基于无线传感器网络的智能家居报警系统

昆明学院2023届毕业论文〔设计〕论文〔设计〕题目智能大厦控制系统设计子课题题目传感器网络的智能家居报警系统设计姓名毛兴普学号20230417215所属院系自机学院专业年级电气工程及其自动化1班指导教师李云娟老师2023年5月传感器网络的智能家居报警系统设计摘要〔中文〕：摘要随着电子信息技术和计算机网络技术的开展，实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统开展的新趋势。智能家居系统能够为人类提供更加轻松、有序、高效的现代化生活方式，是未来居住模式的必然开展趋势。因此，智能家居系统逐渐成为一个新兴的研究领域。智能家居报警系统作为智能家居系统的子系统之一，承载着智能家居所面临的机遇和挑战。本文针对智能家居网络特点,通过对智能家居网络分析、比照和研究，采用星状网络组建智能家居网络，对智能家居网络进行了设计与实现。将ZigBee无线通信技术应用于智能家居中，并提出一种采用ZigBee无线通信技术的智能家居系统设计方案，具有免布线，维护方便，运行费用低，实时在线监控，对家居内部各种数据进行无线采集和传输等特点。利用CC2430的ZigBee模块与各种传感器设计了以IARZmbeddedWorkbench为平台，运用C语言进行系统的软件编程，实现了ZigBee模块间的无线通信及智能家居的红外报警模块，到达低本钱、高灵活性、通用的ZigBee无线智能家居报警控制，并最后完成了实现。关键词：ZigBee；智能家居；无线传感器网络；CC2430传感器网络的智能家居报警系统设计摘要〔英文〕：AbstractWiththedevelopmentofelectronicinformationtechnologyandcomputernetworktechnology,familyinformation,networkingisthenewtrendofdevelopmentoftoday'ssmarthomesystem.Smarthomesystemcanprovidemankindwithamorerelaxed,orderlyandefficientmodernwayoflife,istheinevitabletrendoffuturesettlementpatterns.Therefore,thesmarthomesystemisbecominganemergingareaof​​research.

Inthispaper,thecharacteristicsofintelligenthomenetworkthroughtheintelligenthomenetworkanalysis,comparisonandresearch,theformationofintelligenthomenetworkusingastarnetwork,thedesignandimplementationofintelligenthomenetwork.ZigBeewirelesscommunicationtechnologyusedinsmarthome,andputforwardaZigBeewirelesscommunicationtechnologysmarthomesystemdesign,withtheaFreewiring,maintenance,lowoperationcost,real-timeonlinemonitoring,thevariousdatawirelesslywithinhomeacquisitionandtransmissioncharacteristics.CC2430ZigBeemodulewithavarietyofsensorsdesignedtoIARZmbeddedWorkbenchplatform,usingClanguagesystemsoftwareprogramming,infraredwirelesscommunicationbetweenZigBeemoduleandsmarthomealarmmodule,toachievealowcost,highflexibilityGeneralZigBeewirelesssmarthomealarmcontrolandfinalizationoftheimplementation.Keywords:ZigBee;smarthome;wirelesssensornetworks;CC2430目录第一章前言61.1智能家居简介61.2智能家居系统组成71.3智能家居系统的起源和开展71.4智能家居报警系统的国内外开展新趋势81.5课题研究的目的和意义101.6本章小结11第二章智能家居报警系统122.1概述122.2智能家居报警系统的分类122.3智能家居报警系统总体设计132.4智能家居报警系统的组成142.5方案实现的过程15第三章智能家居报警系统硬件局部的设计163.1方案的总体分析16中央控制器163.1.2.1红外报警模块：173.1.2.2光照检测模块：173.1.2.3温度检测模块：173.2电源管理模块183.3控制电路模块183.4涉及到的主要芯片的介绍183.4.1.1控制芯片CC2430183.4.1.2集成放大器LM324233.5硬件原理图243.6本章小结28第四章智能家居报警系统软件局部的设计294.1智能家居相关技术294.2无线网络技术29常见标准有30协议304.2.3.1MAC层324.3软件设计344.4ZigBee智能家居系统354.5ZigBee开发软件介绍374.6创立工程404.7任务与事件434.8设备信息配置464.9建网与入网504.10数据通信524.12本章小结56第五章总结565.1已实现的功能575.2存在的缺乏575.3本章小结57参考文献57致谢60附录61附录1：DS18B20.c代码61附录2：DS18B20.h代码66附录3：Temp.c代码67附录4：Temp.h代码81第一章前言1.1智能家居简介智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案平安防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居平安性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境[1]。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，不管哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。平安防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，表达在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世界产生巨大影响力的技术之一[2]。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比方，通过家触摸屏、无线遥控器、、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与平安。1.2智能家居系统组成智能家居系统包含的主要子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居〔中央〕控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统〔如TVC平板音响〕、家庭影院与、多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中，智能家居〔中央〕控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。