流电电器等的控制功能。
用手持设备通过IP-LINK1270模块串口实现了室内无线通信，可以接收湿度数据，控制简单家居。
本系统具有良好的开发和应用前景。
关键词：ZigBee 无线通信湿度检测智能家居由于生活质量的日益改善，各种家电设备的高度自动化和智能化已经成为一种消费需求，同时科学技术的飞速发展，让这种需求的达到已经不再遥远。
新的ZigBee协议在无线传感器网络和各种无线终端控制方面有良好的前景，为传感器网络和控制设备提出了新的方案。
基于ZigBee的网络控制系统就可以实现对各种家电设备的控制和调节，只需要对旧式家电（家居）进行改装，或加入必要的驱动电路，便可以实现小信号对交流电器的控制。
室内温度、湿度等环境参数直接影响生活质量，同样可以通过ZigBee控制器对室内温度、湿度检测设备进行较远距离的适时采集，然后根据个人意愿对家电（家居）进行不同程度的调节。
我们对实用小功率电扇进行了改装，对窗帘装上直流电机和定滑轮，可以由ZigBee控制器向单片机发送命令对电扇和窗帘的开关程度控制和调节。
室内参数检测方面，开发了湿度检测设备，可以有效的反馈实时数据。
一、系统（主设备）结构及各部分功能在整个系统设计方案中，以C8051F020为核心，作为数据处理器和设备控制器，整个设备也可作为工业现场设备，从属于ZigBee核心控制器。
系统（主设备）结构如图所示，图1 系统（主设备）总体结构图上图中所示各个模块的基本功能分别为：（1）湿度传感器模块：把传感器信号作滤波处理，并送入单片机模拟通道。
基于ZigBee和WiFi的智能语音家居控制系统杨永强;张思;刘智敏;胡祖永;拔贤;杨钟愉【期刊名称】《计算机科学与应用》【年(卷),期】2024(14)1【摘要】电子信息技术的高速发展为智能家居控制系统的设计提供了多样化选择,传统的智能家居无线组网方式更多地偏向于WiFi单种无线组网方式,相较于ZigBee组网技术WiFi技术在功耗、成本以及空间覆盖面上都存在一定的弊端。
为了兼具低功耗、低成本、空间覆盖面广的特点,本文设计了一种混合了ZigBee及WiFi技术的混合式组网智能语音家居控制系统。
该系统以STM32系列单片机作为主控芯片,感知层以ZigBee技术作为传感器的无线组网方式,网络层结合了ZigBee与WiFi技术开发了物联网网关,由网关统一进行数据转发,应用层则主要使用了SpringBoot框架及Vue框架开发了一个控制页面负责实时显示数据和远程控制硬件设备,同时在系统设计中加入语音控制模块提高了用户体验。
本系统高效、节能、便捷,兼具模块化、自动化和智能化,可以实现对家庭室内环境参数指标进行采集和显示,为现代智能家居物联网系统设计提供了一种混合式无线组网方案。
【总页数】13页(P41-53)【作者】杨永强;张思;刘智敏;胡祖永;拔贤;杨钟愉【作者单位】普洱学院理工学院普洱【正文语种】中文【中图分类】TN9【相关文献】1.基于ZigBee、WiFi无线传感网络的智能家居环境监测系统的研究与实现2.基于ZigBee/WiFi技术的无线数据采集与控制系统3.基于ZigBee、WiFi和云服务器集群的智能家居系统设计4.基于无线WiFi技术的智慧家居控制系统的研究与设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ZigBee技术的智能家居环境监测系统引言随着科技的不断发展，智能家居已经成为人们生活中的一部分。
智能家居系统通过使用无线传感器网络和网络通信技术，将家居设备连接起来，实现对家庭环境的自动化控制和远程监控。
其中，受到了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍这一系统的基本原理、主要功能以及应用前景。
一、ZigBee技术的基本原理ZigBee技术是一种低功耗、低数据速率和短距离的无线通信技术，特别适用于智能家居环境监测系统。
它采用了IEEE 802.15.4标准的MAC和PHY层，支持多节点的网络拓扑结构，并且具有自组织和自动配置的特性。
ZigBee技术的特点之一是低功耗，在低频段下工作，能够延长传感器节点的电池寿命。
同时，它还能通过网络传输数据，使得智能家居环境监测系统能够实现远程控制和监测。
二、智能家居环境监测系统的主要功能1. 温湿度监测：智能家居环境监测系统通过安装温湿度传感器，实时监测室内的温度和湿度水平。
用户可以通过手机或其他设备随时了解家中的温湿度情况，根据实际需求调节室内的温度和湿度。
2. 空气质量监测：通过安装空气质量传感器，智能家居环境监测系统可以实时监测室内的空气质量状况，包括PM2.5浓度、有害气体含量等。
当空气质量低于安全标准时，系统会自动报警，提醒用户采取相应的措施。
3. 照明和窗帘控制：智能家居环境监测系统可以根据室内光线水平自动控制照明设备和窗帘。
当光线不足时，系统会自动打开照明设备和窗帘，提供舒适的光线环境。
4. 安全监控：智能家居环境监测系统还可以集成安全监控功能，通过安装摄像头和门窗传感器，实时监测家中的安全状况。
当有可疑人员或异常情况出现时，系统会立即向用户发送警报信息。
三、的应用前景具有广阔的应用前景。
首先，它可以提高家庭的舒适度和生活质量，实现自动化的环境控制。
用户可以通过手机等设备随时随地监测和控制家中的环境，使得居家生活更加便捷、舒适。
其次，它可以提高家庭的安全性。
