關鍵字：收發(fā)器" title="收發(fā)器">收發(fā)器 ZigBee" title="ZigBee">ZigBee 紅外家居" title="紅外家居">紅外家居監(jiān)控" title="監(jiān)控">監(jiān)控 CC2430" title="CC2430">CC2430
引言
ZigBee是一種新興的短距離,、低速率無線網絡技術,，主要用于近距離無線連接。早在2004年就被列為當今世界發(fā)展最快,、市場前景最廣闊的十大最新技術之一,。ZigBee是一種無線連接技術的商業(yè)化命名，主要用于解決低成本,、低功耗,、低復雜度、低傳輸速率,、近距離的設備聯網應用,。而紅外技術因興起早、技術簡單等優(yōu)點先在家電遙控市場先入為主,，當前家電遙控基本都采用紅外,。
基于ZigBee與紅外技術的無線家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用便捷,、易擴展,、低成本、低功耗方案實現家居的無線監(jiān)控,。本系統(tǒng)通過傳感器監(jiān)測節(jié)點將收集的信息傳送到監(jiān)視主機,，監(jiān)視主機可通過“網關-CC2430無線模塊-學習型紅外模塊”發(fā)出命令控制當前的紅外遙控的家電，也可通過“網關-CC2430無線模塊”實現對未來ZigBee控制型家電的控制,，從而以便捷,、低成本的方式實現對家居的照明、溫／濕度,、安全和電器的智能監(jiān)控,。另外，只需將監(jiān)視主機接入遠程網絡,，該系統(tǒng)便能實現對家居的遠程實時監(jiān)控,。
本文重點介紹基于ZigBee技術的遙控家電與現行常用紅外遙控家電的兼容和集成及對家居環(huán)境的實時監(jiān)測等方面的研究，最終實現基于ZigBee網絡的智能家居,。針對ZigBee技術本身的低功耗,、低成本和低時延、易擴展等優(yōu)勢,，保證了信息傳輸和反饋的及時性,，并提高了家電遙控設備系統(tǒng)擴展的整體性能。
1 系統(tǒng)架構
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,、傳感器檢測節(jié)點、紅外中轉控制節(jié)點,。監(jiān)視節(jié)點能夠建立并維護ZigBee網絡,，同時負責與監(jiān)控主機的通信。一旦監(jiān)控主機接入遠程網絡,，該系統(tǒng)即可升級實現遠程實時監(jiān)控,。傳感器檢測節(jié)點負責采集家庭光照、溫度,、空氣質量等環(huán)境信息,。紅外中轉控制節(jié)點可根據采集的信息通過紅外線實時控制空調、燈光等傳統(tǒng)紅外型家電，而對于未來的ZigBee控制型家電,，通過CC2430模塊便可實現兼容控制,。
2 硬件設計
2．1 CC2430無線收發(fā)模塊
CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案，它結合一個高性能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的一種典型應用電路,。該電路使用了一個非平衡天線，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PCB微波傳輸線組成,，整個結構滿足RF輸入／輸出匹配電阻50 Ω的要求,。32 MHz的晶振電路由1個32 MHz的石英諧振器(XTA-L1)和2個電容(C191和C211)構成；32．768 kHz的晶振電路由1個32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個電容(C441和C431)構成,。
2．2 傳感器監(jiān)測節(jié)點
監(jiān)測節(jié)點的硬件結構采用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作為空氣質量傳感器探測家居環(huán)境情況,。檢測節(jié)點電路圖設計如圖3所示。
2．3 紅外控制節(jié)點
紅外控制節(jié)點以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作為存儲模塊存儲學習到得紅外編碼，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個三極管進行兩級發(fā)大,。紅外收發(fā)部分電路設計如圖4所示。
3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 監(jiān)視節(jié)點
監(jiān)視節(jié)點既要完成ZigBee網絡的建立和維護,，包括新節(jié)點的加入和原有節(jié)點的退出管理,；也要讀取并處理監(jiān)測節(jié)點的信息：讀取溫度、光敏,、空氣質量傳感器的信息并作出相應的反應,；還要發(fā)送控制命令到控制節(jié)點：根據通過傳感器讀取的居室信息控制相應的家電。監(jiān)測節(jié)點的軟件流程圖如圖5所示,。
3．2 傳感器監(jiān)測節(jié)點
傳感器監(jiān)測節(jié)點的軟件設計主要是對溫度傳感器,、光敏傳感器、空氣質量傳感器的驅動函數的編寫,，限于篇幅在此不作過多闡述,。
3．3 紅外控制節(jié)點
紅外信號的接收和編碼發(fā)射是紅外控制節(jié)點的研究重點，處理思想是：不管遙控器編碼是什么格式,，把原遙控器所發(fā)出的信號進行精確測量并緩存,，對緩存高低電平,、時寬等特征參數進行分析并識別分類，對提取系統(tǒng)碼及參數進行編號存儲,，當需要發(fā)射時,，再讀出儲存器內系統(tǒng)碼與特征參數并附加上用戶的操作碼發(fā)射出去。此方式的工作過程分以下幾步完成：對原始發(fā)射信號波形采集到主控MCU的RAM中,、分析信號,、存儲信號,、發(fā)射信號,。
紅外信號接收流程圖如圖6所示。接收信號波形的測量,，需采用較高速主控制芯片,，對原始信號的進行精密采集，同時采用了比較大的RAM作為信號的緩存,。分析判別信號主要是對采集到的信號進行分析,，比如對信號的發(fā)送周期、引導碼電平時間,、數據編碼高低電平的時間,、編碼位數據等參數進行細致分析，判斷出編碼類別,，提取出特征參數便于下一步的存儲,。
紅外信號發(fā)射流程圖如圖7所示。
信號還原發(fā)射是根據編碼類型查表率獲得特征參數,，再調用發(fā)射函數將存儲的系統(tǒng)碼附加上用戶的操作碼調制發(fā)射出去,。
4 結語
目前，市場上基于ZigBee技術的家居電器還只處在設計或者小范圍生產的階段,，而紅外遙控型家電占據著大部分市場,。著眼于ZigBee本身的技術優(yōu)勢和未來發(fā)展趨勢，結合當前占據主要市場的紅外遙控型家電,，本文作者研究開發(fā)了基于ZigBee與紅外的無線家居監(jiān)控系統(tǒng),。測試表明：該套系統(tǒng)操作性強，可靠性高,，成本相對較低,，具有非常廣闊的市場應用前景。由于現有的技術研究尚不成熟,，進行的只是一些初步的技術嘗試,，還有一些亟待完善的地方，比如,，如何實現遠距離的無遙控設備的控制,，如何真正實現家居的智能化，如何在家庭中建立一個小型的智能控制局域網等，這樣使得其功能更加完善,。作者未將就這一部分進行更深入的探究,。