在智能家居环境的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的智能家居才能称为智能家居[3]。1.2.1家居布线系统对于一个智能住宅需要有一个能支持语音、数据、多媒体、家庭自动化、保安等多种应用的布线系统，这个系统也就是智能化住宅布线系统。1.2.2家庭安防系统家庭安防系统包括如下几个方面的内容：门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报、窗帘探测报警等。1.3智能家居系统的起源和开展20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化〔HE，HomeElectronics〕出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念〔HA，HomeAutomation〕。80年代末，由于通信与信息技术的开展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为SmartHome，也就是现在智能家居的原型。智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司〔UnitedTechno1ogiesBuildingSystem〕将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州〔Conneticut)哈特佛市〔Hartford〕的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑〞,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。1979年，美国的斯坦福研究所提出了将家电及电气设备的控制线集成在一起的家庭总线〔HOMEBUS〕，并成立了相应的研究会进行研究，1983年美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准，即：《家庭自动化系统与通讯标准》，也有称之为家庭总线系统标准(HBS，HomeBusSystem)。在其制定的设计标准与标准中，智能住宅的电气设计要求必须满足以下三个条件，即：1、具有家庭总线系统；2、通过家庭总线系统提供各种效劳功能；3、能和住宅以外的外部世界相连接。物联传感技术是全球第一个利用物联网来控制灯饰及电子电器产品〔我们现在通称为ZigBee产品〕，并将其作为智能家居主流产品走向了商业化。ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。随着物联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用时机。物联网的网络边缘应用最多的就是传感器或控制单元，这些是构成物联网的最根底最核心最广泛的单元细胞，而ZigBee能够在数千个微小的传感传动单元之间相互协调实现通信，并且这些单元只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。这种技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容，易使用，易维护、便于快速大规模部署等特点顺应了物联网开展的要求和趋势。目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性。1.4智能家居报警系统的国内外开展新趋势随着智能家居的迅猛开展，越来越多的家居开始引进智能化系统和设备。智能化系统涵盖的内容也从单纯的方式向多种方式相结合的方向开展。但较之于欧美兴旺国家，我国的我国智能家居系统起步稍晚，所以目前市场主流的产品〔系统〕还无法很好地解决产品本身与市场需求的矛盾，使得智能家居市场的僵冰还没有被完全打破，所以很大程度上阻碍了智能家居产业的开展。在此情形之下，从产品〔系统〕的技术角度上看什么才是解决这个难题的方法？据市场调研显示，只有智能家居交互平台才是最好的手段之一。智能家居交互平台是一个具有交互能力平台，并且通过平台能够把各种不同的系统、协议、信息、内容、控制在不同的子系统中进行交互、交换[4]。它具有如下特点：1、每个子系统都可以脱离交互平台独立运行智能家居交互平台中，各个子系统在脱离交互平台时能够独立运行，如果楼寓对讲、家庭报警、各种电器控制、门禁、家庭娱乐等等。个子系统在交互平台管理下运行，平台能采集各子系统的运行数据，系统的联动。2、不同品牌的产品、不同的控制传输协议能通过这个平台进行交互由于有了交互平台，不同子系统在交户平台的统一管理下，可以协同工作和运行数据额交换、共享，给用户最大限度的选择权，充分表达智能家居的个性化。同时，它还具有网关的功能，通过交互平台，能与广域网连接，实现远程控制、远程管理。具有多种主流的控制接口，如RS485、RS232、TCP、IP等，同时可以扩充添加国内外流行的控制接口，如EIB、lonwork、CE-bus、Canbus，以及无线网络如：WiFi、GPRS、蓝牙等。根据客户及市场的变化不断增加各种总线、系统的驱动软件和硬件接口，丰富多样的通讯、控制接口，为子系统的多样选择提供的根底保障，智能家居有了最大限度包容性，用户有了更大的选择余地。3、智能终端〔触摸屏〕仅做为各子系统的显示、操作界面整个系统在平台的控制、管理下运行，智能终端〔触摸屏〕仅做为各子系统的显示、操作界面，多智能终端配置容易可行。同时，可以记录各子系统的运行数据、为系统运行优化、自学习提供依据。交互平台，平台可以记录存储各系统的运行数据，对系统的运行可以提供有效的历史数据，同时可以根据历史的运行数据，总结出主人的使用习惯和某种规律，让系统能够自学习。4、控制软件可编程〔DIY〕，提供信息效劳此系统方便用户改变控制逻辑、控制方式、操作界面，用户的控制逻辑、操作界面可以自定义、可以DIY。在现代的智能家居系统中，信息效劳是非常重要的不可或缺的局部，有了信息效劳，它给智能家居更多的“智慧〞、给我们的生活提供更多的信息和资讯、给智能家居赋予更生动的生命，它是智能家居更高的境界。信息效劳内容包括：健康、烹饪、交通信息、生活常识、婴幼儿哺育、儿童教育、日常购物、社区信息、家居控制专家等等，智能家居已不仅仅是面向控制的系统而是信息效劳与控制有机结合的系统。5、多种控制手段在日常家居生活中，为了使我们对家庭的控制系统能随时掌控、需要的信息随时获取，操作终端的形式非常重要，多种形式的智能操作终端是必不可少如：智能遥控器、移动触摸屏、电脑、、PDA等。智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案，使住户的控制更便捷，更高效，更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。随着科技的提高，经济的开展，人们的物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心局部——智能家居控制系统也越发显得重要[5]。1.5课题研究的目的和意义1.5.1课题目的智能家居报警系统是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、平安防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居平安性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。