基于物联网的智能家居系统设计

精品文档 1欢迎下载 目录目录 前言 2 摘要 3 一 需求分析 4 二 系统设计 5 三 实现原理 6 3 1zigbee 协议介绍 6 3 2ZigBee 技术的应用领域 7 3 3zigbee 协议栈结构 7 四 硬件设计 11 4 1 传感器节点模块化设计 11 4 2CC2530 芯片概述 11 4 2 1CC2530 芯片基本介绍 11 4 2 2CC2530 芯片引脚介绍 12 4 3 温度传感器调理电路设计 13 4 4 网络协调器外围电路设计 14 五 软件设计 16 5 1IAR 开发环境 16 5 2 协调器节点程序 16 5 2 1 网络组建 17 5 2 2 节点之间的数据传输 20 5 3 嵌入式网关程序 21 5 4 传感器节点程序 23 总结 24 参考文献 25 致谢 26 精品文档 2欢迎下载 前言前言 智能家居通过物联网技术将家中的各种设备 如音视频设备 照明系统 窗帘控制 空调控制 安防系统 数字影院系统 影音服务器 影柜系统 网 络家电等 连接到一起 提供家电控制 照明控制 电话远程控制 室内外遥 控 防盗报警 环境监测 暖通控制 红外转发以及可编程定时控制等多种功 能和手段 在很多应用场合 温度是一个很重要的一个参数 温度的自动监测已经成为各 行业进行安全生产和减少损失的重要措施之一 传统的温度测量方式测量周期 长 施工复杂 不便于管理 并且在有些特定场合如封闭 高压等环境下根本 无法测量 但是往往这些场合容易引起很大的事故 因而温度的无线传输显的 越来越重要 精品文档 3欢迎下载 摘要摘要 随着社会经济的发展 人民生活水平的提高 人们对生活的品质提出了更 高的要求 在设计中 为了实现智能家居系统的远程管理和无线传输的功能 利用 Zigbee 无线网络技术 以 CC2530 芯片和相关的一些外围器件组建成整个 系统的家庭网关控制平台 而家居内部控制网络则利用 Zigbee 无线网络技术来 实现 本设计主要从无线传感方向进行改进 主要设计一种基于 CC2530 和数字 温湿度传感器的温湿度采集系统 该系统采用无线通信技术结合传感器 通过 运用协议架构组建无线传感网络 实现主从节点的数据采集和传输 以及一点对 多点 两点之间的通信 并详细阐述了基于 Zigbee 协议栈的中心节点和终端节 点的协议传输 主要是从协议栈网络层里 AODV 路由协议着手 阐述在网络层如 何通过 AODV 路由协议进行节点间的连接以及数据的收发 关键字关键字 智能家居 温湿度数据采集 CC2530 Zigbee 协议栈 精品文档 4欢迎下载 一一 需求分析需求分析 随着社会经济结构 家庭人口结构以及信息技术的发展变化 人们对家居环 境的安全性 舒适性 效率性 透明性提出了更高的要求 同时越来越多的家 庭要求家居产品不仅要具备简单的智能 更要求整个系统在功能扩展 外延以 及服务方面能够做到简单 方便 轻松 安全 很显然我们的家居生活需要改 变 智能家居系统提供广泛的信息交互功能 优化居住环境 帮助人们有效地 利用网络的便捷性各种实现了对家居环境的控制 智能家居产品为家居环境 家电设备提供一个共享的接入中心 实现对家 庭环境及其设备的智能管理 远程管理 集中管理和资源共享 随着网络科技 的高速发展 在可以预见的未来 在智能化住宅中 以宽带网络将家里的电脑 电视机 家电 安防系统等连成一体的自主控制 扩展 享用的工作 学习 娱乐家庭综合信息服务平 精品文档 5欢迎下载 二二 系统设计系统设计 精品文档 6欢迎下载 三三 实现原理实现原理 3 1zigbee3 1zigbee 协议介绍协议介绍 ZigBee 协议标准采用分层结构 每一层为上层提供一系列特殊的服务 数 据实体提供数据传输服务 管理实体则提供所有其他的服务 所有的服务实体 都通过服务接人点 SAP 为上层提供接口 每个 SAP 都支持一定数量的服务原语 来实现所需的功能 ZigBee 标准的分层架构是在 OSI 七层模型的基础上根据市 场和应用的实际需要定义的 其中 IEEE 802 