无线通信实例

近距无线通信应用实例zigbee智能家居智能家居智能家居用户通过PC端的浏览器登录用户管理系统，利用Internet远程访问家庭内部的嵌入式网关,嵌入式网关中的服务器会根据用户的需求通过串口(UART)向无线家庭网络的协调器(Coordinator)发送交互指令，用以控制家庭网络内部的各种关联电器。由结构图不难看出，本系统主要包含三部分:PC客户端用户管理系统、嵌入式家庭网关和无线家庭网络。智能家居(1)PC客户端用户管理系统。这一系统是在嵌入式家庭网关的基础上实现了WEB服务器和数据库的相关功能，通过一组人机交互的界面达到方便用户使用和管理的效果。智能家居(2)嵌入式家庭网关。嵌入式家庭网关是整个系统的核心部分，它是处于外部internet和内部无线家庭网络中间的一个节点，也就是家庭网络的入口节点。一方面，嵌入式家庭网关要支持TCP/IP协议并能提供web服务，从而允许客户远程访问它;另一方面，它要实现外部Internet和内部家庭网络之间协议的转换、地址转换和路由等功能，类似internet上的网关.智能家居(3)无线家庭网络。采用新兴的ZIGBEE技术，每个嵌入ZIGBEE模块的信息家电都可以看作是一个zIGBEE节点，整个家庭无线网络是由ZIGBEE节点组成的无线局域网。网关接收用户从远程发来的控制信息，经过处理转发给zIGBEE网络的coordinator，coordinator根据信息中地址把控制信息转发相应的Router节点，实现对家庭内的信息电器监测和控制。智能家居(1)网关嵌入式家庭网关的硬件选型嵌入式微处理器中的ARM9系列处理器具有功耗低、成本低、效率高，接口资源丰富的优点，与其它嵌入式处理器相比，它的通用性、稳定性、功能的完备性以及可扩展能力都有着巨大的优势。采用了以ARM920T为核心的S3C2440处理器。智能家居(1)网关MINI2440是一款低价实用的ARM9开发板，也是目前国内性价比最高的一款实验板，它采用SamsungS3C2440为微处理器，并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性，实物如图。智能家居(1)网关智能家居(1)网关嵌入式操作系统的选择在嵌入式领域可以选择的操作系统有很多，最流行的主要有以下几种:vxWorks、windowsCE、UC/OS-II、嵌入式Linux智能家居(1)网关嵌入式家庭网关一方面要支持TCP/IP协议并能提供web服务，从而允许客户远程访问它;另一方面要实现外部Intemet和内部家庭网络之间协议的转换、地址转换和路由等功能。在设计过程中需要完成三个主要任务:搭建嵌入式系统开发平台；建立嵌入式WEB服务器；移植应用嵌入式数据库。智能家居(1)网关搭建嵌入式系统开发平台：根据所选定的处理器类型和操作系统搭建系统开发所需要的平台环境，为进一步的开发打下良好的基础。操作系统开发工具等。智能家居(1)网关嵌入式WEB服务器的建立：智能家居(1)网关嵌入式WEB服务器可建立在B/S(Browser/Server)基础之上的，用户可以通过客户端的浏览器向服务器发送请求，服务器会根据请求的类型将用户所需要的信息返回到浏览器，其工作原理如图所示。智能家居(1)网关智能家居(1)网关在这个过程中往往还会涉及到动态网页的生成，对数据库的访问以及一些应用程序的执行等。由原理图可以看出，嵌入式WEB服务器的关键技术是HTTP引擎和CGI(COMMONGATEWAYINTERFACE公共网关接口)技术。智能家居(1)网关HTTP：HTTP是目前互联网上最流行的协议，是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。这就是你为什么在浏览器中看到的网页地址都是以http://开头的原因。智能家居(1)网关CGI技术CGI是一种在服务器与外部脚本或程序之间进行交互的方法，它通过从WEB服务器上接收信息，创建一个子过程以便为CGI脚本处理或存储从服务器上接受的信息。通过CGI，用户可以在WEB页面上添加一些程序，向访问者提供一种方式来存储信息和执行一些外部程序，访问数据库。另外，用户可以通过CGI动态地修改页面。