基于智能家居的最新定义，参考ZigBee技术的特点，设计出报警系统，在包含了智能家居必备系统：智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、家庭管道控制系统、家庭窗帘控制系统等.在智能家居的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的家居系统才能称为智能家居。1.5.2课题意义智能家居报警系统是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备〔如照明系统、管道控制、安防系统、窗帘控制、网络家电〕通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一。由于智能家居报警系统系统具有平安、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居报警系统的开发与建设成为21世纪科技开展的必然趋势。随着全球对平安和环境及智能化的要求越来越高，基于无线传感器网络的智能家居报警系统具有非常广阔的市场前景和开展空间。1.5.3设计要求智能家居报警系统主要以ZigBee技术为核心；设计围绕网络协调器的网状拓扑线路，例如照明传感器模块、煤气传感器模块、人体红外感应器等模块，最后在上位机上建立家庭信息管理平台。通过监测子网监测照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可以直接联动控制相关受控设备或将信息发送至管理平台，由信息管理平台决策如何处理这些信息。整个系统的设计包括硬件和软件两个局部。1.5.4研究主要内容本次设计主要内容：1、采用ZigBee技术，构建无线传感器网络，研究无线传感器网络的通信机理；2、设计基于单片机控制的节点单元控制软件；3、重要报警模块的设计与实现重点注意：软件与硬件的联合调试。1.6本章小结首先对智能家居报警系统系统进行了简要概述，包括智能家居的定义和国内外智能家居系统的开展，接着对智能家居网络技术进行了介绍，对于智能家居报警系统来说，采用无线网络不仅为家居智能化提供灵活简便的网络结构，省去了浪费在布线上的人力和物力，并且更符合家庭网络通讯的特点。第二章智能家居报警系统2.1概述智能家居报警系统是智能家居系统中重要的一环，它为人们舒适的生活提供了保障，在智能家居系统设计中，在尽可能保持统一标准的前提下，针对各种信号类型选择适宜的总线或者无线技术并设计主控器已成为智能家居建设的首要问题。在有线方式中，各类传感器和控制器的连接通过总线，它的优点是可以简化各功能单元的设计，缺点就是布线多，结构复杂，也存在总线协议设计选择的问题。针对智能家居中采用有线方式存在的问题，本文提出了一种采用ZigBee无线通信技术的新型智能家居报警系统设计方案，设计并实现了该系统中的检测、中央处理、控制等各个模块。智能家居报警系统主要以ZigBee技术为核心；设计围绕网络协调器的网状拓扑线路通过监测子网监测环境温度、照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可以直接联动控制相关受控设备或将信息发送至管理平台，由信息管理平台决策如何处理这些信息。2.2智能家居报警系统的分类家庭报警系统主要包括防盗报警，火灾报警，燃气泄漏报警，紧急求救报警四大类。在我们平时居家生活中，家庭平安主要包括两种不同的平安对象，首先是人身和家庭财产的平安，其次是家庭设备的平安。家居报警实际上是将家庭控制设备连接到报警设施上，实现对非法闯入的盗窃、抢劫行为和突发事件进行及时报警，抢救和保护的功能。从功能上细分，还可分为可视对讲、周界防范、家居平安、紧急求助、无线报警、声光报警、防挟持报警等。而家居安防报警又包括了防盗报警、火灾报警和煤气泄露报警等等。家庭中所有的平安探测装置，如消防类(烟感、煤气泄漏报警器等)、防盗类(门磁、窗磁、各种监测器、防盗幕帘、紧急求救按钮等)，都连接到家庭智能终端，对其状态进行监测。当发生警报时，家庭智能终端将警情根据设置进行各种操作，包括：启动警铃和联动设备、拨打设定的报警。如与社区系统相连，还可同时把警情送往小区监控效劳器。随着科学技术的不断更新，现在的家庭安防概念已由原来的单纯性个体防护逐渐转向多媒体，互联网式防护，不管在哪种情况下发生危险，系统都可自动发出警报。大大提高了家居的平安系数2.3智能家居报警系统总体设计智能家居报警系统的关键是家庭智能化技术的应用，如无线传感器网络技术、自动化控制技术、互联网络科技等的综合运用，由于它的综合性和复杂性，使得其软硬件设计都必须本着一定的设计原那么，下面进行详细说明.2.3.1硬件选取原那么1〕先进性：系统硬件应具有先进性，防止短期内因技术陈旧而造成整个系统性能不高或过早淘汰.2〕成熟性：在充分考虑先进性的同时，系统硬件应立足于用户对整个系统的具体需求，应选择先进、适用、成熟技术的产品，最大限度的发挥投资效益.3〕可靠性：系统无论在硬件上还是在软件上都应采取多种保护措施，保证系统24小时不间断正常运行，同时还应充分考虑系统权限平安措施，进一步保证系统的可靠性。4〕开放性：无论是系统设备还是网络拓扑结构，都应具有良好的开放性.网络化的目的是实现设备和信息的共享。因此网络要具有开放性并应提供标准接口，用户可根据要求，对系统进行扩展或升级.5〕兼容性:计算机网络的选择和相关产品的选择要以先进性和适用性为根底，同时考虑兼容性.系统设备应优先选择根据国际标准设计、生产的标准化设备，防止因兼容性差而造成的系统难以升级或扩展.6〕实时性：系统硬件应具有实时处理和快速响应的能力.2.3.2软件设计原那么1〕可靠性和平安性：系统软件应24小时可靠运行，并充分考虑系统权限设置等多种保护措施，保证数据的平安性.2〕界面友好：系统软件应操作方便，采用中文图形界面，运用多媒体技术，使系统具有处理声音及图像的能力，更能适应不同层次，不同年龄用户的使用要求。3〕可扩冲性：系统软件应提供二次开发的功能，便于屡次升级和支持硬件产品的更新.4〕模块化：根据家庭的实际需要选择安装不同的功能组件，以适应不同用户的需要2.4智能家居报警系统的组成系统主要由智能家居网络控制器，即主节点，与智能家居设备相连的智能家居网络控制器，即分节点，每个房间放置的充当路由器的智能家居网络控制器，功能控制驱动模块和相应的家具设备构成。本系统采用华凡公司的HFZ—SmartRF04EB+CC2430EM模块作为协调器。为了简化系统，突出ZigBee的框架性，节点硬件采取了简化措施，具体如下。无线灯控、电动窗帘、空调开关、管道开关都由单一IO口P1.4控制，模拟开关动作。防盗报警和门迎都采用热释红外传感技术，电路结构相同。煤气报警采用催化燃烧式可燃气体传感器。照度监测使用电池做传感器。组成框图如图2-1所示。图2-1智能家居系统的组成2.5方案实现的过程本文任务提出的功能控制驱动模块实现与各种家居设备的接口，并作为家居设备的功能执行机构，其与相对应的智能家居网络控制器分节点进行通信；智能家居网络控制器分节点，每个房间放置的充当路由器功能的分节点和智能家居网络控制器主节点组成ZigBee无线通信网络，是整个智能家居系统的通信网络。每个智能家居网络控制器包括一个ZigBee无线收发模块，与各个设备、节点之间进行通信。此方案的设计灵活性好，扩展性好。系统的工作流程是：首先智能家居网络控制器〔主节点〕建立ZigBee智能网络，各个网络控制器〔分节点〕随后参加该网络，他们共同组成一个星状的ZigBee无限家居网络。当检测或接收传感器的报警信号后，主节点找到与该家具设备相连的分节点的ID信息，并将控制信息发往该分节点所在房间的路由器，路由器再将信息转发给对应的分节点，分节点收到信息后，切入功能驱动模块，功能驱动模块对该家居设备进行相应的操作，从而完成智能家居的报警操作和处理.