15 4 2003 标准定义了底层协 议 物理层 physical layer PHY 和媒体访问控制层 medium access control sub layer MAC ZigBee 联盟在此基础上定义了网络层 network layer NWK 应用层 application layer APL 架构 在应用层内提供了应用支持子层 application support sub layer APS 和 ZigBee 设备对象 ZigBee device object ZDO 应用框架中则加入了用户自定义的应用对象 ZigBee 的网络 层采用基于 Ad Hoc 的路由协议 除了具有通用的网络层功能外 还应该与底层 的 IEEE 802 15 4 标准一样功耗小 同时要实现网络的自组织和自维护 以 最大限度方便消费者使用 降低网络的维护成本 应用支持子层把不同的应用 映射到 ZigBee 网络上 主要包括安全属性设置 业务发现 设备发现和多个业 务数据流的汇聚等功能 ZigBee 无线测温系统的组成及原理基于 ZigBee 技术 的无线测温系统主要由基于 ZigBee 技术的底层无线传感器网络 远程数据传输 网络以及功能完善的上位监控系统 3 部分组成 该系统是由大量的传感器点 汇节点以及远程传输模块组成的分布式系统 基于簇的分层结构具有天然的分 布式处理能力 簇头就是分布式处理中心 即无线传感器网络的一个汇节点 每 个簇成员 传感器节点 都把数据传给簇头 数据融合后直接传给远程传输网络 中央控制中心通过远程传输网络与多个汇节点连接 汇节点和传感器节点之间通 过 ZigBee 技术实现无线的信息交换 带有射频收发器的无线传感器节点负责对 数据的感知和处理并传送给汇节点 通过远程传输网络获取采集到的相关信息 实现对现场的有效控制和管理 精品文档 7欢迎下载 3 2ZigBee3 2ZigBee 技术的应用领域技术的应用领域 ZigBee 技术的目标就是针对工业 家庭自动化 遥测遥控 汽车自动化 农业自动化和医疗护理等 例如灯光自动化控制 传感器的无线数据采集和监 控 油田 电力 矿山和物流管理等应用领域 另外它还可以对局部区域内移 动目标例如城市中的车辆进行定位 通常 符合如下条件之一的应用 就可以 考虑采用 ZigBee 技术做无线传输 数据采集或监控的网点多 传输的数据量不 大 但要设备成本低 要求数据传输可性高 安全性高 设备体积很小 不便 放置较大的充电电池或者电源模块 电池供电 地形复杂 监测点多 需要较 大的网络覆盖 现有移动网络的覆盖盲区 使用现存移动网络进行低数据量传 输的遥测遥控系统 使用 GPS 效果差 或成本太高的局部区域移动目标的定位 应用 3 3zigbee3 3zigbee 协议栈结构协议栈结构 ZigBee 协议栈定义了四层 分别是物理层 媒体访问控制层 网络层 应 用层 物理层和媒体访问控制层由 IEEE802 15 4 2003 定义 上层的网络层和 应用层由 Zigbee 联盟定义 应用层分别包括 ZDO Zigbee 设备对象 APS 应 用支持子层 和 AF 应用框架 组成 Zigbee 协议栈每一层负责完成所规定的 任务 并且向上层提供服务 各层之间的接口通过所定义的逻辑链路来提供服 务 ZigBee 协议栈结构如 图 2 ZigBee 协议栈结构图所示 精品文档 8欢迎下载 图 2 ZigBee 协议栈结构图 1 物理层 物理层由半双工的无线收发器及其接口组成 主要作用是激活和关闭射频 收发器 检测信道的能量 显示收到数据包的链路质量 空闲信道评估 选择 信道频率 数据的接受和发送 2 媒体访问控制层 媒体访问控制 MAC 层建立了一条节点和与其相邻的节点之间可靠的数据 传输链路 共享传输媒体 提高通信效率 在协调器的 MAC 层 可以产生网络 信标 同步网络信标 支持 ZigBee 设备的关联和取消关联 支持设备加密 在 信道访问方面 采用 CSMA CA 信道退避算法 减少了碰撞概率 确保时隙分配 GTS 支持信标使能和非信标使能两种数据传输模式 