采用ZigBee與GPRS結(jié)合實現(xiàn)家電遠距離監(jiān)控方案

引言

目前家電控制領(lǐng)域發(fā)展的主要方向是信息家電智能化。許多家庭希望能實現(xiàn)各種家電“遠程監(jiān)控一體化”。即通過一個遙控器隨時隨地了解和控制各種家電。信息家電的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c是低速率、低數(shù)據(jù)量，新出現(xiàn)的ZigBee技術(shù)為解決此類無線傳輸與控制問題提供了一種切實可行的技術(shù)解決方案。本文就是以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合ARM和GPRS技術(shù)提出了信息家電遠程監(jiān)控無線通信方案。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee是一種基于IEEE 802.15A標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信的技術(shù)規(guī)范，它包含3個工作頻段、27個信道，每個頻段的傳輸速率和通信范圍各不相同。ZigBee技術(shù)擁有低功率、低速率、通信范圍較小、網(wǎng)絡(luò)容量大和組網(wǎng)簡單等特點，且擁有省電、安全、可靠、成本低、時延短等優(yōu)點。方便實現(xiàn)對信息化家電的組網(wǎng)與監(jiān)控。

2 信息化家電通信方案設(shè)計

通信方案采用相對簡單的ZigBee星型結(jié)構(gòu)。即以ZigBee協(xié)調(diào)器（含全功能ZigBee設(shè)備FFDl為整個通信方案的核心。以多個ZigBee終端設(shè)備f含半功能設(shè)備RFD）作為周圍的節(jié)點。構(gòu)成一個星型網(wǎng)絡(luò)。再結(jié)合遠端控制，該方案可由以下這幾部分組成：ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee終端設(shè)備（被控對象，例如煤氣水三表等電器）、Intenet、遠程計算機。其中ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)與ZigBee終端和外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信，是整個系統(tǒng)的核心。Zig—Bee終端設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和各種數(shù)據(jù)的傳輸。

根據(jù)方案的組成又可將該方案可分為兩大模塊：

一是家庭ZigBee協(xié)調(diào)器模塊；二是ZigBee終端模塊。

前者又分為核心控制模塊、協(xié)調(diào)器端無線收發(fā)模塊、網(wǎng)絡(luò)接El模塊和GPRS通信模塊：后者分為終端收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)采集與控制模塊。其模型如圖1。家庭ZigBee協(xié)調(diào)器模塊以ARM微處理器為核心。通過協(xié)調(diào)器端無線收發(fā)模塊與終端模塊實現(xiàn)通信。通過GPRS與手機通信，通過Internet與遠程計算機通信。

實現(xiàn)各模塊的功能并相互之間的通信。就可以通過手機或者通過Intenet上的遠程計算機。實現(xiàn)對信息化家電實現(xiàn)遠程的監(jiān)控。

3 信息化家電通信方案的模塊及軟件流程

3.1 ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)模型及其應(yīng)用程序的開發(fā)

（1）ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)模型

ZigBee協(xié)調(diào)器開發(fā)平臺采用的是基于ARM920T核的S3C2410X微處理器。是整個通信方案的核心。

協(xié)調(diào)器的無線收發(fā)模塊用的ZigBee全功能設(shè)備——RF收發(fā)芯片CC2430.實現(xiàn)一對多的短距離通信。由于CC2430已固化了ZigBee協(xié)議棧的底層f即PHY層和MAC層）。只需配簡單的外圍設(shè)備即可構(gòu)成協(xié)調(diào)器的收發(fā)模塊。GPRS用來實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。這一塊可選擇GPRS微處理器MC35i及外圍電路組成。

也可以采用市場上現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品來實現(xiàn)。且S3C2410X微處理器內(nèi)部不具備網(wǎng)絡(luò)接E1.協(xié)調(diào)器用微處理器和以太網(wǎng)控制芯片（CS8900A）一起并配合輔助電路實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口功能。這樣。通過S3C2410X微處理器要實現(xiàn)ZigBee協(xié)調(diào)器端與ZigBee終端之間的通信；GPRS與手機之間的通信；通過Intenet與遠端計算機之間的通信。S3C2410X微處理器為核心的協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)模型如圖2。

