基于ZigBee與紅外的家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。早在2004年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)之一。ZigBee是一種無(wú)線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，主要用于解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而紅外技術(shù)因興起早、技術(shù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)先在家電遙控市場(chǎng)先入為主，當(dāng)前家電遙控基本都采用紅外。

　　基于ZigBee與紅外技術(shù)的無(wú)線家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用便捷、易擴(kuò)展、低成本、低功耗方案實(shí)現(xiàn)家居的無(wú)線監(jiān)控。本系統(tǒng)通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)將收集的信息傳送到監(jiān)視主機(jī)，監(jiān)視主機(jī)可通過(guò)“網(wǎng)關(guān)-CC2430無(wú)線模塊-學(xué)習(xí)型紅外模塊”發(fā)出命令控制當(dāng)前的紅外遙控的家電，也可通過(guò)“網(wǎng)關(guān)-CC2430無(wú)線模塊”實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)ZigBee控制型家電的控制，從而以便捷、低成本的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的照明、溫／濕度、安全和電器的智能監(jiān)控。另外，只需將監(jiān)視主機(jī)接入遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)便能實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　本文重點(diǎn)介紹基于ZigBee技術(shù)的遙控家電與現(xiàn)行常用紅外遙控家電的兼容和集成及對(duì)家居環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等方面的研究，最終實(shí)現(xiàn)基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能家居。針對(duì)ZigBee技術(shù)本身的低功耗、低成本和低時(shí)延、易擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，保證了信息傳輸和反饋的及時(shí)性，并提高了家電遙控設(shè)備系統(tǒng)擴(kuò)展的整體性能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)組成如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)視節(jié)點(diǎn)、傳感器檢測(cè)節(jié)點(diǎn)、紅外中轉(zhuǎn)控制節(jié)點(diǎn)。監(jiān)視節(jié)點(diǎn)能夠建立并維護(hù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)負(fù)責(zé)與監(jiān)控主機(jī)的通信。一旦監(jiān)控主機(jī)接入遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)即可升級(jí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。傳感器檢測(cè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集家庭光照、溫度、空氣質(zhì)量等環(huán)境信息。紅外中轉(zhuǎn)控制節(jié)點(diǎn)可根據(jù)采集的信息通過(guò)紅外線實(shí)時(shí)控制空調(diào)、燈光等傳統(tǒng)紅外型家電，而對(duì)于未來(lái)的ZigBee控制型家電，通過(guò)CC2430模塊便可實(shí)現(xiàn)兼容控制。

2 硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 CC2430無(wú)線收發(fā)模塊

　　CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案，它結(jié)合一個(gè)高性能2．4 GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆小巧高效的8051控制器。圖2為CC2430的一種典型應(yīng)用電路。該電路使用了一個(gè)非平衡天線，這樣可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341，L32 1，L331以及一個(gè)PCB微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入／輸出匹配電阻50 Ω的要求。32 MHz的晶振電路由1個(gè)32 MHz的石英諧振器(XTA-L1)和2個(gè)電容(C191和C211)構(gòu)成；32．768 kHz的晶振電路由1個(gè)32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個(gè)電容(C441和C431)構(gòu)成。

　　2．2 傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

　　監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)采用CC2430作為微處理器，采用DSl8B20作為溫度傳感器、TPS851作為光敏傳感器、TGS2600作為空氣質(zhì)量傳感器探測(cè)家居環(huán)境情況。檢測(cè)節(jié)點(diǎn)電路圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

　　2．3 紅外控制節(jié)點(diǎn)

　　紅外控制節(jié)點(diǎn)以CC2430作為微處理器，采用一體化的紅外接收頭接收紅外信息，以24C64作為存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)學(xué)習(xí)到得紅外編碼，考慮到紅外發(fā)射的距離和有效性，電路紅外發(fā)射管加入了2個(gè)三極管進(jìn)行兩級(jí)發(fā)大。紅外收發(fā)部分電路設(shè)計(jì)如圖4所示。