引言

　　通信技術、嵌入式技術和信息家電的飛速發展，使智能家居網絡的構建成為可能。ZigBee以其低成本、低功耗的特性成為了智能家居無線網絡的首選技術標準。

　　目前通用的家電遙控系統常用的無線控制手段有藍牙、紅外等。藍牙技術 復雜度高，加上成本過高且不能滿足低功耗的要求，因而在家庭網絡領域沒有得到普及；紅外技術只能在可視范圍內實現點對點的通信，對方向性要求較高，無法靈活的構成網絡同時控制多個終端設備。本文應用ZigBee無線技術與嵌入式系統結合設計的家電無線遙控系統，可以實時的獲取各個終端設備的狀態信息，靈活控制ZigBee網絡中的各個終端節點。

　　1 ZigBee技術簡介

　　ZigBee是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發的有關組網、安全和應用軟件方面的技術標準 。ZigBee協議棧由高層應用規范、應用匯聚層、網絡層、媒體訪問控制層（MAC）和物理層（PHY）組成。

　　在ZigBee網絡中，存在兩種不同類型的網絡設備，一種是具有完整功能的設備，即全功能設備（FFD），另一種是簡化功能的設備，即精簡功能設備（RFD）。在網絡中，FFD通?？梢猿蔀榫W絡協調器或者網絡路由，也可以作為終端設備存在于網絡中，可以同時和多個RFD或多個其他的FFD通信；RFD則不能作為網絡協調器，只能和一個FFD進行通信，功能較FFD簡單，容易實現。

　　ZigBee技術網絡支持兩種拓撲結構：星型網絡拓撲、樹型網絡拓撲和點對點的對等網絡拓撲，每一個ZigBee網絡都需要一個FFD協調器實現網絡的協調功能。本文采用的是星型網絡拓撲。

　　2 系統的總體架構

　　ZigBee家電無線遙控系統的總體框圖如圖1所示。

　　2.1 ZigBee遙控系統的硬件平臺

　　ZigBee遙控器的硬件構建如圖2所示。

　　ZigBee無線遙控器作為網絡協調器，既要接收和處理來自ZigBee網絡的數據，又要根據用戶要求控制網絡中各個節點的工作，所需要處理的數據量較大，因而本文采用ARM920T內核的嵌入式微處理器s3c241O作為遙控器的核心處理芯片。

　　s3c2410是三星公司推出的一款面向高性價比、低功耗、體積小、高性能、高集成度的16／32位RIsc嵌入式微處理器。存儲器使用64M的NAND nash和64M的sDRAM。

　　ZigBee無線收發芯片采用飛思卡爾公司開發的符合IEEE8O2.15.4標準的Mcl3192射頻收發芯片 。它工作在2.4GHz頻段，支持對等、星型和樹型網絡結構，與Mcu通過四線sPI接口連接。

　　2.2 終端節點的硬件實現

　　遙控系統終端節點是嵌入到家電系統里面的一個模塊。

　　ZigBee網絡組網成功后，該模塊負責和嵌入式ZigBee遙控器通信，把家電的運行狀態參數通過ZigBee網絡發送給遙控器端，并接收來自遙控器的控制信息，進而控制家電調整參數，以達到用戶的要求。終端節點的硬件框架如圖3所示。

　　設備終端節點的功能是收發數據并執行控制命令，因此，設備節點對硬件平臺的要求較低，本文采用的終端節點的中央處理器為Mc9so8G1'60，z唔Bee收發芯片仍為Mc13192。

　　Mc9S08GT6O 是摩托羅拉一款低功耗、高性能的8位單片機，工作在40MHz主頻上，通過sPI總線控制Mc13192。

　　MC9S08GT60集成了60KB F1ash ROM 與4KB RAM，為移植協議棧提供了足夠的存儲空間。

　　3 系統的軟件實現

　　zigBee網絡分為兩部分分別實現，一個是遙控器的軟件程序編寫，另一個是遙控終端節點的軟件實現。

　　3.1 ZigBee遙控器的軟件實現

　　ZigBee遙控器的實現需要移植zigBee協議棧到Mcu，以及編寫zigBee應用層的程序。本文采用的ZigBee協議棧是Freescale公司開發的BeeSTack。對Beestack協議棧的移植主要是初始化ZigBee收發芯片Mcl3192，配置其各個寄存器及設置收發模式，并令其正常工作。這里著重描述ZigBee應用層程序的實現。遙控器的應用層程序流程如圖4所示。

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　　本文采用的家庭自動化模板是ZigBee聯盟認證的公共模板之一，利用該模板定義的家庭自動設備與相應的ZigBee簇庫，實現對家電的開關、家電狀態的獲取和家電參數的調節等。首先，利用模板定義的設備，以端點的形式實現。這些端點連接到ZigBee協議棧，進而連接到其他端點。其次，端點與端點之間的通信是通過輸入輸出簇來實現的，這些簇包含了應用對象所共享的全部信息屬性。

　　首次運行該遙控系統時，必須通過遙控器作為網絡協調器建立一個PAN網絡。建立網絡的過程包括通過App—Han—dleEdDelect（）函數來掃描能量信道，App—Prepareco0rdinator（）函數選擇短地址信息，設置PAN網絡標識ID，初始化網絡設置等等，調用MLME—sET.request{}和MLME—sET.request{}來使用新的超幀配置參數。網絡建成之后，協調器掃描并捕獲信道上設備的入網請求，給入網的設備分配16位的網內地址與網絡標識號，綁定設備端點之間或對象之間的邏輯連接，并不斷地維護和更新網絡端點綁定表。綁定的過程是網絡協調器檢查模板ID是否有一個輸入簇ID與輸出簇ID對應，若是就把它們的對應關系添加到綁定表里。遙控器作為網絡協調器通過發送應用層控制幀，傳輸對應簇的屬性控制設備節點。

　　3.2 終端設備節點的軟件實現

　　終端節點必須與協調器采用一致的應用模板，才能與協調器正常通信。終端節點作為RFD設備，功能較簡單，組網過程與遙控器類似。組網成功之后，除非設備發生故障或無法通信，一般都不拆除終端節點。這里建立的網絡采用信標不使能的通信模式，終端節點周期性被喚醒，向網絡發生數據請求幀，若查詢到網絡協調器有屬于該節點的數據，則響應協調器，發送數據給網絡協調器或者接收控制幀驅動家電設備完成控制。響應完協調器的數據之后，終端節點返回到周期性休眠與喚醒狀態，隔一定延時再向協調器發送請求幀。

　　4 結語

　　本文在充分了解ZigBee技術特點的基礎上，設計實現了ZigBee無線技術在家電遙控系統。實驗數據顯示，該系統在30米范圍內，無線數據通信的丟包率僅為2％ 一4％之間，若加大發射功率，能達到更長距離的遙控要求。在功耗方面，由于采用ZigBee技術，加上終端節點采用周期性喚醒機制，大大節省開銷，降低系統整體功耗。本文的zigBee家電無線遙控系統是智能家居的一部分，可以預見，隨著越來越多內置ZigBee功能的家電設備投入市場，將能構建更舒適，更方便、更環保的智能家居系統。
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