APPLICAT ION NOT ES 应用天地基于ZigBee的无线智能家庭网关控制技术研究别雷1,刘正东2,刘金根1(1.武汉理工大学信息工程学院,武汉430070;2.上海智银信息科技有限公司)摘要:设计一种新型的基于ZigBee技术的智能无线网关控制系统,以S3C2410为平台,采用L inux操作系统,实现智能家庭网关与终端设备的无线连接;重点研究了该系统的组成、系统的软硬件设计,以及利用ZigBee技术实现对终端设备的控制。
关键词:家庭网关;无线;ZigBee;L inux操作系统中图分类号:T P368.1 文献标识码:AControl Techology for Wireless Smart Home Gateway Based on ZigBeeBie Lei1,Liu Zhengdong2,Liu Jingen1(1.School of Informat ion Engineering,Wuhan U niversity of T echnology,Wuhan430070,China;2.Shanghai Zhiyin Information Technology Co.,Ltd)Abstract:A new smart w ireless gateway system based on ZigBee is designed on S3C2410platform,adopting Linux operat ing system,re alizing w ireless connection betw een smart home gateway and t erminal equipments.T his paper focuses on system composition,hardw are and software design,and the use of ZigBee technology for t he control of term inal equipments.Key words:home gatew ay;w ireless;ZigBee;Linux operating system引 言随着网络技术和现代通信技术的发展,家庭网络化已经成为家庭现代化的趋势。
家庭网络可视为一种分布式网络,通过无线家庭网关实现对普通家电终端的远程控制是未来的发展趋势,因此无线家庭网关是整个家庭网络的核心,它主要实现网络接入、远程控制以及无线连接家庭内部异构子网等功能。
其中无线网关控制技术是一个需要解决的关键问题。
目前无线控制技术主要有IrDA、ZigBee、无线USB、蓝牙、Z Wave。
在以上技术中,IrDA技术最具有成本优势且协议简单,但传输方向单一,不能组网。
Wireless U SB的成本较高,主要用于传输高速多媒体数据,不适合智能家庭的控制应用。
蓝牙技术主要用于传输语音,如果将其应用在智能家庭网关控制,将带来传输距离受限和控制协议复杂等问题。
Z Wave是从ZigBee标准中精简而来,但该技术目前尚不支持全球通用的2.4GH z频段。
ZigBee技术在传输距离、可靠性以及组网能力方面都极具优势,本文利用ZigBee技术对智能无线家庭网关控制技术进行研究。
1无线智能家庭网关控制技术的结构设计1.1家庭网关组网技术的选择ZigBee技术是一种新兴的远距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。
ZigBee技术的低数据速率特点,适合于承载数据流量较小和QoS的要求不高的业务,因此,ZigBee技术是最适合智能家居系统的组网技术。
对于智能家居系统来说,该网络自身是一个动态系统,不断与外界环境相互影响,网络中传输的数据量不大,网络节点多,要求低功耗,因此家庭无线网关利用ZigBee技术,其拓扑结构采用星型结构组网。
1.2家庭网关的无线组网设计基于ZigBee技术的家庭网关系统结构框图如图1所示,家庭网关和若干个无线通信ZigBee节点模块组成星形结构的家庭传输网络。
家庭网关是网络协调器,它主导网络的建立,监督网络的正常运行,配置存储空间,实现网络初始化、数据采集、设备控制等功能。
另外,它配置16位本地地址给设备以节省带宽。
其他的无线通信ZigBee 模块只能与家庭网关之间进行通信,实现状态采集、查询响应、设备控制等。
智能家庭网关是一个智能的嵌入式网络系统,包括硬件和软件两部分。
应用天地 APPLICAT ION NOT ES图1家庭网关的体系结构1.3智能家庭网关硬件结构设计方案硬件部分需要提供多种多样的网络接口类型与控制接口,主要由主控制器、GPRS模块和ZigBee射频通信模块3部分组成,其结构框图如图2所示。
图2智能家庭网关硬件结构框图主控制器CPU控制各种各样的接口,包括以太网接口、U SB接口、A DSL接口、WLA N接口等。
主控制器采用三星公司的A RM9微处理器S3C2410X,它具有外围扩展功能模块,能够实现高速处理。
GPRS模块采用Siemens公司的T C35终端,通过串口与CPU相连,实现与Int ernet的连接。
ZigBee射频收发模块采用Chipcon AS公司的CC2420芯片.控制家庭网内具备ZigBee标准接口的家用电器。
在家电控制器上加载ZigBee无线通信模块成为家庭分布式网络的终端设备。
2无线智能家庭网关控制技术的实现在选定了家庭网关的硬件平台后,家庭网关便有了自己的物理载体,但仅仅是硬件部分,并不能实现家庭网关所应具有的功能,还需要有建立在硬件平台之上的软件控制系统。
