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基于ZigBee技术的智能家居系统

时间:2015-01-03  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

IEEE电感器种类 802.15.4标准模压电感定义了两种物理设备类型,FFD(全功能设备)和RFD(半功能设备)。FFD是具有路由功能的节点,可以实现ZigBee网络的任意一种逻辑设备类型,它能与RFD或其他FFD通信。RFD只能充当ZED,不具备路由功能,只能选择性地加入已形成的网络,只能与FFD通信,使用最少的资源和存储器空间。
家庭智能控制(如照明、遥控装置、水电气计量及报警、PC机外设的无线连接等)具有这些方面的特点:传输数据量小,无需太大的传输速度,网络的容量要大,家庭中的各种设备多,易部署扩展性灵活性高,信息的实时性要好,时延要短,成本要低。ZigBee技术的特点决定了其能很好地满足家庭网络节点通信的需求。

2 系统总体结构
本系统可以概括为家庭网关和分控节点两个部分,系统结构框图如图2所示。家庭网关是智能家居的核心,抽象起来它作为家庭外网与家庭内网通信的通道并且负责各种不同设备之间通信协议的转换,而且它也作为一种服务平台为用户提供各种可能的增值服务。在系统电感器厂家中采用CC2430芯片和其他几个模块组成家庭网关,它作为ZigBee网络的协调器,负责家庭内网络(ZigBee)的建立、采用星型拓扑并对各个分控节点的入网加以验证等工作。家庭网关中的短信(SMS)收发模块负责外部移动网络(GSM)信息的接入,因此可以与用户手机进行双向通信。家庭内网中的分控节点负责将存储器中的红外脉冲码转换成红外线信号并控制其所在范围内的红外家电设备。每个房间中可以有多个分控节点,每个分控节点可以控制多个红外家电设备。

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3 系统硬件设计
系统硬件电路的设计包括家庭网关和分控节点的设计。
3.1 家庭网关的硬件电路设计
家庭网关的硬件处理器采用无线低功耗单片机CC2430。由于软件协议复杂、数据流量大,所以在内含FLASH的CC2430基础上插件电感器对存储器进行扩展,专门用于对红外脉冲码的存储。铁电存储器(FM25L512)与协调器(CC2430)通过SPI连接。供电模块采用低压差线性可调稳压器TPS78 601稳压至3.6 V输出给整个系统,为了使输出电源的纹波较小,在输出部分采用了一个2.2μF和一个15 pF的电容。另外,在芯片的输入端放置了一个1μF的滤波电容,以减小输入端受到的干扰。系统硬件原理图如图3所示。

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CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统,在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端CC2420、内存和微控制器,是一款低成本低功耗高性能的射频芯片。它使用1个8位8051MCU,具有32/64/128 KB可编程闪存、8 KB的RAM,ADC,Timer,AES-128协同处理器、看门狗定时器、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21个可编程I/O引脚,P0,P1口是完全的8位口,P2口只有5个可使用的位,通过特殊功能寄存器(SFR)的设置可以将这些引脚配置成通用的I/O端口或者是ADC、Timer、SPI、UART器件的外设I/O端口。
短信的收发采用GR64模块,GR64模块一款工业级无线调制解调模块。集射频电路和基带处理器于一体,内置闪速存储器,提供标准的AT命令控制语音、数据、短信和传真的传输。GR64模块提供了丰富的外设接口。短信模块和单片机CC2430通过RS 232进行通信,二者构成了GSM网络和ZigBee网络之间数据转换的通道。
红外收发模块包含红外解调电路和红外调制电路,如图3所示。红外解调电路采用一体化红外接收头TL538,它具有宽电压适应、功耗低、成本低、高接收灵敏度以及优良的抗干扰特性,是通用接收红外信号并解调的元件,不需要任何外接元件,就可以完成从红外线接收到输出TTL电平的数字信号,目前广泛的应用于家用塑封电感器电器及玩具等各种红外遥控和红外接收装置中。发光二极管RED用于接收完成遥控器一个按键的红外脉冲码的指示并作为家庭网关正常工作时的指示灯。红外发送电路通过与门芯片(74LVC1G08)将基带信号和载波信号进行调制,用于驱动红外LED产生红外光。
3.2 分控节点的硬件电路设计
分控节点存在于各个房间中,主要用于接收家庭网关发送来的红外脉冲码,并将其调制到38 kHz载波频率上输出,所以只需要一个红外驱动电路和一个CC2430最小系统,包括上电复位电路和正常工作指示灯,能量供应可以采用电池供电。

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