为两个对等的 MAC 实 体提供可靠连接 3 网络层 精品文档 9欢迎下载 网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接 主要功能包括设备连接和断 开网络时所采用的机制 以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制 此外 还包括设备的路由发现和路由维护和转交 并且 网络层完成对一跳 one hop 邻 居设备的发现和相关结点信息的存储 一个 ZigBee 协调器创建一个新网络 为 新加入的设备分配短地址等 并且 网络层还提供一些必要的函数 确保 ZigBee 的 MAC 层正常工作 并且为应用层提供合适的服务接口 网络层要求能够很好地完成在 IEEE 802 15 4 标准中 MAC 子层所定义的 功能 同时 又要为应用层提供适当的服务接口 为了与应用层进行更好的通 信 网络层中定义了两种服务实体来实现必要的功能 这两个服务实体是数据 服务实体 NLDE 和管理服务实体 NLME 网络层的 NLDE 通过数据服务实体服务 访问点 NLDE SAP 来提供数据传输服务 NLME 通过管理服务实体服务访问点 NLME SAP 来提供管理服务 NLME 可以利用 NLDE 来激活它的管理工作 它还 具有对网络层信息数据库 NIB 进行维护的功能 在这个图中直观地给出了网 络层所提供的实体和服务接口等 NLDE 提供的数据服务允许在处于同一应用网络中的两个或多个设备之间传 输应用协议数据单元 APDU NLDE 提供的服务有 产生网络协议数据单元 NPDU 和选择通信路由 选择通信路由 在通信中 NLDE 要发送一个 NPDU 到 一个合适的设备 这个设备可能是通信的终点也可能只是通信链路中的一个点 NLME 需提供一个管理服务以允许一个应用来与协议栈操作进行交互 NLME 需 要提供以下服务 配置一个新的设备 configuring a new device 具有充 分配置所需操作栈的能力 配置选项包括 ZigBee 协调器的开始操作 加入一 个现有的网络等 4 应用层 应用层包括三部分 应用支持子层 APS ZigBee 设备对象 ZDO 和应 用框架 AF 应用支持子层的任务是提取网络层的信息并将信息发送到运行在 节点上的不同应用端点 应用支持子层维护了一个绑定表 可以定义 增加或 移除组信息 完成 64 位长地址 IEEE 地址 与 16 位短地址 网络地址 一对 一映射 实现传输数据的分割与重组 应用支持子层连接网络层和应用层 是 它们之间的接口 这个接口由两个服务实体提供 APS 数据实体 APSDE 和 APS 管理实体 APSME APS 数据实体为网络中的节点提供数据传输服务 它会 拆分和重组大于最大荷载量的数据包 APS 管理实体提供安全服务 节点绑定 精品文档 10欢迎下载 建立和移除组地址 负责 64 位 IEEE 地址与 16 位网络地址的地址映射 4 ZigBee 设备对象负责设备的所有管理工作 包括设定该设备在网络中的角 色 协调器 路由器或终端设备 发现网络中的设备 确定这些设备能提供的 功能 发起或响应绑定请求 完成设备之间建立安全的关联等 用户在开发 ZigBee 产品时 需要在 ZigBee 协议栈的 AF 上附加应用端点 调用 ZDO 功能以 发现网络上的其他设备和服务 管理绑定 安全和其他网络设置 ZDO 是一个 特殊的应用对象 它驻留在每一个 ZigBee 节点上 其端点编号固定为 0 AF 应用框架是应用层与 APS 层的接口 它负责发送和接收数据 并为接收 到的数据寻找相应的目的端点 精品文档 11欢迎下载 四四 硬件硬件设计设计 4 14 1 传感器节点模块化设计传感器节点模块化设计 传感器节点一般由数据采集单元 数据处理单元 通信单元 即射频模块 和电源单元组成 其结构如图 5 1 所示 传感器模块 PH传感器 温度传感器 浊度传感器 信 号 调 理 电 路 处理器模块 处理器 存储器 无线射频模 