2.1智能家庭网关系统的选用家庭网关采用嵌入式Linux操作系统进行开发,包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面等。
操作系统主要实现以下功能:建立交叉编译环境。
引导装载程序(Boot loader),能实现系统的快速引导,提供瞬间开机功能;负责将Linux内核加载到内存,并将控制权交给内核初始化程序。
!Linux内核(kernel)的移植与裁减。
L inux内核采用模块化的组织结构,通过增减内核模块的方式来增减系统的功能,正确合理地设置内核的功能模块,只编译系统所需功能的代码,以获得更高的运行速度。
∀装载文件系统(file syst em)。
嵌入式系统一般不具备硬盘等大容量存储体,而用Flash为主存储器,其文件系统也具有特殊性。
#开发图形用户界面(GU I)。
∃选择上层应用程序(applicat ion)。
2.2智能家庭网关软件结构的设计智能家庭网关采用分层软件设计结构,如图3所示。
在整个软件框架中,位于底层的是各类硬件驱动程序,通过嵌入式L inux操作系统实现底层硬件设备的驱动与管理。
嵌入式Linux操作系统之上是针对设计需要而移植的T CP/IP协议与ZigBee通信协议。
协议层之上为应用程序层,其中包括Web、CGI程序与嵌入式用户图形系统QT和一些其他的嵌入式应用程序。
其中嵌入式Web服务器,提供了全中文的Web管理界面,用于家庭网关的远程访问和管理,Q T是基于本地L CD的一个强大的图形界面系统,实现在家庭内部通过ZigBee对家电终端的访问和控制。
图3 家庭智能网关的分层结构2.3ZigBee通信控制的实现(1)智能家庭网关与终端设备通信连接的建立在家庭网关硬件平台的ZigBee适配器与终端设备之间建立的无线通信连接,是基于无线替代有线而建立的无线信道连接,它与实际的串行连接并没有太大的差别。
这样,在L inux下利用先前移植的ZigBee工具包,完成家庭网关硬件平台上无线适配器与终端设备之间的配对与连接后,就可以以操作设备文件的方式对这条无线信道的串行连接进行操作,在本地实现对终端设备的通信和控制。
主要包括两个方面的内容:一个是网关发送的控制指令要通过ZigBee发送到终端设备,另一个是终端设备反馈给家庭网关的状态数据也要通过ZigBee的方式发送给家庭网关。
通信过程的结构框图如图4所示。
APPLICAT ION NOT ES 应用天地图4 家庭网关通信结构图按照需求编写相应通信控制程序、编译并下载到目标系统。
这些程序要遵循通信协议。
(2)通信连接过程的部分实现代码建立ZigBee网关和终端设备之间的通信连接的代码:void gatew ay::oPen zigbee(){St ruct tennios opt;tegetattr(fd,&opt);efsetispeed(&oPt,B9600);efsetospeed(&opt,B9600);opt.c_cflag&=~PARENB;opt.c_cflag&=~CSTOPB;opt.c_cflag&=~CSIZE;opt.c cfiag|=CSS;opt.c cfiag|=INPCK;opt.c_lflag&=~(ICANON|ECH O|ECHOE|ISIG);opt.c_flag&=~OPOST;tesetattr(fd,tcsanow,&opt);}家庭网关通过ZigBee发送给终端设备的控制指令: void gatew ay::zigbee_send(){Qstring send_dat a;U nsigned int buf[10];U nsigned char i;Send_data=send_Edit->disPlayT ext();for(i=0;i<n;i++){Buf[i]=send_data.mid(I,l).toUint();qDebug(%buff[%d]15%d&,i,buf[i]);}w rite(fd,buf,length);}!终端设备对智能家庭网关的反馈:void SendTest_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t *pkt){sw itch(pkt->clusterId){case SendTest_CLUSTERID:#if defined(LCD_SUPPORT ED)H alLcdWriteScreen((char*)pkt->cmd.Data," rcvd");#elif defined(WIN32)WPRINTST R(pkt->cmd.Data);#endifH alUART Write(H AL_UART_PORT_1,(pkt-> cmd).Data,(pkt->cmd).Dat aLength);if((pkt->cmd).Dat a[8]==0x55){H AL_TOGGLE_LED2();osal_start_timer(SendTest_SEND_MSG_EVT, SendTest_SEND_MSG_TIMEOUT);}else osal_stop_timer(SendTest_SEND_MSG_ EVT);break;}}∀Zigbee网关和终端设备之间通信连接的关闭: void gat eway::elose--zigbee(){close(fd);}3总结本文利用ZigBee技术,以S3C2410为平台,采用Linux操作系统,对无线智能家庭网关与设备终端之间控制技术进行分析,并对硬件结构和软件实现进行了设计。