其中，結(jié)構(gòu)模型中電源電路、系統(tǒng)時鐘電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、Flash／SDRAM存儲器接口電路是S3C2410X微處理器運行的基本電路。JTAG接口、以太網(wǎng)接口、串口以及無線收發(fā)模塊（CC2430和其外圍電路構(gòu)成）。是實現(xiàn)協(xié)調(diào)器功能的主要的接口電路。

JTAG標(biāo)準(zhǔn)主要用于芯片內(nèi)部測試及對系統(tǒng)進行仿真、調(diào)試。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口有四線。且接法簡單。

MAX232和RS232實現(xiàn)串口功能。用于協(xié)調(diào)器與GPRS設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。GPRS采用市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品。將自帶應(yīng)用程序稍做修改。讓GPRS自動收發(fā)數(shù)據(jù)。

無線收發(fā)模塊主要是用于ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)的建立、初始化。以及與多個ZigBee終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)收發(fā)。

（2）ZigBee協(xié)調(diào)器軟件開發(fā)流程

在ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)中?；贏RM920T的S3C2410X微處理器是核心器件。采用嵌入式操作系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)內(nèi)核小而穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)功能強大和出色的文件系統(tǒng)支持等，選擇¨cLinux。首先，在S3C2410X微處理器植入IxcLinux.確定一個控制平臺。然后編寫并安裝網(wǎng)口、串口、JTAG接口等相關(guān)硬件的驅(qū)動程序。再編寫由核心器件所控制的3個通信子程序。即S3C2410X微處理器與GPRS之間的串口通信、S3C2410X微處理器與CC2430之間的通信、S3C2410X微處理器與遠端計算機之間的通信。最后是家電的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及遠端控制程序。也包括3個子程序。即ZigBee協(xié)調(diào)器端無線收發(fā)模塊與多個ZigBee終端收發(fā)模塊之間的通信、GPRS與手機之間的通信、遠端計算機的監(jiān)控程序。在嵌入式系統(tǒng)的交叉開發(fā)環(huán)境下，協(xié)調(diào)器模型的軟件開發(fā)流程如圖3。

3.2 ZigBee協(xié)調(diào)器與ZigBee終端之間的通信

ZigBee協(xié)調(diào)器與ZigBee終端之間的通信可分ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)的建立和網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)的傳輸兩個部分。

ZigBee的軟件開發(fā)主要是ZigBee協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層以及應(yīng)用層的開發(fā)。ZigBee星型網(wǎng)是以協(xié)調(diào)器f全功能設(shè)備FFD）為核心。周圍是ZigBee終端（半功能設(shè)備RFD）。RFD只能與FFD通信。若要實現(xiàn)RFD之間相互通信。只能通過FFD中轉(zhuǎn)。每個ZigBee都有自己唯一的64位MAC地址。組網(wǎng)后有自己的網(wǎng)絡(luò)ID.通過事先設(shè)定的綁定表來查找目標(biāo)節(jié)點。實現(xiàn)源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點之間的通信。星型網(wǎng)絡(luò)的建立可分為兩個部分：ZigBee協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)的建立和多個ZigBee終端的接人與數(shù)據(jù)傳輸。其流程分別如圖4。

GPRS與手機之間的通信技術(shù)非常成熟。產(chǎn)品很多，也很容易實現(xiàn)。遠程監(jiān)控程序是個普通的網(wǎng)絡(luò)通信程序，應(yīng)將監(jiān)控對象與所傳輸數(shù)據(jù)格式對應(yīng)起來。

4 結(jié)語

本文以ZigBee無線通信模塊為基礎(chǔ)。以S3C2410X微處理器為核心器件。結(jié)合GPRS實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。通過手機或Intemet可以隨時隨地了解家里的電器并進行控制。這將給人們的日常生活帶來極大的便利。