CGI的工作流程如下:智能家居(1)网关(1)用户通过客户端浏览器向服务器发送HTTP消息，请求建立连接。(2)服务器处理用户的请求信息。在这里服务器要跟据请求报文的具体内容来判断用户请求的资源是静态网页还是CGI的应用程序。如果是静态网页服务器就读取相应的磁盘文件，并将其作为HTTP响应消息中的实体返回给客户端;而如果是CGI应用程序，服务器则会执行相应的CGI脚本从而创建一个CGI的应用进程，并去执行相应的应用程序。(3)服务器对CGI应用程序的执行结果进行分析，并在此基础上生成HTTP的响应信息返回给用户。(4)服务器在判定CGI脚本执行完毕后，断开与浏览器的连接。智能家居(1)网关嵌入式WEB服务器BOA的移植鉴于嵌入式资源一般都比较有限，而且也不需要同时处理多用户的不同请求，因此没有必要使用Linux下常用的APache等服务器。常用的嵌入式服务器有三种，HTTPD、THTTPD和BOA。HTTPD是最简单的服务器，不支持认证也不支持CGI。而THTTPD和BOA则都提供对认证和CGI的支持，由于BOA的功能较THTTPD更全面一些，所以可选取BOA作为系统的服务器。智能家居(1)网关BOA是一个非常小巧的WEB服务器，可执行代码只有约60KB，是一个单任务WEB服务器，只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接的请求。但BOA支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。BOA的设计目标是速度和安全，在其站点公布的性能测试中，BOA的性能要好于APache服务器。智能家居（1）网关嵌入式数据库sqlite3在家庭网关中的应用目前在Linux下常用的数据库有多种，其中oracle和IBMDB虽然功能强大，但体积过于臃肿，且不能免费使用。MySQL体积中等，功能也较齐全，不过也需要付费才能使用，而且相对于嵌入式设备而言，体积仍然是过于大的。MysQL是小型的数据库，也十分适用于嵌入式设备，但使用期限有限制，并且不是完全开源的。智能家居（1）网关几款开源的数据库相比，PostgreSQL功能完善，但体积较大;BerkelcyDB开发难度较大;sqlite则在体积与功能之间做到了较好的平衡，是一款比较理想的嵌入式数据库。智能家居（1）网关sqlite是嵌入式sQL数据库引擎sQLite(sQLiteEmbeddableSQLDatabaseEngine)的一个扩展，它是一个实现嵌入式sQL数据库引擎的小型c语言库(Clibrary)，实现了独立的，可嵌入的，零配置的sQL数据库引擎。sqlite3在ARM一Linux平台上的编译与移植智能家居（1）网关小结：嵌入式网关系统的构建过程，首先搭建了嵌入式系统的开发平台，接着根据嵌入式系统的特点，在Limix系统下移植了BOA服务器和嵌入式数据库sqlite3，利用CGI技术实现了客户端与服务器端的交互。智能家居（2）zigbee无线家庭网络ZIGBEE技术的概念、名称、技术特点ZIGBEE技术的网络基础，包括节点类型、拓扑结构和路由方式zIGBEE协议基于ZIGBEE协议栈进行开发的程序框架和常用的应用函数接口。智能家居（2）zigbee无线家庭网络ZIGBEE网络的建立系统在组网的过程中主要涉及两种节点，协调器节点和一般的路由节点，其中协调器起着决定性的作用。组网的流程是这样的:首先确定一个节点作为系统的主控制器节点，也就是作为协调器。它会在自己所处的空间内进行信息扫描，从2400MHz-一2483.5MHz的16个通道中选择一个，发起请求并创建一个PAN网络。智能家居（2）zigbee无线家庭网络同时它会创建一个网络邻接表，以便存储即将加入本网络的其他路由节点的信息。然后协调器会时刻对网络进行监听，当发现路由节点的请求信息后，它会根据路由节点所提供的有效信息(一般是由IEEE分配的64位全球唯一标识符)对其进行审核以决定是否允许该节点加入。审核通过后，协调器会为该路由节点分配一个16位的PAN短地址以区别于本网络内的其他节点，智能家居（2）zigbee无线家庭网络并将该节点的基本信息添加到网络邻接表中。以此类推，协调器会以同样的方法添加其他的路由节点或其他路由节点的子节点，直至家庭中的各个设备节点都已经添加到网络中为止。