块 电源模块 UART接口网网关关节节点点 图 5 1 无线传感器节点结构图 由于无线传感网络在通信上消耗较大能量 故处理器选用功耗较小的 CC2530 为通信器件 设计无线网络节点 数据采集模块利用传感器监测外部环 境 本作品中负责采集水的温度 PH 值 浊度等水质信息 通过信号的调理输 出 并传送给处理器进行处理 4 2CC25304 2CC2530 芯片芯片概述概述 4 2 1CC25304 2 1CC2530 芯片基本介绍芯片基本介绍 ZigBee 新一代 SOC 芯片 CC2530 是真正的片上系统解决方案 支持 IEEE 802 15 4 标准 ZigBee ZigBee RF4CE 和能源的应用 拥有庞大的快闪记忆体多 达 256 个字节 CC2530 是理想 ZigBee 专业应用 支持新 RemoTI 的 ZigBee RF4CE 这是业界首款符合 ZigBee RF4CE 兼容的协议栈 和更大内存大小将允 许芯片无线下载 支持系统编程 此外 CC2530 结合了一个完全集成的 高性 能的 RF 收发器与一个 8051 微处理器 8 kB 的 RAM 32 64 128 256 KB 闪存 以及其他强大的支持功能和外设 精品文档 12欢迎下载 CC2530 芯片具有如下主要性能 1 高性能和低功耗的 8051 微控制器核 2 32 KB 64 KB 128 KB 或 256KB 的系统内可编程闪存 3 8 KB RAM 具备在各种供电方式下的数据保持能力 4 集成符合 IEEE 802 15 4 标准的 2 4GHz 的 RF 无线电收发机 5 极高的接收灵敏度和抗干扰性能 6 可编程的输出功率高达 4 5dBm 7 只需一个晶振 即可满足网状网络系统的需要 8 硬件支持 CSMA CA 功能 9 较宽的电压范围 2 0 3 6V 4 2 2CC25304 2 2CC2530 芯片引脚介绍芯片引脚介绍 CC2530 芯片如图 5 2 所示 它采用 6 mm 6 mm 的 QFN 封装 共有 40 个引 脚 全部引脚可以分为 I O 端口线引脚 电源线引脚和控制线引脚三类 1 4 3 2 9 8 7 6 5 10 30 25 22 23 24 21 28 27 26 29 1118171615141312 20 19 403233393837363534 GND 31 GND GND GND P1 5 P1 4 P1 3 P1 2 P1 1 DVDD2 P1 0 P0 2 P0 1 P0 0 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 RESET N RBIAS AVDD4 AVDD1 AVDD2 AVDD3 AVDD5 RF N RF P XOSC Q2 XOSC Q1 AVDD6 P1 6 P1 7 P2 0 P2 2 P2 1 DVDD1 DCOUPL P2 3 XOSC32K Q2 P2 4 XOSC32K Q1 GND Ground Pdd 图 5 2 CC2530 芯片引脚 1 I O 端口线引脚功能 精品文档 13欢迎下载 CC2530 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 寄存器的位和字节 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 2 电源引脚功能 AVDD1 28 脚 为模拟电路连接 2 0V 3 6V 的电压 AVDD2 27 脚 为模拟电路连接 2 0V 3 6V 的电压 AVDD3 24 脚 为模拟电路连接 2 0V 3 6V 的电压 AVDD4 29 脚 为模拟电路连接 2 0V 3 6V 的电压 AVDD5 21 脚 为模拟电路连接 2 0V 3 6V 的电压 AVDD6 31 脚 为模拟电路连接 2 0V 3 6V 的电压 DCOUPL 40 脚 提供 1 8V 的数字电源去耦电压 不使用外部电路供应 DVDD1 39 脚 提供 2 0V 3 