智能家居系統(tǒng)方案培訓(xùn)講學(xué)

1、智能家居系統(tǒng)方案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(kāi)、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

2、賽作品中涉及的全部源碼及資料，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。參賽咼校（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)Intelligent Home Furnishing system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：匕本科組高職組專項(xiàng)獎(jiǎng)

3、：恩智浦專項(xiàng) WINDRIVER摘要家居環(huán)境智能化己經(jīng)成為當(dāng)前的社會(huì)主流，面對(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j avaweb網(wǎng)絡(luò)開(kāi)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Z

4、igbee技術(shù)作為本系統(tǒng)的無(wú)線組網(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JAVAWE網(wǎng)絡(luò)開(kāi)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, the in tellige nt household system has become the main stream of society. Somehuma n e

5、rrors and uncon trolled factors cause so many disastrous failures, which request tothe in tellige nt household system for some specific requireme nts. At the same time,because the society pressure becomes more and more serious, the in tellige nt household system becomes a n ecessary choice. This pap

6、er prese nts a new in tellige nt household system based on the Zigbee wireless n etwork tech no logy and the java web Network developme nt tech no logy. This in tellige nt household system is less cost, lower complexity, apt to more rapid deployme nt, which can meet all the requireme nts. Firstly, t

7、his paper prese nts a solution of the intelligent household system, which based on the domestic and foreign experie nee of desig ning the in tellige nt household system. Secon dly, based on the comparis on of the curre nt main stream wireless n etwork ing tech no logies this in tellige nt household

8、system decides to adopt the Zigbee wireless n etwork ing tech no logy. The in ternal network topology is star topology. The CC2530 RF chip is used to form the device and the coord in ator, which is used to form the in ternal wireless n etwork. Fin ally the family n etwork stati on is built the SQL d

9、atabase and the java web Network developme nt tech no logy.This in tellige nt household system achieves the data tran smissi on of the family internal n etwork and the remote mon itori ng. which has the characteristics of lower complexity, easy to maintain. This system has great value on the develop

10、ment of the in tellige nt household system.Key words: Intelligent Household System, Zigbee stack, CC2530, Family Station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?更加輕松、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

11、統(tǒng)也在 逐漸成為一個(gè)新興的研究領(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

12、庭網(wǎng)絡(luò)的研究起于 20世紀(jì)70年代，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(kāi)始出現(xiàn)了住宅電子化(HE, Home Electronics)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,Home Automation)o 80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, Wise Home)，在歐洲稱為時(shí)髦屋(SH

13、, Smart Home)。近幾年，在各大公司和媒體的強(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(kāi)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(kāi)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(kāi)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：、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)

14、據(jù)，讓用戶足不出戶了解室內(nèi)外環(huán)境狀況。、可靠的安防監(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。、便捷人性的開(kāi)關(guān)控制：實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制或定時(shí)開(kāi)關(guān)，如窗簾可以實(shí)現(xiàn)在床上打開(kāi)，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(kāi)，其他人均無(wú)法打開(kāi)。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)確讀取；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(kāi)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(shù)狀和網(wǎng)狀。在本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的通

15、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：、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

16、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)。、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。、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。、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)。、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。、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

17、包括 ZigBee無(wú)線通信模塊、溫濕度采集模塊、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

18、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(kāi)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)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

19、理和通信。它集成傳感器件、數(shù) 據(jù)處理單元和通信模塊，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。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。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)

20、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)4.2.1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422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

21、ZigBee2007規(guī)范的為IEEE 802.15.4 產(chǎn)品和平臺(tái)使用的協(xié)議棧。它在 CC2530上系統(tǒng)、MSP430+252C和 LM3S9B96+CC252上支持 ZigBee 和 ZigBee-Pro 特征集。Z-Stack 支持Smart Energy、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ZigBee Network Processor (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:ZigBee%備對(duì)象(ZDO)MIDE SAP ) Ml.ME-SAP、如丄hLUk-SA

