基于ZigBee的信息家電遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o線通信方案

        引言
        目前家電控制領(lǐng)域發(fā)展的主要方向是信息家電智能化。許多家庭希望能實(shí)現(xiàn)各種家電“遠(yuǎn)程監(jiān)控一體化”。即通過(guò)一個(gè)遙控器隨時(shí)隨地了解和控制各種家電。信息家電的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是低速率、低數(shù)據(jù)量，新出現(xiàn)的ZigBee技術(shù)為解決此類(lèi)無(wú)線傳輸與控制問(wèn)題提供了一種切實(shí)可行的技術(shù)解決方案。本文就是以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合ARM和GPRS技術(shù)提出了信息家電遠(yuǎn)程監(jiān)控無(wú)線通信方案。
        1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
        ZigBee是一種基于IEEE 802.15A標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信的技術(shù)規(guī)范，它包含3個(gè)工作頻段、27個(gè)信道，每個(gè)頻段的傳輸速率和通信范圍各不相同。ZigBee技術(shù)擁有低功率、低速率、通信范圍較小、網(wǎng)絡(luò)容量大和組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，且擁有省電、安全、可靠、成本低、時(shí)延短等優(yōu)點(diǎn)。方便實(shí)現(xiàn)對(duì)信息化家電的組網(wǎng)與監(jiān)控。
        2 信息化家電通信方案設(shè)計(jì)
        通信方案采用相對(duì)簡(jiǎn)單的ZigBee星型結(jié)構(gòu)。即以ZigBee協(xié)調(diào)器(含全功能ZigBee設(shè)備FFDl為整個(gè)通信方案的核心。以多個(gè)ZigBee終端設(shè)備f含半功能設(shè)備RFD)作為周?chē)墓?jié)點(diǎn)。構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)。再結(jié)合遠(yuǎn)端控制，該方案可由以下這幾部分組成：ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee終端設(shè)備(被控對(duì)象，例如煤氣水三表等電器)、Intenet、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。其中ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)與ZigBee終端和外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。Zig—Bee終端設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和各種數(shù)據(jù)的傳輸。
        根據(jù)方案的組成又可將該方案可分為兩大模塊：
        一是家庭ZigBee協(xié)調(diào)器模塊;二是ZigBee終端模塊。
        前者又分為核心控制模塊、協(xié)調(diào)器端無(wú)線收發(fā)模塊、網(wǎng)絡(luò)接El模塊和GPRS通信模塊：后者分為終端收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)采集與控制模塊。其模型如圖1。家庭ZigBee協(xié)調(diào)器模塊以ARM微處理器為核心。通過(guò)協(xié)調(diào)器端無(wú)線收發(fā)模塊與終端模塊實(shí)現(xiàn)通信。通過(guò)GPRS與手機(jī)通信，通過(guò)Internet與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信。

        實(shí)現(xiàn)各模塊的功能并相互之間的通信。就可以通過(guò)手機(jī)或者通過(guò)Intenet上的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)對(duì)信息化家電實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控。
        3 信息化家電通信方案的模塊及軟件流程
        3.1 ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)模型及其應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)
        (1)ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)模型
        ZigBee協(xié)調(diào)器開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用的是基于ARM920T核的S3C2410X微處理器。是整個(gè)通信方案的核心。
        協(xié)調(diào)器的無(wú)線收發(fā)模塊用的ZigBee全功能設(shè)備——RF收發(fā)芯片CC2430.實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的短距離通信。由于CC2430已固化了ZigBee協(xié)議棧的底層f即PHY層和MAC層)。只需配簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備即可構(gòu)成協(xié)調(diào)器的收發(fā)模塊。GPRS用來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。這一塊可選擇GPRS微處理器MC35i及外圍電路組成。
        也可以采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)。且S3C2410X微處理器內(nèi)部不具備網(wǎng)絡(luò)接E1.協(xié)調(diào)器用微處理器和以太網(wǎng)控制芯片(CS8900A)一起并配合輔助電路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口功能。這樣。通過(guò)S3C2410X微處理器要實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)調(diào)器端與ZigBee終端之間的通信;GPRS與手機(jī)之間的通信;通過(guò)Intenet與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)之間的通信。S3C2410X微處理器為核心的協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)模型如圖2。

