基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统.doc

基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统2006年6月5日15:28电子技术应用评论(0)阅读：次本文关键字:IEEE布线开关电源电池传感器以太网摘要：介绍了一种基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统。重点阐述了该系统的组成、通讯协议以及无线节点的软硬件设计。该系统在传统的有线家居网络系统的基础上使用ZigBee技术使其具有成本低、功耗低、覆盖范围大的特点。特别是其符合IEEE802.15.4协议利用系统与其它符合标准的产品的互联具有良好的通用性和可扩展性。关键词：智能家居无线网络ZigBee低功耗在智能家居系统中将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性省去花在综合布线上的费用和精力而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。随着无线网络技术的进一步发展必将大大促进家庭网络智能化的进程。本文介绍的智能家居无线网络系统采用ZigBee技术它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术符合IEEE802.15.4协议是IEEE工作组专门为家庭短距离通讯制定的新标准。1ZigBee技术简介ZigBee技术的主要优点有：（1）省电：两节五号电池可使用长达六个月到两年左右的时间；（2）可靠；采用了碰撞避免机制；（3）成本低；（4）时延短；（5）网络容量大；（6）安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能加密算法采用AES-128各种应用可以灵活确定其安全属性。ZigBee技术的特点完全符合家庭网络通讯的需要因此选择ZigBee技术构建智能家居无线网络系统。2智能家居无线网络系统本系统以家庭为单位进行设计安装每个家庭都安装一个家庭网关、若干个无线通讯ZigBee子节能模块。在家庭网关和每个子节点上都接有一个HeliLink无线网络收发模块（符号ZigBee技术标准的产品）通过这些无线网络收发模块数据在网关和子节点之间进行传送。其系统组成如图1所示。下面介绍各部分的结构及功能。家庭网关的结构及功能为：（1）采用ARM构架的32位嵌入式RISC处理器和.uClinux操作系统；（2）通过门锁进行自动设防/解防；（3）遇抢劫或疾病按紧急按钮自动向管理中心报警；（4）每家每户配有自己的网页通过网页显示小区通知、系统各部分工作状况及数据；（5）水、电、气各表数据发给牧业管理中心；（6）通过以太网与小区管理中心通讯；（7）通过网关上的无线ZigBee（IEEE802.15.4）模块与网络中各子节点进行通讯。ZigBee无线通讯子节点的功能为：（1）两路脉冲量数据采集可采集水、电、气三表数据；（2）两路安防传感器开关量数据采集可进行设防/撤防报警、安防报警（红外幕帘、门磁、窗磁、玻璃破碎等）；（3）一路模拟量数据采集；（4）一路模拟量数据输出；（5）一路继电器触点输出；（6）通过无线通讯IEEE802.15.4协议及家庭网关通讯。3通讯协议3.1ZigBee协议的帧结构采用符号ZigBee标准的HeliLink模块的数据帧由数据模式、目标地址、数据长度、数据信息与校验和五部分构成格式如下（数据帧结构中的数据都是16进制数）:“数据模式”占用一个字节。“目标地址”表示数据帧结构要发送的目标位置（网络中的节点号）它占用一个字节。“数据长度”表示数据帧结构中从“数据1”到“数据n”所占据的字节数它也占据了一个字节。“数据信息”表示用户要通过UART0传送的命令或者有效数据占据的字节数由“数据长度”决定。“校验和”是对帧结构中的全部数据（校验和字节除外）进行的校验采用字节逐位异或的方式实现。“校验和”也占据一个字节。3．2无线网络通讯协议帧结构家庭网关通讯协议帧结构是建立在ZigBee协议帧结构的基础上的相当于底层协议中的数据场部分。所以帧结构由节点号、功能编码、数据信息三部分组成如下所示：节点号字段数据长度为1字节其中低四位为数据采集功能编号高四位为子节点号如下所示：功能编码分为三个部分：方向位、数据类型和功能类型。其格式为：方向位：根据主节点作为通讯发送者还是接收者本系统功能可分为两大类：上行和下行。方向位即决定了这一点。数据类型：数据信息与功能编码关系十分密切根据功能不同数据场中数据的内容含义不同；根据数据长度不同数据类型也不同。功能类型：每一个功能类型对应一种系统功能。通过解析功能类型编码可得到系