基于ZigBee的智能家庭網(wǎng)關(guān)控制

　引言

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為家庭現(xiàn)代化的趨勢。家庭網(wǎng)絡(luò)可視為一種分布式網(wǎng)絡(luò)，通過無線家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對普通家電終端的遠(yuǎn)程控制是未來的發(fā)展趨勢，岡此無線家庭網(wǎng)關(guān)是整個家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，它主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、遠(yuǎn)程控制以及無線連接家庭內(nèi)部異構(gòu)子網(wǎng)等功能。其中無線網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)是一個需要解決的關(guān)鍵問題。

　　目前無線控制技術(shù)主要有IrDA、 ZigBee、無線USB、藍(lán)牙、Z-Wave。在以上技術(shù)中，IrDA技術(shù)最具有成本優(yōu)勢且協(xié)議簡單，但傳輸方向單一，不能組網(wǎng)。 WirelessUSB的成本較高，主要用于傳輸高速多媒體數(shù)據(jù)，不適合智能家庭的控制應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)主要用于傳輸語音，如果將其應(yīng)用在智能家庭網(wǎng)關(guān)控制，將帶來傳輸距離受限和控制協(xié)議復(fù)雜等問題。Z-Wave是從ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中精簡而來，但該技術(shù)目前尚不支持全球通用的2．4 GHz頻段。 ZigBee技術(shù)在傳輸距離、可靠性以及組網(wǎng)能力方面都極具優(yōu)勢，本文利用ZigBee技術(shù)對智能無線家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)進(jìn)行研究。

　　1 無線智能家庭網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1．1 家庭網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)技術(shù)的選擇

　　ZigBee技術(shù)是一種新興的遠(yuǎn)距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率特點(diǎn)，適合于承載數(shù)據(jù)流量較小和QoS的要求不高的業(yè)務(wù)，因此，ZigBee技術(shù)是最適合智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)。對于智能家居系統(tǒng)來說，該網(wǎng)絡(luò)自身是一個動態(tài)系統(tǒng)，不斷與外界環(huán)境相互影響，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多，要求低功耗，因此家庭無線網(wǎng)關(guān)利用ZigBee技術(shù)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。

　　1．2 家庭網(wǎng)關(guān)的無線組網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　基于ZigBee技術(shù)的家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，家庭網(wǎng)關(guān)和若干個無線通信ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊組成星形結(jié)構(gòu)的家庭傳輸網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，它主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的建立，監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，配置存儲空間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)初始化、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制等功能。另外，它配置16位本地地址給設(shè)備以節(jié)省帶寬。其他的無線通信ZigBee模塊只能與家庭網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集、查詢響應(yīng)、設(shè)備控制等。智能家庭網(wǎng)關(guān)是一個智能的嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分。

　　1．3 智能家庭網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

　　硬件部分需要提供多種多樣的網(wǎng)絡(luò)接口類型與控制接口，主要由主控制器、GPRS模塊和ZigBee射頻通信模塊3部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　主控制器CPU控制各種各樣的接口，包括以太網(wǎng)接口、USB接口、ADSL接口、WLAN接口等。主控制器采用三星公司的ARM9微處理器 S3C24-10X，它具有外圍擴(kuò)展功能模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高速處理。GPRS模塊采用Siemens公司的TC35終端，通過串口與CPU相連，實(shí)現(xiàn)與 Internet。的連接。ZigBee射頻收發(fā)模塊采用Chipcon AS公司的CC2420芯片．控制家庭網(wǎng)內(nèi)具備ZigBee標(biāo)準(zhǔn)接口的家用電器。在家電控制器上加載ZigBee無線通信模塊成為家庭分布式網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備。

　　2 無線智能家庭網(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之上的軟件控制系統(tǒng)。
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