基于Zigbee与红外遥控技术的家居无线控制网络设计.pdf

第2 3 卷第1 期 2 0 1 0 年1 月 机电产品开簋与剀斩 D e v e l o p m e n t I n n o v a t io no fM a ch in e r y E l e ct r ica lP r o d u ct s V 0 1 2 3 N o 1 J a n 2 0 1 0 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 0 O l 一1 4 9 0 3 基于Z ig b e e 与红外遥控技术的家居无线控制网络设计 曹帅 刘纯天 武汉科技学院 湖北武汉4 3 0 0 7 3 摘 要 提出利用Z ig b e e 与红外遥控技术 采用了编码的控制方式 把一些日常采用了红外遥控技术的家居 组成一个合适的家居无线控制网络 使它们在一个控制网络内协调工作 本文给出了采用编码技术 的整个家居无线控制网络总体设计方案 整个网络硬件的设计方案及总体的软件设计 并对其中的 重点 采用了红外遥控技术的家居 如电视 空调 的编码控制方案进行了重点阐述 关键词 红外遥控技术 Z ig b e e 编码 中图分类号 T N 2 l文献标识码 Ad o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 0 0 1 0 6 0 B a s eo nZ ig b e eT e ch n o l o g ya n dI n f r a r e dR e m o t eC o n t r o lT e ch n o l o g y SH o m eW ir e l e s sC o n t r o lN e t w o r kD e s ig n C A 0 鼽埘 L I UC h u n T ia n W u h a nU n iv e r s it yo fS cie n cea n dE n g in e e r in g W u h a nH u b e i4 3 0 0 7 3 C h in a A b s t r a ct P r o p o s et Ou s eZ ig b e ea n dir r 臣a r e dr e m o t eco n t r o lt e ch n o l o g ya n dae n co d in gco n t r o lm e t h o dt Om a k et h en u m b e ro fd a il yh o m e w id lin f r a r e dr e m o t eco n t r o lt e ch n o l o g yco n s t it u t eas u it a b l eh o m ew ir e l e s sco n t r o ln e t w o r k S ot h a tt h e yC a nco n co r d a n tw o r kinaco n t r o l n e t w o r k T h isp a p e rp r e s e n t st h ein t e g r a t e dd e s ig np l a no ft h eh o m ew ir e l e s sco n t r o ln e t w o r kw it hu s in ge n co d in gt e ch n o l o g y t h ee n t ir e h a r d w a r ed e s ig np l a na n dt h eo v e r a l ls o f t w a r ed e s ig no ft h eco n t r o ln e t w o r k A sw e l l 舔o n eo ft h ek e y u s in gt h ein f r a r e dr e m o t eco n t r o l t e ch n o l o g ya th o m e s u cha sT V a irco n d it io n in g e n co d in gco n t r o lp r o g r a mh a sah ig h l ig h t e de x p o u n d in g K e yw o r d s in f ix e dr e m o t eco n t r o lt e ch n o l o g y Z ig h e e e n co d in g 0 引言 无线智能家居系统是家居建设发展的趋势 至今全 球并没有形成统一的标准协议 造成各智能家居系统在 控制对象方面都具有针对性 在智能家居成熟并达到普 及之前 这会严重制约智能家居系统的应用普及 在家 居的控制领域红外遥控技术应用成熟 目前应用中的各 种红外遥控系统的原理都大同小异 区别只是在于各系 统的信号编码格式不同 遥控专用集成电路的编码格式 是公开的 可以查阅到 在信息家电普及之前 研究红 外遥控技术与Z ig b e e 技术在家居无线控制领域的应用 对目前的无线智能家居系统有一定的补充与促进作用 并且应用Z ig b e e 与红外遥控技术的家居无线控制网络能 使人们在现有家居的基础上花费很小的开销就能更舒适 的享受到家居组网无线控制的便捷 收稿日期 2 0 0 9 1 0 1 4 作者简介 曹帅 男 硕士研究生 主要研究方向 智能家 居的家居控制组网方案 1 家居无线控制网络设计的总体方案 家居无线控制网络的设计基于Z ig b e e 