第三章智能家居报警系统硬件局部的设计3.1方案的总体分析本着模块化的设计思想，本文提到的设计方案被分为三个模块，即中央控制模块、信息检测模块，以及家居报警控制模块。3.1.1中央控制模块监测子网监测环境温度、照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可以直接联动控制相关受控设备或将信息发送至中央控制模块，由管理平台处理这些信息。.1中央控制器CC2430基于无线网络的智能家居的设计，我们选择了技术成熟、低耗高能的ZigBee技术组建无线网络，硬件上面，我们选择了被广泛应用于ZigBee模块的控制芯片CC2430。图2-2为CC2430的最小系统原理图。图2-2CC2430最小系统原理图CC2430是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为根底的2.4GHzISM波段应用，及对低本钱，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHzDSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与本钱的组合。3.1.2信号检测模块信号检测模块，由于检测模块很多，用户可根据自己需要自己添加，在本文我们主要设计了两个子模块，即红外报警模块，光照监测模块、温度检测模块。.1红外报警模块：一开始的设计思路是围绕着激光技术来做，鉴于价格过高，且实用性不好，放弃了使用激光技术的想法。后来发现使用廉价的红外线对管也可以做到，便着手设计红外对管相关的红外检测电路。设计的电路原理是没有物体入侵时，使用一个比拟器，检测电路送出低电平，输出端没有反响。当有物体入侵时，检测电路送出高电平，给ZigBee模块送出信号。.2光照检测模块：与红外报警模块类似，使用一个比拟器，当光线充足的时候，光敏电阻阻值很小，输出端送出低电平，当光线变暗的时候，光敏电阻阻值很大，输出端送出高电平，给ZigBee模块送出信号。.3温度检测模块：使用广泛被采纳的DS18B20，温度传感器，使得检测电路十分简单，仅仅由这个传感器构成即可，监测到的温度会时事发送数据到主控中心。3.2电源管理模块两个检测模块的供电是5V的直流电源，可以使用电池供电。为了方便，本文设计了一块给检测模块和控制模块供电的电源管理模块。原理主要就是利用变压器线圈降压后用桥式电路整流与滤波，从而实现从交流220V到直流5V，为模块稳压供电。3.3控制电路模块主控ZigBee模块处理之后会送出持续的高电平，从而带动继电器工作以到达弱电控制强电的目的，实现对警报、灯具的控制。3.4涉及到的主要芯片的介绍3.4.1.1控制芯片CC2430〔1〕CC2430的尺寸与组成CC2430的尺寸只有7×7mm48-pin的封装，采用具有内嵌闪存的0.18µmCMOS标准技术。这可实现数字基带处理器，RF、模拟电路及系统存储器整合在同一个硅晶片上。针对协议栈，网络和应用软件的执行对MCU处理能力的要求，CC2430包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核，运行时钟32MHz。由于更快的执行时间和通过除去被浪费掉的总线状态的方式，使得使用标准8051指令集的CC2430增强型8051内核，具有8倍的标准8051内核的性能。CC2430包含一个DMA控制器。8k字节静态RAM，其中的4k字节是超低功耗SRAM。32k，64k或128k字节的片内Flash块提供在电路可编程非易失性存储器。CC2430集成了4个振荡器用于系统时钟和定时操作：一个32MHz晶体振荡器，一个16MHzRC-振荡器，一个可选的32.768kHz晶体振荡器和一个可选的32.768kHzRC振荡器。CC2430也集成了用于用户自定义应用的外设。一个AES协处理器被集成在CC2430，以支持IEEE802.15.4MAC平安所需的〔128位关键字〕AES的运行，以实现尽可能少的占用微控制器。中断控制器为总共18个中断源提供效劳，他们中的每个中断都被赋予4个中断优先级中的某一个。调试接口采用两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部Flash编程。I/O控制器的职责是21个一般I/O口的灵活分配和可靠控制。CC2430包括四个定时器：一个16位MAC定时器，用以为IEEE802.15.4的CSMA-CA算法提供定时以及为IEEE802.15.4的MAC层提供定时。一个一般的16位和两个8位定时器，支持典型的定时/计数功能，例如，输入捕捉、比拟输出和PWM功能。CC2430内集成的其他外设有:实时时钟；上电复位；8通道，8－14位ADC；可编程看门狗；两个可编程USART，用于主/从SPI或UART操作。为了更好的处理网络和应用操作的带宽，CC2430集成了大多数对定时要求严格的一系列IEEE802.15.4MAC协议，以减轻微控制器的负担。这包括：*自动前导帧发生器*同步字插入/检测*CRC-16校验*CCA*信号强度检测/数字RSSI*连接品质指示(LQI)*CSMA/CA协处理器〔2〕、CC2430的射频及模拟收发器CC2430的接收器是基于低-中频结构之上的，从天线接收的RF信号经低噪声放大器放大并经下变频变为2MHz的中频信号。中频信号经滤波、放大，在通过A/D转换器变为数字信号。自动增益控制，信道过滤，解调在数字域完成以获得高精确度及空间利用率。集成的模拟通道滤波器可以使工作在2.4GHzISM波段的不同系统良好的共存。在发射模式下，位映射和调制是根据IEEE802.15.4的标准来完成的。调制(和扩频)通过数字方式完成。被调制的基带信号经过D/A转换器再由单边带调制器进行低通滤波和直接上变频变为射频信号。最终，高频信号经过片内功率放大器放大以到达可设计的水平。射频的输入输出端口是独立的，他们分享两个普通的PIN引脚。CC2430不需要外部TX/RX开关，其开关已集成在芯片内部。芯片至天线之间电路的构架是由平衡/非平衡器与少量低价电容与电感所组成。可替代的，一个平衡式天线，如对折式偶极天线也是可以实现上述功能的。集成在内部的频率合成器可去除对环路滤波器和外部被动式压控振荡器的需要。晶片内置的偏压可变电容压控振荡器工作在一倍本地振荡频率范围，另搭配了二分频电路，以提供四相本地振荡信号给上、下变频综合混频器使用。〔3〕、芯片主要特点：CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU〔8051〕，具有128KB可编程闪存和8KB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〔Watchdogtimer〕、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(PowerOnReset)、掉电检测电路(Brownoutdetection)，以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。◆高性能和低功耗的8051微控制器核。◆集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机。◆优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。◆在休眠模式时仅0.9μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6μA的流耗，外部的中断能唤醒系统。◆硬件支持CSMA/CA功能。◆较宽的电压范围〔2.0～3.6V〕。