6V 的数字电源连接电压 DVDD2 10 脚 提供 2 0V 3 6V 的数字电源连接电压 3 控制线引脚 RBIAS 30 脚 为参考电流提供精确的偏置电阻 RESET N 20 脚 复位引脚 低电平有效 RF N 26 脚 在 RX 期间向 LNA 输入负向射频信号 RF P 25 脚 在 RX 期间向 LNA 输入正向射频信号 XOSC Q1 22 脚 32MHz 的晶振引脚 1 或外部时钟输入引脚 XOSC Q2 23 脚 32MHz 的晶振引脚 2 4 34 3 温度传感器调理电路设计温度传感器调理电路设计 温度传感器采用 Dallas 公司推出的 DS18B20 数字式温度传感器 磨耐碰 体积小 使用方便 封装形式多样 适用于空间狭小的应用场合 只需单线接 口 电路简单不需要 AD 转换器件和其它外围电路 缩小了系统的体积 提高 了系统的可靠性 DS18B20 的封装有 3 脚 6 脚和 8 脚三种方式 本次设计 中选用的是 3 引脚方式 TO 92 封装 如图 5 6 所示 其中 DQ 为数字信号 输入 输出端 GND 为电源地 VCC 为外接供电电源输入端 以寄生供电方式时 接地 系统把 DQ 端连接到 CC530 的 P0 0 口 通过对 DS18B20 的初始化 温度转换和读取等指令来测量室内质温度 精品文档 14欢迎下载 图 5 6 温度传感器测量电路 4 44 4 网络协调器外围电路设计网络协调器外围电路设计 网络协调器的外围电路都放在扩展板上 主要包括电源 串口等外围电路 用于支持 ZigBee 模块工作以及和 PC 机的通信 网络协调器是整个网络中功 耗最大的模块 因此网络协调器用的电源是通过 220V 交流电源转换而来 而 不是 ZigBee 网络中的常用的电池 在设计时为了简化电路 降低功耗 网络 协调器上所有芯片都选用工作电压为 3 3V 的 该模块只需要 3 3V 电源供电 如图 5 7 所示 图 5 7 节点电源处理模块 图 5 8 传感器电源处理模块 精品文档 15欢迎下载 图 5 8 中 D1 D2 的作用是防止输出电压大于输入电压导致烧坏 7812 或者 7805 得到 5V 电源后再通过一个低压差线性稳压器 LDO Low Dropout Regulator 将 5V 电源转换为工作电压 3 3V 给整个模块供电 LDO 选用 TI 公 司 REG1117 3 3 稳压器 该芯片电路简单 质量可靠 价格低 精品文档 16欢迎下载 五五 软件设计软件设计 5 1IAR5 1IAR 开发环境开发环境 IAREmbedded Workbench 简称为 EW 它具备的调试器和 C C 交叉编译 环境 是当今最易使用 最完整的嵌入式应用开发工具 针对不同的微处理器 提供一样直观的用户界面 当前支持 35 种以上的 32 位 16 位 8 位 ARM 微处 理器 EW 的组成部分为 C SPY 调试器 嵌入式 C C 编译器 汇编器 库管理 员 编译器 项目管理器和连接定位器 使用 IAR 的编译器不仅能节省硬件资 源 最大限度降低产品成本 提高产品竞争力还能最大程度优化和紧凑代码 IAR Embedded Workbench 集成编译环境主要有以下特征 支持高效浮点运 算 完全兼容 C 标准 高效的 PROMable 代码 目标特性扩充 内建对应芯片的 程序速度和大小的优化器 版本控制和扩展工具支持良好 便捷的中断处理和 模拟 内存模式选择 瓶颈性能分析 工程中相对路径支持 IAR EW8051 集成 开发环境如图 6 1 所示 图 6 1 IAR EW8051 集成开发环境 精品文档 17欢迎下载 5 25 2 协调器节点程序协调器节点程序 协调器的主要功能是建立网络 还有扫描网络信标 管理网络中节点的加 入 退出和存储节点信息 同时还提供关联节点之间的路由信息 组建网络分为网络初始化和节点加入网络两个过程 ZigBee 网络的建立是 由协调器发起的 要组建网络的节点必须满足两个基本要求 一是节点必须是 FFD 节点 具备协调器的能力 