22、r安全服務(wù)供應(yīng)尋應(yīng)用程序框架m用gi i:AJOL-S.XP 1應(yīng)用支持于層APSDE-SAP網(wǎng)絡(luò)氐(NWK)Ittk MD2.1S.44： Zh媒體什質(zhì)訪何層CMAC)物理層PHV) 帕網(wǎng)圖4.11 ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu),然后初始化系統(tǒng),執(zhí)行Z-Stack協(xié)議棧是從main函數(shù)開(kāi)始的。首先需要對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行初始化后執(zhí)行操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的初始化流程如圖4.12所示I 幵蠟）厠始化存桶分配余統(tǒng)I :初始化進(jìn)時(shí)器1M祐化電斬育環(huán)帝扯廠初始化系統(tǒng)住芳廠建立有效率地査找喘凰堆nr（菇束丿圖4.12操作系統(tǒng)初始化流程在初始化結(jié)束后就開(kāi)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)制的串行執(zhí)行任務(wù)的系

23、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(kāi)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(kāi)姐圖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(kāi)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

24、 完成硬件初始化和協(xié)議棧初始化之后開(kāi)始啟動(dòng)協(xié)議棧。啟動(dòng)協(xié)議棧后的首要任務(wù)是將終端節(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(kāi)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)

25、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) 就開(kāi)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(kāi)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11啟動(dòng)廊隊(duì)桟（開(kāi)始）土網(wǎng)天綁疋*上告可越氣卑揑陽(yáng)技誓七息與網(wǎng)關(guān)堆仃時(shí)閩同步緒周期件衽命定時(shí)應(yīng)用層事件處理上傳臨力卄躡位與網(wǎng)罐行時(shí)間同步圖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：

26、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)線接收處理函數(shù)執(zhí)行流程如圖4.15所示。1搖收數(shù)熱F卜注性檢在1愉?E狡瓏和不足該筠統(tǒng)消息,丟 弄敎據(jù)包椒羯具體命令類型爲(wèi)譽(yù)詢給黑返自|Si蟲圖4.15無(wú)線接收處理函數(shù)執(zhí)行流程樸時(shí)艮體命令譽(yù)利村終瑞肯己進(jìn)行 揑制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位斗1濕度數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和圖4.22 DHT21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

27、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0 C。由于DHT21采用的是單總線串行通信方式。數(shù)據(jù)傳 送開(kāi)始前,MCU要先向DHT21發(fā)送一個(gè)開(kāi)始信號(hào),開(kāi)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)。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VCC單思紅f垃商井建卜一準(zhǔn)蒂箱岀土機(jī)借弓Olli f；呂束上攔電阻從機(jī)拉低SDu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(kāi)始信號(hào)是將總線拉低至少18ms。在發(fā)送完開(kāi)始信號(hào)后，主機(jī)要將總線拉高20-40us,然后讀取D

28、HT21的信號(hào)響應(yīng)。在接收到主機(jī)發(fā)送的開(kāi)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DHT21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。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 0DHT21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。開(kāi)的：吋CHin-Pl_(| - 1地時(shí)專

29、f，HCust廉|A圖4.26 DHT21采集數(shù)據(jù)流程442光照采集驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)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-Integrated Circuit( 集成電路總線)總線是飛利浦公司在80年代開(kāi)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 唯一的地址。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。 TOC o 1-5

30、h z 從機(jī)確認(rèn)宿號(hào)II 1IIII片十II予節(jié)応也中肋L：Akack11起站信七停止信號(hào)圖4.27 IIC 總線的數(shù)據(jù)傳輸由于CC2530沒(méi)有IIC 總線接口，所以不能直接對(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10 口實(shí)現(xiàn)IIC 總線的模擬。與BH1750FVI的SCL引腳相連接的10 口設(shè)置成輸出方式,并由軟件控制產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)；與SDA引腳相連的I0 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