最后，协调器会为节点间的通信制定统一的协议标准，实时的更新网络邻接表，以便合理有效的管理整个网络。智能家居（2）zigbee无线家庭网络1)协调器节点程序设计协调器是整个ZIGBEE网络的核心，它主要负责网络的建立、成员的加入和网内地址的分配、网络邻接表的更新、数据的转发等，此外还要通过串口与ARM处理器进行通信。一个PAN内有且仅有一个协调器。协调器节点在工作的过程中调用了许多的函数接口，主要用来完成建立网络、转发指令、向ARM处理器传输数据等。智能家居（2）zigbee无线家庭网络智能家居（2）zigbee无线家庭网络智能家居（2）zigbee无线家庭网络智能家居（2）zigbee无线家庭网络2)路由器节点程序设计路由节点是整个网络中存在最多的一类节点，它主要接收协调器的消息并执行相关指令来控制相应的设备，同时也转发其他节点的信息以增加网络内的路由通道，而且它还能够采集工作环境内的一些信息可以起到很好的监测作用智能家居（2）zigbee无线家庭网络2)路由器节点程序设计路由节点接收其他节点的信息主要是通过下面的函数来实现的。智能家居（3）用户管理系统用户管理系统的界面设计用户可以在客户端的浏览器中输入嵌入式家庭网关的IP地址(46)进入用户管理系统的登陆界面，若用户权限得到认可便可顺利登陆用户管理系统。登陆后，用户就可以根据自身的需要选择并提交相应的表单对家里的设备进行远程控制。其基本架构如图所示：智能家居（3）用户管理系统智能家居（3）用户管理系统智能家居（3）用户管理系统远程控制家电设备查询家电设备工作状态Zigbee+antroid系统的智能家居系统由以下几部分构成:Zigbee传感网、中央控制器、便携多媒体终端、Pc。Zigbee传感网是基于zigbee技术的自组织网。传感器设置有温湿度传感器、红外报警传感器、烟雾传感器、光强度传感器;家用电器根据自身工作特性接特制的控制模块。以上这些模块均连接基于Zigbee协议的射频模块。系统运行时，传感器采集到的环境状态信息、家用电器的控制模块提供的状态信息，均通过无线单片机发送到中央控制器。中央控制器经由无线单片机接收传感网络传送来的数据，进行运算处理。控制器提供基于android操作系统的人机交互界面。对家居环境内的状态信息进行实时显示，并给出家用电器的自动控制方案，也可通过人工操作向这些电器进行控制。中央控制主要由ARM核心板、无线单片机模块、wifi模块构成。无线单片机模块负责接收和发送zigbee节点的数据，ARM模块负责对数据进行预处理，并将数据通过wifi模块发送出去。传感网的zigbee节点由传感器、单片机、无线模块组成。节点模块就完成传感器数据采样和计算任务。RFID的具体应用远距离有源RFID技术由于其自身的优势，发展十分的迅速，已经被广泛应用于众多领域。在物流领域的应用最多，紧随其后的是航空，汽车/交通，医疗。例如高速公路自动收费系统，火车监控系统，集装箱检测，人员定位，停车场管理，安全进出检查，仓储管理等等。RFID的具体应用最近，荷兰采用有源RFID技术，对草莓进行实时温度监控。一项调查显示，大约有50%的食品在食品供应链中浪费。草毒和那些对温度高度敏感的软水果带来的经济损失最大，因此实时温度监控系统是必要的。荷兰有源RFID系统供应商宣布成功试验了全新的冷藏链监控系统，为西班牙最大的有机草莓生产商，采用了RFID技术来监测草荀的温度。有源RFD标签粘附在水果篮子上，可实时监测温度，并将信息传输到监控中心.RFID的具体应用在瑞典，芬兰家居建材零售商利用RFID提高商店布局。该零售商在商店内采用了实时定位系统，利用有源RFID标签获取顾客行为信息。希望通过分析顾客的购物习惯，改进商店的布局。从而达到提高顾客对产品的关注、商店的人流和减少缺货。RFID的具体应用美国应用有源RFD系统追踪和定位矿工，防范突发伤亡。以前，大多数美国煤矿仅有简单或干脆没有合适的追踪系统。公司只能知道谁在煤矿中工作，但不知道每个人的具体位置。一旦遇到突发事件，救援人员无法及时准确的了解人员所在的位置。现在通过给矿工发放内嵌有2.4GHz有源RFID标签的徽章，并为其编上一个唯一的身份识别码。同时在煤矿中装入读写器作为节点，这些节点记录着徽章的身份识别码