二是节点还没有加入到其他网络中 网络初始 化的流程如图 6 2 所示 图 6 2 协调器组网流程图 5 2 15 2 1 网络组建网络组建 确定网络协调器 信道扫描过程 设置网络 ID 至此网络初始化就完成 相 关代码如下 第一步 Z Stack 由 main 函数开始执行 main 函数共做了 2 件事 一是系统初始化 另外一件是开始执行轮转查询式操作系统 精品文档 18欢迎下载 int main void osal init system 第二步 操作系统初始化 osal start system 初始化完系统任务事件后 正式开始执行操作 系统 第二步 进入 osal init system 函数 执行操作系统初始化 uint8 osal init system void osal mem init osal qHead NULL osalTimerInit osal pwrmgr init osalInitTasks 第三步 执行操作系统任务初始化函数 osal mem kick return SUCCESS 第三步 进入 osalInitTasks 函数 执行操作系统任务初始化 void osalInitTasks void 第三步 初始化操作系统任务 uint8 taskID 0 tasksEvents uint16 osal mem alloc sizeof uint16 tasksCnt osal memset tasksEvents 0 sizeof uint16 tasksCnt 任务优先级由高向低依次排列 高优先级对应 taskID 的值反而小 macTaskInit taskID 不需要用户考虑 nwk init taskID 不需要用户考虑 Hal Init taskID 硬件抽象层初始化 需要我们考虑 精品文档 19欢迎下载 if defined MT TASK MT TaskInit taskID endif APS Init taskID 不需要用户考虑 if defined ZIGBEE FRAGMENTATION APSF Init taskID endif ZDApp Init taskID 第四步 ZDApp 层 初始化 执行 ZDApp init 函数后 如果是协调器将建立网络 如果是终端设备将加入网络 if defined ZIGBEE FREQ AGILITY defined ZIGBEE PANID CONFLICT ZDNwkMgr Init taskID endif SerialApp Init taskID 应用层 SerialApp 层初始化 需要用户考 虑在此处设置了一个按键触发事件 当有按键按下的时候 产 生一个系统消息 第四步 进入 ZDApp init 函数 执行 ZDApp 层初始化 第五步 正式执行操作系统 void osal start system void 第五步 正式执行操作系统 if defined ZBIT 死循环 endif uint8 idx 0 osalTimeUpdate Hal ProcessPoll do if tasksEvents 精品文档 20欢迎下载 break 得到待处理的最高优先级任务索引号 idx while idx tasksCnt if idx tasksCnt uint16 events halIntState t intState HAL ENTER CRITICAL SECTION intState 进入临界区 events tasksEvents 提取需要处理的任务中的事件 tasksEvents 0 清除本次任务的事件 HAL EXIT CRITICAL SECTION intState 退出临界区 events tasksArr idx events 通过指针调用任务处理函 数 紧接着跳到相应的函数去处理 此为第五步 HAL ENTER CRITICAL SECTION intState 进入临界区 tasksEvents events Add back unprocessed