◆数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能。◆具有电池监测和温度感测功能。◆集成了14位模数转换的ADC。◆集成AES平安协处理器。◆带有2个强大的支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE802.15.4标准的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。◆强大和灵活的开发工具。〔4〕、CC2430的引脚与I/O端口CC2430芯片采用7mm×7mmQLP封装,共有48个引脚。全部引脚可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。1〕I/O端口线引脚功能：CC2430有21个可编程的I/O口引脚，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR存放器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。I/O口有下面的关键特性：◆可设置为通常的I/O口，也可设置为外围I/O口使用。◆在输入时有上拉和下拉能力。◆全部21个数字I/O口引脚都具有响应外部的中断能力。如果需要外部设备，可对I/O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。1～6〔P1_2～P1_7〕：具有4mA输出驱动能力。8，9〔P1_0，P1_1〕：有20mA的驱动能力。11～18脚〔P0_0～P0_7〕：具有4mA输出驱动能力。43，44，45，46，48脚〔P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0〕：具有4mA输出驱动能力。2〕电源线引脚功能：7脚〔DVDD〕：为I/O提供2.0～3.6V工作电压。20脚〔AVDD_SOC〕：为模拟电路连接2.0～3.6V的电压。23脚〔AVDD_RREG〕：为模拟电路连接2.0～3.6V的电压。24脚〔RREG_OUT〕：为25，27～31，35～40引脚端口提供1.8V的稳定电压。25脚(AVDD_IF1)：为接收器波段滤波器、模拟测试模块和VGA的第一局部电路提供1.8V电压。27脚〔AVDD_CHP〕：为环状滤波器的第一局部电路和充电泵提供1.8V电压。28脚〔VCO_GUARD〕：VCO屏蔽电路的报警连接端口。29脚〔AVDD_VCO〕:为VCO和PLL环滤波器最后局部电路提供1.8V电压。30脚〔AVDD_PRE〕:为预定标器、Div2和LO缓冲器提供1.8V的电压。31脚〔AVDD_RF1〕：LNA、前置偏置电路和PA提供1.8V的电压。33脚〔TXRX_SWITCH〕:为PA提供调整电压。35脚〔AVDD_SW〕:为LNA/PA交换电路提供1.8V电压。36脚〔AVDD_RF2〕:为接收和发射混频器提供1.8V电压。37脚〔AVDD_IF2〕:为低通滤波器和VGA的最后局部电路提供1.8V电压。38脚〔AVDD_ADC〕:为ADC和DAC的模拟电路局部提供1.8V电压。39脚〔DVDD_ADC〕:为ADC的数字电路局部提供1.8V电压。40脚〔AVDD_DGUARD〕:为隔离数字噪声电路连接电压。41脚〔AVDD_DREG〕:向电压调节器核心提供2.0～3.6V电压。42脚〔DCOUPL〕：提供1.8V的去耦电压，此电压不为外电路所使用。47脚〔DVDD〕：I/O端口提供2.0～3.6V的电压。控制线引脚功能：10脚〔RESET_N〕:复位引脚，低电平有效。19脚〔XOSC_Q2〕:32MHz的晶振引脚2。21脚〔XOSC_Q1〕:32MHz的晶振引脚1，或外部时钟输入引脚。22脚〔RBIAS1〕:为参考电流提供精确的偏置电阻。26脚〔RBIAS2〕:提供精确电阻，3kΩ，±1%。32脚〔RF_P〕:在RX期间向LNA输入正向射频信号；在TX期间接收来自PA的输入正向射频信号。34脚〔RF_N〕:在RX期间向LNA输入负向射频信号；在TX期间接收来自PA的输入负向射频信号。43脚(P2_4/XOSC_Q2):32.768kHzXOSC的2.3端口。44脚(P2_4/XOSC_Q1):32.768kHzXOSC的2.4端口[13]。.2集成放大器LM324LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用符号来表示，它有5个引出脚，其中“+〞、“-〞为两个信号输入端，“V+〞、“V-〞为正、负电源端，“Vo〞为输出端。两个信号输入端中，Vi-〔-〕为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+〔+〕为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同[15]。〔1〕LM324的特点1、短路保护输出。2、真差动输入级。3、可单电源工作：3V-32V。4、低偏置电流：最大100nA。5、每封装含四个运算放大器。6、具有内部补偿的功能。7、共模范围扩展到负电源。8、行业标准的引脚排列。9、输入端具有静电保护功能这个是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6，7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13，14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7，8，14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。至于使用地方，那就是你需要比拟器和运算放大器的所有地方你都可以用，我们提到的设计就是把它当做简单的比拟器来使用。结构引脚如图2-4所示。图2-4LM324结构引脚图3.5硬件原理图3.5.1红外检测模块原理图如图3-1所示。图3-1红外检测电路原理图工作原理：如图3-2所示，当红外对管发射并接收红外线的时候，电路接通，比拟器＋端相当于直接接地，即0V电压，－端输出为调整好的２.５V电压，故比拟器OUT端输出低电平。当有物体阻隔红外线的时候，红外对管的接收管阻隔断开，比拟器＋端接入VCC，即５V电压，故比拟器OUT端输出高电平，产生检测信号。接入ZigBee红外检测模块的P1.4口。实物图如图3-2所示。图3-2红外检测模块实物图3.5.2光照检测模块原理图如图3-3所示。图3-3光照检测电路原理图工作原理：光敏电阻在有光照的情况下，呈现极小的的电阻，可以看做没有电阻。电路在白天工作的时候，光照在光敏电阻上，如下图比拟器的－端的电压会是５V，而＋端显示固定的2.5V，故比拟器输出低电平。当电路在黑暗的情况下工作时，与上面相反，－端的电压这个时候由于光敏电阻的阻值近似无限大，所以输出近似0V的电压，＋端依旧是2.5V，所以电路的OUT端输出高电平，产生检测信号。正常工作的时候是在无光照的情况下产生并发送一个高电平。3.5.3温度检测模块原理图如图3-5所示。图3-5温度检测电路原理图工作原理：DS18B20作为应用很广的温度传感器，设计电路的时候不需要外加其他的元器件，以串行通信的方式将采集到的温度信息传送到ZigBee模块上，接入模块的P1.1口。3.5.4电源管理模块原理图如图3-7所示。图3-75V电源原理图工作原理：220V的交流电先经过线圈的变压作用，把其转变为5V左右的交流电，在经过桥式整流电路，使其转变为5V的直流电。后续电路经过滤波，稳压，最后在输出端输出稳定的5V电压，可作为设计需求的电源使用。3.5.5电器控制模块原理图如图3-9所示。