智能家居系统中无线传感器网络的设计

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1、智能家居系统中无线传感器网络的设计摘要：本文主要介绍ZigBee无线传感器网络，将ZigBee技术应用到智能家居系统中。提出了一种以ZigBee技术为基础的智能家居系统设计方案。阐述了无线传感器网络的总体构成，CC2430无线芯片为棱心，选取了合适的ZigBee模块进行了硬件电路设计。研究并分析了ZigBe技术。设计并实现了串口收发程序，传感器程序，以及节点间的无线通信程序，并根据ZigBee协议，使节点组成树状网络，最终实现系统的监测与控制。结果表明，本系统运行稳定，达到了设计目的，有着广泛的应用前景。关键词：智能家居;无线传感器网络;Zi

2、gBee;CC2430　　随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。　　1Zigbee技术　　ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循I

3、EEE802.15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查，加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2.4GHz免执照频段。　　ZigBee是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不

4、会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。　　2系统结构设计　　无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图如图1所示。　　无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。　　加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实

5、现发送命令或者显示数据。　　3硬件电路设计　　本文设计的无线传感器网络系统的硬件结构主要由协调器模块，路由器模块，传感器模块，串口转换模块，供电模块以及PC机等组成。其中协调器、路由器、传感器3个模块作为主要的无线通信模块，由主控芯片CC2430作为数据处理以及无线收发器。其系统硬件电路结构示意图如图2所示。　　3.1主控芯片　　选用CC2430芯片作为无线收发器和数据处理及控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它采用增强型8051MCU、32/64/128kB闪存、8kBSRAM等高性能模块，还包含模拟

6、数字转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器。32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I/O引脚。　　3.2无线模块设计　　1)协调器模块　　协调器节点由电压转换模块、按键模块、LCD模块、LED指示灯、时钟、处理器CC2430、天线等部分组成。CC2430的工作电压为3～3.3V，所以要用电压转换模块把电压从5V降低到3.3V左右;LED指示灯用来显示协调器节点网络状态信息(如是否组网成功);LCD模块是用户和传感器网络的交互界面，用来显示功最长能菜单，用户通过按键来选择功能菜单。其电路图

7、如图3所示。　　2)传感器模块与路由器模块　　传感器模块亦即是终端节点模块，由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1.0、P1.1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD，而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器，与P0.0口相连，来负责数据采集。路由器模块与传感器模块的硬件电路相同，只是在编程实现功能上有所不同。　4无线网络系统软件设计　　在ZigBee网络中，只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描，如果发现了一个合适的信道，协调器就

8、要为新网络选择一个PANID，然后协调器进入监听状态，随时响应其他节点的入网请求。　　ZigBee网络有两种设备类型：全功能节点(FFD)和半功能节点(RFD)。R