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基于ZigBee无线智能家居抑制系统的设计

发布时间:2018-12-02 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    基于ZigBee无线智能家居抑制系统的设计作者: 王乃旭   摘要 基于ZigBee无线技能,将ZigBee无线通讯技能应用于智能家居中,以CC2430模块作为传感器节点核心处理器的设计思维软件方面则选择了合适的网络协议算法,将Tinyos系统移植到了CC2430平台上,然后编写了传感器节点的收发程序。
  关键词 ZigBee CC2430模块 智能家居系统
  1 引言
  如今国内外的智能家居网络设计,成本、功耗是组建智能家居网络中较为突出的两个要素,ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技能专为低速率、低功耗的无线互联应用而设计的。ZigBee技能特点主要包括以下几个局部:①功耗低②数据传输速率低③成本低:ZigBee数据传输速率低,协议大略。④时延短:常常时延都在15~30ms之间。⑤可靠性:选取碰撞避免策略,MAC层选取完全确认的数据传输模式。⑥平安性:提供基于冗余码校验数据包检查功能,又选取128位高等加密算法。
  本文基于ZigBee无线技能以CC2430模块作为传感器节点核心处理器的设计思维软件方面则选择了合适的网络协议算法实现抑制。
  2 ZigBee协议概括
  连接,可用于补救GPS系统无法定位室内物体的缺陷,该技能一贯反应用于楼宇核工业直接抑制,消费类电子,医疗器械,家庭数字化和消防平安等领域。
  ZigBee协议栈由一组子层构成,每层为其上层提供一组特定的服务:数据实体提供数据传输服务,管理实体提供全部其他服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为上层提供服务接口,并且每个SAP提供一系列的基本服务指令来完成相应的功能。ZigBee协议栈的体系结构模型如图1所示,IEEE 802.15ZigBee技能是一种新型的短距离,低速率,低功耗无线网络技能,主要适用于近距离无线.4标准定义了物理层(PHY)和介质接入抑制子层(MAC);ZigBee联盟定义了网络层和应用层(APL)框架的设计。
  3 CC2430芯片的本能及特点
  CC2430/是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议。根据芯片内置闪存的不同容量,分辨对应内置闪存32/6 4/128 KB。在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微抑制器。它使用1个8位MCU(8051),具有32/64/128 KB可编程闪存和8 KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog Timer)、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。芯片选取0.18μm CMOS工艺生产,事务时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下,电流损耗分辨低于27 mA或25 mA。
  CC2430芯片的主要特点如下:
  ●高本能、低功耗的8051微抑制器内核;
  ●适应2.4GHzIEEE 802.15。4的RF收发器;
  ●极高的接收灵敏度和抗干扰本能;
  ●8 KB sRAM,具备在各种供电方式下的数据保持能力;
  ●强大的DMA功能;
  ●掉电方式下,电流消耗惟有O.9uA,外部停止或者实时钟(RTc)能唤醒系统;
  ●挂起方式下,电流消耗小于O.6uA,外部停止能唤醒系统;
  ●硬件支持避免冲突的载波侦听多路存取(csMAcA);
  ●电源电压范围宽(2.O~3.6 V);
  ●支持数字化的接收信号强度指示器/链路质量指示(RssI/LQI);
  ●电池监视器和温度传感器;
  ●具有8路输入8~14位ADC;
  ●高级加密标准(AEs)协处理器;
  ●2个支持多种串行通讯协议的usART;
  ●1个IEEE 802.5.4媒体存取抑制(MAc)定时器;
  ●1个通用的16位和2个8位定时器;
  4 智能家居系统总体架构与无线传感器节点结构
  (1)无线传感网络一般由传感器节点、汇聚节点和管理节点组成。传感器节点主要是根据测量目的和测量需求,合理的分布于监测对象区域内,各个节点通过网络的自适应功能自动组织成网络,同时各个节点都具备收发数据的功能。汇聚节点也通过相同的方式将信息反向发送至各传感器节点。而且,汇聚节点能够通过intemet互联网来实现远程管理节点或者与节点进行通讯,如图1所示。
  系统中每一个传感器节点,都非常于一个完整的嵌入式系统,一般结构为传感器、微处理器单元、无线通讯单元和能量供应单元四个局部构成。
  (2)CC243O核心电路设计
  CC2430作为无线传感网络节点的核心。用户通过该调试接口对片内FLASH编程、访问内部记忆体和特殊功能寄存器(SFR),并且支持断点测试、单步运行、寄存器状态批改等功能。由于CC2430芯片本身的高度集成化,只需小量的外围器件与之配合,即可组成一个完整的信号收发系统,如图2所示。
  (3)传感器信号电路设计
  信号调理电路的功能是将传感器采集的模拟信号经过调理后形成用于数据采集,抑制过程的数字信号,然后再送入处理器进行处理。在变换为数字数据之前必须进行调理。调理便是放大,缓冲或定标模拟信号,使其符合于模/数转换器(ADC)的输入。此步骤的关键是选择运放,如图3所示。
  电路主要由积分器A1和施密特对照器A2组成,电路具有很高的精度和稳定性。
  5 智能家居传感器节点软件设计
  AODV算法的详细分析:
  针对家庭网络的特殊应用环境,选择以AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing)是一种典型的按需路由协议,算法本身支持单播与多播路由,该路由算法按源节点的需求建立并管理路由表,并利用路由树来管理多播成员组。
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