图3-9电器控制电路原理图工作原理：利用简单的继电器来控制居家电器。两个继电器的直流端，一端接入固定的3.3V电压，另一端接在输出端口上。电路正常工作的时候，两个输出端口都是3.3V，故不会产生电压差，没有信号输出。满足条件以后，输出端口产生持续的低电平，控制电路即产生压降，形成回路，启动继电器以及警报灯工作。实物图如图3-10所示。3.6本章小结针对智能家居报警的特点和开展趋势，本章首先介绍了系统组成，并对系统各个局部进行了简要的介绍，随后给出了系统设计原那么。最后给出了硬件局部的设计思路，并且分析了所用到的主要芯片.对给出的硬件的几个模块的设计及电路原理图，仿真电路还有其工作原理.第四章智能家居报警系统软件局部的设计4.1智能家居相关技术智能家居系统中的关键技术是信息传输与智能控制。电力载波技术、综合布线技术、无线网络技术，是当前智能家居系统中信息传输和智能控制的三大主要技术。电力线载波技术可通过电线互相“说话〞，无需重新布线，但存在噪声干扰强、信号会在传输过程中衰减等缺点。综合布线技术需要重新额外布设弱电控制线，信号比拟稳定，比拟适合于楼宇和小区智能化等大区域范围的控制。但安装比拟复杂，造价较高，工期较长。无线网络技术通过红外线、蓝牙、ZigBee等技术实现各类电子设备的互联互通与智能控制。无线网络可提供更大的灵活性、流动性，省去了花在综合布线上的费用和精力，无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。红外IrDA技术比拟成熟，但必须直线视距连接；蓝牙适合于语音业务及需要更高数据量的业务，如移动、耳机等；ZigBee作为一种低功耗、低数据速率、低本钱的技术，更适合于家庭自动化、平安保障系统及进行低数据率传输的低本钱设备，ZigBee是智能家居的最理想选择[9]。4.2无线网络技术所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份[6]。无线技术也分不同种类，通常以产生无线信号的方式来区分，目前主要的方式有调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术三种，其本钱和特点也不尽相同。广泛应用于音响键鼠等各项内容，有很好的开展前景。4.2.1无线网络的标准4.2.1.1常见标准有IEEE802.11a：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容。IEEE802.11b：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps。IEEE802.11g：使用2.4GHz频段，传输速度主要有54Mbps、108Mbps，可向下兼容802.11b。IEEE802.11n草案：使用2.4GHz频段，传输速度可达300Mbps，目前标准尚为草案，但产品已层出不穷。目前IEEE802.11b最常用，但IEEE802.11g更具下一代标准的实力，802.11n也在快速开展中。IEEE802.11b标准含有确保访问控制和加密的两个局部，这两个局部必须在无线LAN中的每个设备上配置。拥有成百上千台无线LAN用户的公司需要可靠的平安解决方案，可以从一个控制中心进行有效的管理。缺乏集中的平安控制是无线LAN只在一些相对较的小公司和特定应用中得到使用的根本原因。IEEE802.11b标准定义了两种机理来提供无线LAN的访问控制和保密：效劳配置标识符〔SSID〕和有线等效保密〔WEP〕。还有一种加密的机制是通过透明运行在无线LAN上的虚拟专网〔VPN〕来进行的。SSID，无线LAN中经常用到的一个特性是称为SSID的命名编号，它提供低级别上的访问控制。SSID通常是无线LAN子系统中设备的网络名称；它用于在本地分割子系统。WEP，IEEE802.11b标准规定了一种称为有线等效保密〔或称为WEP〕的可选加密方案，提供了确保无线LAN数据流的机制。WEP利用一个对称的方案，在数据的加密和解密过程中使用相同的密钥和算法[7]。4.2.1.2协议ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、平安和应用软件方面的通信技术。ZigBee协议栈的物理层、MAC即是IEEE802.15.4协议。IEEE802.15.4能支持消耗功率最少，一般在个人活动空间〔10m直径或更小〕工作的简单器件。IEEE802.15.4支持两种网络拓扑，即单跳星形或当通信线路超过10m时的多跳对等拓扑。但是对等拓扑的逻辑结构由网络层定义[11]。.1物理层IEEE802．15．4．2003有两个物理层，分别操作于868／915MHz和2．4GHz频率范围。低频率物理层包括868MHz欧洲频段和在美国和澳大利亚等国家使用的915MHz频段，高频率物理层是供全世界使用的。ZigBee物理层主要负责处理以下一些任务：1、无线发射机的激活和关闭；2、信道能量检测：3、接收分组的链路质量指示(LQI)；4、基于CSMA—CA的空闲信道评估(CCA)；5、信道频率选择；6、数据传输和接收。ZigBee设备在不同频段的比特率、码片率以及调制方式如表1所示：表1频段和数据率物理层/MHz频段/MHz扩频参数数据参数码片率/(kcpips/s)调制比特率/(kb/s)符号率/(ksymbol/s)符号868、915868~868.6300BPSK2020二进制902~928600BPSK4040二进制24502400~2483.520000—QPSK25062.516位正交ZigBee三个频段共有27个信道，编号从0—26。其中2．4GHz频段有16个信道，915Etz频段有10个信道，868MHz频段有1个信道。这些信道的中心频率定义如下：Fc=868．3MHz，k=0Fc=906+2(k一1)MHz，k=1，2，…，10Fc=2405+5(k一11)MHz，k=1l，12，…，26其中k表示信道号码。图4PHY模型示意图MAC层IEEE802．15．4-20031dAC子层控制使用CSMA—CA机制接入到无线信道[12]。它的职责包括传输信标帧、保持同步和提供可靠的传输机制。ZigBeeMAC子层主要负责处理以下一些任务：1、产生网络信标(如果设备是协调器)；2、同信标保持同步；3、支持PAN的连接和断开连接；4、支持设备的平安性；5、信道接入采用CSMA—CA接入机制；6、处理和维护GTS机制；7、在对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。图5MAC层参考模型示意图ZigBee节点类型ZigBee网络包含三种类型的节点，即协调器ZC(ZigBeeCoordinator)、路由器ZR(ZigBeeRoute)和终端设备ZE(ZigBeeEndDeviee)，其中协调器和路由器均为全功能设备(FFD)，而终端设备选用精简功能设备(RFD)。协调器：一个ZigBee网络PAN(PersonalAreaNetwork)有且仅有一个协调器，该设备负责启动网络，配置网络成员地址，维护网络，维护节点的绑定关系表等，需要最多的存储空间和计算能力；路由器：主要实现扩展网络及路由消息的功能。扩展网络，即作为网络中的潜在父节点，允许更多的设备接入网络。路由节点只有在树状网络和网状网络中存在；终端设备：不具备成为父节点或路由器的能力，一般作为网络的边缘设备，负责与实际的监控对象相连，这种设备只与自己的父节点主动通讯，具体的信息路由那么全部交由其父节点及网络中具有路由功能的协调器和路由器完成[11]。ZigBee的拓扑结构ZigBee的网络支持星状网(StarNetwork)，树状网(ClustertreeNetwork)和网状网(MeshNetwork)三种网络拓扑结构。