与红外遥控技 术 本文家居无线控制网络分为四部分详见图1 图1 无线控制网络框图 F ig 1T h ew ir e l e s sco n t r o ln e t w o r kd ia g r a m 本设计采用了Z ig b e e 技术构建家居无线控制网络的 网络结构 红外编码模块产生与储存红外遥控所需的编 码 红外发射模块发射红外脉冲信号给受控的带红外的 家居设备 2 系统的硬件设计方案 2 1 Z ig b e e 传输网络构建 1 Z ig b e e 网络结构介绍 Z ig B e e 是一个可靠 低 成本 低功耗的开放性全球标准 用于无线网络控制和 1 4 9 测试与控制 监测解决方案 Z ig B e e 使用I E E E 8 0 2 1 5 4 兼容无线电 运行在2 4 G H z 免执照频段 Z ig B e e 的应用包括家庭和 建筑自动化 工业控制和监测 能源管理和资产跟踪 一个Z ig B e e 网络中有三种逻辑设备类型 协调器 路由 器 终端设备 一个Z ig B e e 网络包括一个协调器节点 多个路由器和终端设备节点 见图2 O 协调器 路由器 终端设备 图2Z ig b e e 技术通信网络结构 F i9 2Z ig b e et e ch n o l o g y sco m m u n ica t io nn e t w o r ka r ch it e ct u r e Z ig b e e 协调器是 启动 一个Z ig B e e 网络的设备 它是网络的第一个设备 协调器选择一个信道和一个网 络标识符 也叫做个人局域网I D 然后启动网络 一个路由器执行的网络功能有 允许其它设备加 入网络 多跳路由 协助电池供电的子节点终端设 备的通信 路由器允许其它设备加人网络 那些通过一 个特定的路南器加入网络的设备被称为它的 子节点 设备 这些 子节点 设备可以是路由器或终端设备 这是一个很类似于互联网的分散式网络拓扑结构 如果一条路径连接失败 它允许节点通过网络找到新的 路径 2 Z ig b e e 网络设计 本设计采用C C 2 4 3 0 芯片与 Z s t a ck 协议栈来构建Z ig b e e 通信网络 C C 2 4 3 0 是用来 实现嵌入式Z ig B e e 应用的片上系统 它支持2 4 G H z I E E E8 0 2 1 5 4 Z ig B e e 协议 它结合一个高性能2 4 G H z D S S S 直接序列扩频 射频收发器核心和一颗工业级小 巧高效的8 0 5 1 控制器 在室内可达7 0 米的通信距离 满足本设计对低成本 低功耗的要求 具体设计如图3 所示 Z ig b e e 协调器模块与Z ig b e e 路由器节点通过红外发 带红外的家具设备 图3Z ig b e e 网络设计框图 F ig 3T h eZ ig b e en e t w o r kd e s ig nd ia g r a m 1 5 0 射模块把带红外家居设备接入网络 构成家居无线控制 网络 2 2 红外编码模块设计 红外传输是无线传输中一项比较成熟的技术 而且 其成本比较便宜 因而目前家电遥控器中几乎都采用红 外线传输技术 其基本的通信原理大致如下 红外信号 代码均采用二进制码 这些编码不是用高电平或低电平 来表示 1 或 0 的 而是通过脉宽来表示的 例如 对于二进制信号 0 一个脉冲占1 2 m s 对于二进制 信号 1 一个脉冲占2 4 m s 而每一脉冲内低电平均 为0 6 m s 目前应用中的各种红外遥控系统的原理都大 同小异 区别只是在于各系统的信号编码格式不同 利 用这些代码信号去调制 司定频率 3 8 4 0 k H z 的载波信 号 信号驱动放大后由红外发射管发射出 然后经远处 的红外接收头接收 放大 检波 整形后 再经单片机 译码得到控制指令 红外遥控的特点是调制简单 易于 编码 可实现多路控制 本设计中采用的红外编码模块具有对各种红外遥控 器发射的控制信号进行识别 存贮和再现 从而实现对 多个电器的遥控 红外遥控电路具备两种功能 一是能 够对各种类型的红外遥控器的编码信号进行学习和分析 识别 将学习结果自动存贮在相应的存储器中 二是接 收上位机并行发送的控制信息 并进行分析和实现输出 控制红外信号编码 其实现的结构原理框如图4 所示 数 I 红外接受电路 譬 g 于 节 码 离厂胡 点 按 键 输 入 图4 红外编码模块设计框图 F ig 4 T h ein f r a r e de n co d in gm o d u l ed e s ig nd ia g r a m 2 3 红外发射模块设计 红外信号发射电路如图5 所示 由时基电路5 5 5 构 成产生3 8 5 K H z 脉冲振荡电路 用G A L l 6 V 8 逻辑阵列 器件实现输出通路选择 并叠加载波信号作为红外控制 信号输出 经八路驱动器2 8 0 3 驱动后发射出去 红外 V C C 图5 红外发射电路 F ig 5T h ein f r a r e dr a d ia t io ncir cu itd e s ig n 测试与控制 上接第1 5 5 页 C H1 T im e A d d T y p e 2 C H l F il e P a t h D D L D A T A I t S A V E D A T E l S A V E T I M E l C H l G o l D e l a y 2 0 0 C H 4 1 一T O T A L L A S P V C H 4 1 l Q T A L P