        其中，結(jié)構(gòu)模型中電源電路、系統(tǒng)時(shí)鐘電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、Flash/SDRAM存儲(chǔ)器接口電路是S3C2410X微處理器運(yùn)行的基本電路。JTAG接口、以太網(wǎng)接口、串口以及無(wú)線收發(fā)模塊(CC2430和其外圍電路構(gòu)成)。是實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器功能的主要的接口電路。
        JTAG標(biāo)準(zhǔn)主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口有四線。且接法簡(jiǎn)單。
        MAX232和RS232實(shí)現(xiàn)串口功能。用于協(xié)調(diào)器與GPRS設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。GPRS采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的產(chǎn)品。將自帶應(yīng)用程序稍做修改。讓GPRS自動(dòng)收發(fā)數(shù)據(jù)。
        無(wú)線收發(fā)模塊主要是用于ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)的建立、初始化。以及與多個(gè)ZigBee終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)收發(fā)。
        (2)ZigBee協(xié)調(diào)器軟件開(kāi)發(fā)流程
        在ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)中?；贏RM920T的S3C2410X微處理器是核心器件。采用嵌入式操作系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)內(nèi)核小而穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大和出色的文件系統(tǒng)支持等，選擇¨cLinux。首先，在S3C2410X微處理器植入IxcLinux.確定一個(gè)控制平臺(tái)。然后編寫(xiě)并安裝網(wǎng)口、串口、JTAG接口等相關(guān)硬件的驅(qū)動(dòng)程序。再編寫(xiě)由核心器件所控制的3個(gè)通信子程序。即S3C2410X微處理器與GPRS之間的串口通信、S3C2410X微處理器與CC2430之間的通信、S3C2410X微處理器與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)之間的通信。最后是家電的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及遠(yuǎn)端控制程序。也包括3個(gè)子程序。即ZigBee協(xié)調(diào)器端無(wú)線收發(fā)模塊與多個(gè)ZigBee終端收發(fā)模塊之間的通信、GPRS與手機(jī)之間的通信、遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的監(jiān)控程序。在嵌入式系統(tǒng)的交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境下，協(xié)調(diào)器模型的軟件開(kāi)發(fā)流程如圖3。

        3.2 ZigBee協(xié)調(diào)器與ZigBee終端之間的通信
        ZigBee協(xié)調(diào)器與ZigBee終端之間的通信可分ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)的建立和網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)的傳輸兩個(gè)部分。
        ZigBee的軟件開(kāi)發(fā)主要是ZigBee協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層以及應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)。ZigBee星型網(wǎng)是以協(xié)調(diào)器f全功能設(shè)備FFD)為核心。周?chē)荶igBee終端(半功能設(shè)備RFD)。RFD只能與FFD通信。若要實(shí)現(xiàn)RFD之間相互通信。只能通過(guò)FFD中轉(zhuǎn)。每個(gè)ZigBee都有自己唯一的64位MAC地址。組網(wǎng)后有自己的網(wǎng)絡(luò)ID.通過(guò)事先設(shè)定的綁定表來(lái)查找目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的通信。星型網(wǎng)絡(luò)的建立可分為兩個(gè)部分：ZigBee協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)的建立和多個(gè)ZigBee終端的接人與數(shù)據(jù)傳輸。其流程分別如圖4。

        GPRS與手機(jī)之間的通信技術(shù)非常成熟。產(chǎn)品很多，也很容易實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控程序是個(gè)普通的網(wǎng)絡(luò)通信程序，應(yīng)將監(jiān)控對(duì)象與所傳輸數(shù)據(jù)格式對(duì)應(yīng)起來(lái)。
        4 結(jié)語(yǔ)
        本文以ZigBee無(wú)線通信模塊為基礎(chǔ)。以S3C2410X微處理器為核心器件。結(jié)合GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控。通過(guò)手機(jī)或Intemet可以隨時(shí)隨地了解家里的電器并進(jìn)行控制。這將給人們的日常生活帶來(lái)極大的便利。