星形网(Star)是由一个ZigBee协调器和一个或多个ZigBee终端节点组成的。ZigBee协调器必须是FFD，它位于网络的中心，负责发起建立和维护整个网络，其它的节点(终端节点)一般为RFD，也可以为FFD，它们分布在ZigBee协调器的覆盖范围内，直接与ZigBee协调器进行通信。星形网的控制和同步都比拟简单，通常用于节点数量较少的场合。树状网络(Cluster-tree)由一个协调器和一个或多个星状结构连接而成，枝干末端的叶子节点一般为RFD，设备除了能与自己的父节点或子节点进行点对点直接通讯外，其他只能通过树状路由完成数据和控制信息的传输。协调器比网络中的其它路由器具有更强人的处理能力和存储空间。树状网络的一个显著优点就是它的网络覆盖范围较大，但随着覆盖范围的增加，信息的传输时延也会增大。网状网络(Mesh网)一般是由假设干个FFD连接在一起组成骨干网，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的无线通信范围内的其它节点通信，即允许网络中所有具有路由功能的节点直接互连，但它们中也有一个会被推荐为ZigBee协调器。网状网络是树状网络根底上实现的，与树状网络不同的是，它是由路由器中的路由表配合来实现数据的网状路由的。Mesh网是一种高可靠性网络，具有“自恢复〞能力，它可为传输的数据包提供多条路径，一旦一条路径出现故障，那么存在另一条或多条路径可供选择，但正是由于两个节点之间存在多条路径，它也是一种“高冗余〞的网络。该拓扑的优点是减少了消息延时，增强了可靠性，缺点是需要更多的存储空间开销[12]图6星形网络拓扑图图7网状网络拓扑图图8树状网络拓扑图拓扑图4.3软件设计网络协调器负责建立无线网络，接收终端节点的状态信息并报警或显示，发送命令控制节点的状态。系统应用层的程序主要包括安防、家电控制、传感、无线数据传输好人机交互模块等模块。终端节点负责数据采集，报警或显示，发送状态信息给协调器。系统应用层的程序主要包括传感、报警、无线数据传输和人机交互模块。系统应用层功能框图如图3所示。报警模块报警模块入网模块无线数据传输模块数据发送数据格式定义数据接收平安传感模块家电控制模块煤气LED状态显示终端节点系统应用层程序功能框图防盗门迎求救器灯光窗帘风扇空调建网模块安防模块LCD显示模块无线数据传送模块网络状态报警信息节点信息传感信息LED报警显示按键模块家电控制模块传感模块数据格式定义数据接收数据发送照度协调器系统应用层程序功能框图温度图3系统应用层功能框图4.4ZigBee智能家居系统本智能家居系统旨在运用ZigBee技术构建一个模拟的家居监测控制系统。系统拓扑结构如图1所示。从图中可以看出，本系统大致由安防传感子网、家电控制子网、信息管理平台及远程终端等局部组成。图1智能家居系统拓扑结构图其中，安防子网由温度传感器、煤气传感器、人体红外感应传感器等各种传感器模块组成。家电控制子网内的设备根本为受控设备。通过监测环境温度、照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可直接联动控制相关受控设备或将信息发送至管理平台，由信息管理平台决策如何处理这些4.5ZigBee开发软件介绍主要软件编程在ZigBee开发软件上编译和调试，即IAREW8051开发软件，IAREmbeddedWorkbench是一套卡发工具，用于对汇编、C或C++编写的嵌入式应用程序进行编译和调试。IAREmbeddedWorkbench是一套高度精密且使用方便的嵌入式应用编程开发工具。该集成环境包含了IAR的C/C++编译器，汇编器，链接器，文件管理器，文本编辑器，工程管理器和C—SPY调试器。通过其内置的针对不同芯片的代码优化器IAREmbeddedWorkbench可以为ARM芯片生成非常高效可靠的FLASH/PROMable代码[10]。4.5.1IAR软件完成安装软件后，在开始菜单里找到安装好的IAR软件，以下为其主要组成局部：集成工程管理器和编辑器的IDE；高度优化的C/C++编译器；芯片的胚子文件；高性能的C—SPY调试器和硬件调试工具；支持RTOS内核识别调试；汇编器；Run—time库；链接器和库管理工具；现成的代码例程；印刷电路板以及电子版的用户手册；网上帮助文档。4.5.2IAR集成开发软件各组成部件的特点〔1〕集成开发环境〔IDE〕层次化的工程表示方法；强大的工程管理允许在同一工作区管理多个工程；自适应窗口的浮动床扩管理；智能的源文件浏览器；包括生成、维护库的库工具；集成源代码控制系统；文本编辑器；常用代码构件的代码模板；命令行建立功能。〔2〕IARC/C++编译器对代码的大小和执行速度多级优化，允许不同的转换形式；用于数据/函数定义和存储器及类型属性声明的扩展关键字；用于控制编译器行为〔如内存分配〕的Pragma指令；在C源码中可直接访问的内在函数，从而执行低级处理器操作；支持C、嵌入式C++和扩展的嵌入式C++，并且包含有模板、名称和标准模板库〔STL〕。〔3〕IAR汇编器强大的可重定位宏汇编器，并带有丰富的标示符合操作符，内置C语言预处理器，支持所有C宏定义。〔4〕芯片支持IAREmbeddedWorkbench集成开发环境支持绝大多数8位、16位、32位微处理器；现成的C/C++汇编外设存放器定义文件；多种代码、数据模式；〔5〕链接器灵活的段命令，允许对代码和数据放置进行细节化的控制；优化链接过程中检查C/C++变量和函数；在非连续的存储空间自动放置代码和数据。〔6〕C-SPY调试器完全集成的源代码和反汇编调试器；非常精细的运行控制尺度；复杂的代码和数据断点；多种数据监测；支持STL容器；C/C++调用栈窗口，也会显示即将进入的函数；双击调用链上的任一函数，将自动更新编辑器、Locals、存放器、Watch被反汇编窗口以显示该函数被调用时的状态；Trace功能，允许查看代码运行的历史；在Trace窗口中移动时，将自动更新编辑器和反汇编窗口，以显示正确的位置；TerminalI/O仿真；终端和I/O的模拟；类C的宏语言系统，用于扩展调试器的功能；由主机对应用程序的系统调用进行仿真；代码覆盖率和Profiling性能分析工具；通用的FlashLoader，带有API手册。〔7〕RTSD支持支持OSEKRunTimeUnterface〔ORTI〕。〔8〕IAR库和库工具包含所有必需的ISO/ANSIC/C++库和源代码；为所有的低级程序，如writechar和readchar，提供完整的源代码；轻量级Runtime库。可由用户根据应用的需要自行配置；用于创立和维护库工程、库和库模块的库工具；入口点和符号信息清单。4.6创立工程4.6.1建立工程安装完协议栈Zstack-.1.2.1后，找到C:\TexasInstruments\ZStack-1.4.3-1.2.1\Projects\zstack\Samples下的SimpleApp工程，双击SimpleApp.eww翻开工程，在Workspace下拉框中选择SimpleCollectorEB。保存后将文件夹名“SimpleApp〞改为“Coordinator〞，作为智能家居的协调器工程。[16]图9智能家居系统协调器工程示意图在C:\TexasInstruments\ZStack--1.2.1\Projects\zstack\Samples目录下重新复制一个SimpleApp工程，翻开工程，在Workspace下拉框中选择SimpleSensorED，如图10所示，保存后将文件夹名改成“EndDevice〞，作为智能家居的终端节点工程。