events to the current task 保存未处理的事件 HAL EXIT CRITICAL SECTION intState 退出临界区 if defined POWER SAVING else osal pwrmgr powerconserve endif 5 2 25 2 2 节点之间的数据传输节点之间的数据传输 在完成协调器组网以及终端节点加入网络后并进行数据传输 将协调器通 过 RS 232 和 PC 相连 可以通过串口助手或者相应的开发软件来观察节点之间 精品文档 21欢迎下载 的数据传输 分析和处理数据 进行相关的控制操作 达到实时监控和智能控 制的目的 协调器与上位机采用 RS 232 串口 传输速率为 115200bps 无校验位 8 个数据位 1 位停止位 其软件流程如图 6 3 所示 图 6 3 串口工作点流程 5 35 3 嵌入式网关程序嵌入式网关程序 嵌入式网关软件主要由硬件设备底层驱动 WinCE 6 0 操作系统与协议栈 的裁剪与移植和网关应用程序三大部分构成 通过系统的软件设计可以完成系 统控制及 ZigBee 网络和以太网通信等 硬件设备底层驱动是对物理硬件设备功 能的软件封装 提供软件接口给 Wince6 0 操作系统内核调用 网关驱动主要由 以太网网卡驱动 串口驱动 外部存储器驱动 LCD 驱动和板载初始化等构成 嵌入式网关软件平台参考模型如图 6 4 所示 精品文档 22欢迎下载 图 6 4 软件平台参考模型 图 6 5 嵌入式网关网络协议转换模型 传感器节点将经过简单的处理之后传输给协调器节点 协调器节点通过串 口将数据传输给网关 网关将 ZigBee 网络协议转换为 Internet 网络协议 如 图 6 5 所示 便可以实现远程访问 由于 ZigBee 网络与 Internet 网络使用的 网络地址不同 要想实现这两种网络之间的转换 首先应该解决的就是两种网 络的地址转换问题 网关就完成了两种地址之间的转换 使得数据能够在两种 网络之间进行传输 ZigBee 网络中的每个节点都有各自的地址信息 其中地址信息内容包括端 点 ID 和节点 ID 两部分 在网关上建立 ZigBee 网络的地址映射 将每个 ZigBee 网络节点地址与一个 UDP 端口建立一一映射关系 同时在网关上建立 Internet 的地址映射 Internet 地址信息包括 IP 地址和端口号两部分 在网 关上将每个 Internet 主机地址与一个端点建立映射 这样就在网关中保存了 ZigBee 节点和 Internet 主机的全部信息 当 ZigBee 网络数据报文传到网关时 网关根据 ZigBee 网络节点发送的报文的目的端点 ID 来判断与这个端点 ID 对 应的 Internet 主机的 IP 地址和端口号 以这个地址为目的地 将数据报文重 新封装成 UDP 报文并发送 数据的有效部分不变 同理当 Internet 网络发来数 据时 网关根据主机发送的目的端口找到对应端点 ID 将 Internet 数据报文 重新封装并发送出去 最终完成数据能都在 ZigBee 网络和 Internet 网络中进 精品文档 23欢迎下载 行传输 嵌入式网关流程图如图 6 6 所示 图 6 6 嵌入式网关软件流程图 5 45 4 传感器节点程序传感器节点程序 在数据采集部分 各个终端节点首先监测附近的协调器节点 加入网络 进行数据的采集 为了节省能量的消耗 尽可能低的降低功耗 当终端节点不 采集信息的时候 就进入睡眠模式 此时的功耗降到最低 当接收的指令需要 采集数据时 就会从睡眠模式转换为工作模式进行工作 这种周期性的工作方 式有效降低了功耗 节点软件的流程图如图 6 7 所示 精品文档 24欢迎下载 图 6 7 终端节点软件流程图 总结总结 本次为期四周的课程设计中 主要目的是设计一个基于物联网的智能家居 演示系统 该系统是一个采用 CC2530 无线单片机进行温湿度的数据采集 并且 结合 Zigbee 协议架构进行编程的设计 主要是基于 CC2530 的温湿度数据