基于ZigBee的無(wú)線智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)研究

2 無(wú)線智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
在選定了家庭網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)后，家庭網(wǎng)關(guān)便有了自己的物理載體，但僅僅是硬件部分，并不能實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)所應(yīng)具有的功能，還需要有建立在硬件平臺(tái)之上的軟件控制系統(tǒng)。
2．1 智能家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的選用
家庭網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面等。操作系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
①建立交叉編譯環(huán)境。
②引導(dǎo)裝載程序(Bootloader)，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速引導(dǎo)，提供瞬間開(kāi)機(jī)功能；負(fù)責(zé)將Linux內(nèi)核加載到內(nèi)存，并將控制權(quán)交給內(nèi)核初始化程序。
③Linux內(nèi)核(kernel)的移植與裁減。Linux內(nèi)核采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)，通過(guò)增減內(nèi)核模塊的方式來(lái)增減系統(tǒng)的功能，正確合理地設(shè)置內(nèi)核的功能模塊，只編譯系統(tǒng)所需功能的代碼，以獲得更高的運(yùn)行速度。
④裝載文件系統(tǒng)(file system)。嵌入式系統(tǒng)一般不具備硬盤等大容量存儲(chǔ)體，而用Flash為主存儲(chǔ)器，其文件系統(tǒng)也具有特殊性。
⑤開(kāi)發(fā)圖形用戶界面(GUI)。
⑥選擇上層應(yīng)用程序(applieation)。
2．2 智能家庭網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
智能家庭網(wǎng)關(guān)采用分層軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在整個(gè)軟件框架中，位于底層的是各類硬件驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)嵌人式Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)底層硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)與管理。嵌入式Linux操作系統(tǒng)之上是針對(duì)設(shè)計(jì)需要而移植的TCP／IP協(xié)議與ZigBee通信協(xié)議。協(xié)議層之上為應(yīng)用程序?qū)?，其中包括Web、CGI程序與嵌入式用戶圖形系統(tǒng)QT和一些其他的嵌入式應(yīng)用程序。其中嵌入式web服務(wù)器，提供了全中文的Web管理界面，用于家庭網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和管理，QT是基于本地LCD的一個(gè)強(qiáng)大的圖形界面系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在家庭內(nèi)部通過(guò)ZigBee對(duì)家電終端的訪問(wèn)和控制。

2．3 ZigBee通信控制的實(shí)現(xiàn)
(1)智能家庭網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備通信連接的建立
在家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)的ZigBee適配器與終端設(shè)備之間建立的無(wú)線通信連接，是基于無(wú)線替代有線而建立的無(wú)線信道連接，它與實(shí)際的串行連接并沒(méi)有太大的差別。這樣，在Linux下利用先前移植的ZigBee工具包，完成家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)上無(wú)線適配器與終端設(shè)備之間的配對(duì)與連接后，就可以以操作設(shè)備文件的方式對(duì)這條無(wú)線信道的串行連接進(jìn)行操作，在本地實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備的通信和控制。主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一個(gè)是網(wǎng)關(guān)發(fā)送的控制指令要通過(guò)ZigBee發(fā)送到終端設(shè)備，另一個(gè)是終端設(shè)備反饋給家庭網(wǎng)關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)也要通過(guò)ZigBee的方式發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。通信過(guò)程的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。