图10智能家居系统终端节点工程示意图4.6.2工程选项设置协调器工程SimpleCollectorEB修改后的预编译选项[17]为：CC2430EBHOLD_AUTO_STARTREFLECTORNV_INITxNV_RESTORExMT_TASKLCD_SUPPORTED终端节点工程SimpleSensorEB修改后的预编译选项为：CC2430EBHOLD_AUTO_STARTREFLECTORNV_INITNV_RESTORExMT_TASKxLCD_SUPPORTED4.6.3添加文件编写温度控制开关程序：新建文件“Untitled1〞，编写程序，将文件另存为“DS18B20.h〞放到C:\TexasInstruments\ZStack--1.2.1\Projects\zstack\Samples\Coordinator\Source目下，如图11所示。图11保存温度控制程序示意图为Coordinator工程的应用程序组〔APP〕添加“DS18B20.h〞：翻开协调器工程Coordinator，在应用程序组〔APP〕出单击右键，再点击“AddFiles〞，如图12所示，找到“DS18B20.h〞后添加。添加后的结果如图13所示。由于“DS18B20.h〞文件中的函数被SimpleCpllector.c调用，因此，在SimpleCollector.c中添加“#include“DS18B20.h〞〞。图12添加文件示意图图13添加文件后的结果示意图4.7任务与事件4.7.1自定义事件程序在SimpleCollector.c中定义了时间MY_START_EVT，用于启动设备的协议栈，使设备建立我网络或者参加网络。#defineMY_START_EVT0x0001智能家居系统的协调器需要增加新的事件，用于触发网络状态更新和液晶显示。新增事件的定义如下：#defineMY_UPDATE_NET_EVT0x0002//更新网络状态#defineMY_SHOW_MAIN_MENU_EVT0x0003//显示主菜单#defineMY_SHOW_VICE_MENU_EVT0x0004//显示二级菜单4.7.2事件触发以MY_UPDATE_NET_EVT为例，当网络建立成功后腰触发该事件来更新网络状态，因此，在建网回调函数zb_StartConfirm〔SimpleCollector.c〕中触发该事件。if(status==ZB_SUCCESS){myAppState=APP_START；//触发网络状态更新事件osal_set_event(sapi_TaskID，MY_UPDATE_NET_EVT)；}osal_set_event函数中，sapi_TaskID表示触发事件MY_UPDATE_NET_EVT所在的任务ID。Sapi_TaskID在sapi.c中定义。4.7.3事件触发在SimpleCollector.c中定义对应于新增事件的事件处理函数。staticvoidzb_UpdateNet(void)；//更新网络状态voidShow_MainMenu(void)；//LCD显示主菜单staticvoidShow_ViceMenu_2(uint8show_type)；//LCD显示二级菜单4.7.4添加事件处理函数SimpleCollector.c中的zb_HandleOsalEvent函数用于处理在用户应用程序中自定义的事件，在zb_HandleOsalEvent中增加对应于新增事件的事件处理函数的代码如下：voidzb_HandleOsalEvent(unit16event){If(event&MY_START_EVT){zb_BuildNet()；//建立网络}If(event&MY_UPDATE_NET_EVT){zb_UpdateNet()；//更新网络状态}If(event&MY_SHOW_MAIN_MENU_EVT){Show_MainMenu()；//LCD显示主菜单}If(event&MY_SHOW_VICE_MENU_EVT){Show_ViceMenu_2(show_type)；//LCD显示二级菜单}}在终端节点中添加的事件有：#defineMY_UPDATE_NET_EVT0x0002//更新网络状态#defineMY_MEASURE_EVT0x0004//节点状态检测对应的事件处理函数分别为：zb_UpdateNet()；//更新网络状态myApp_Measure()；//节点状态检测对于自定义事件，从事件触发到事件处理的流程如图14所示。图14事件处理流程图4.8设备信息配置4.8.1ProfileIDCoordinator工程中ProfileID的定义在SimpleApp.h中。模块程序的定义为：#defineMY_PROFILE_ID0x0F10MY_PROFILE_ID可以设定为任意的16位值，但是必须保证同一网络中协调器和各个节点的MY_PROFILE_ID值一致。4.8.2设备设备ID和设备版本的定义在SimpleApp.h中。模块的协调器设备定义如下：#defineDVE_ID_COLLECTOR0x00#defineDEVICE_VERSION_COLLECTOR0x01终端节点设备定义如下：#defineDEV_ID_SENSOR0x02#defineDEVICE_VERSION_SENSOR0x014.8.3端口在SimpleApp.h中定义端口号#defineMY_ENDPOINT_ID0x024.8.4命令智能家居系统中，协调器不仅能够主动请求所有节点信息，而且需要控制每个节点的状态，各个节点必须能够及时的将自己的状态信息返回给协调器。其中，协调器与每一个设备的操作可以对应一个命令。因此在SimpleApp.h中定义的命令如下：#defineALLINFO0x00//请求所有节点想念西#defineCOOR0x00//显示为协调器信息#defineTEMP0x01//温度#defineILLUMINANCE0x02//照度计#defineLIGHT0x03//灯#defineCURTAIN0x04//窗帘#defineFAN0x05//风扇#defineCONDITION0x06//空调#defineGAS0x07//煤气检测#defineINBREAK0x08//防盗报警器#defineWELCOME0x09//门迎将命令添加到命令列表：对于协调器设备，ALLINFO为输出命令，ILLUMINANCE为输入命令；对于终端节点设备来说，ALLINFO为输出命令，ILLUMINANCE为输入命令。因此，协调器输入命令表如下：constcId_tzb_InCmdList[NUM_IN_CMD_COOD]={ILLUMINANCE，LIGHT，CURTAIN，FAN，CONDITION，WELCOME，INBREAK，GAS，}；协调器的输出命令列表如下：constcId_tzb_OutCmdList[NUM_IN_CMD_COOD]={ALLINFO，LIGHT，CURTAIN，FAN，CONDITION，WELCOME，INBREAK，GAS，}；终端节点的输入命令列表应与协调器输出命令列表相同，输出命令列表与协调器输入命令列表相同。修改输入输出命令个数如下：#defineNUM_OUT_CMD_COOR10#defineNUM_IN_CMD_COOR104.8.5端口描述符在SimpleCollector.c中修改协调器设备的简单描述符定义，如下：constSimpleDescriptionFormat_tzb_SimpleDesc={MY_ENDPOINT_ID，//端口号MY_PROFILE_ID，//ProfileIDDEV_ID_COLLECTOR，//设备IDDEVICE_VERSION_COLLECTOR，//设备版本0，//保存NUM_IN_CMD_COOR，//输入命令数(cId_t*)zb_InCmdList，//输入命令列表地址NUM_OUT_CMD_COOR，//输出命令数(cId_t*)zb_OUTC