基于ZigBee與紅外的家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

引言

　　ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。早在2004年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)之一。ZigBee是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，主要用于解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而紅外技術(shù)因興起早、技術(shù)簡單等優(yōu)點先在家電遙控市場先入為主，當(dāng)前家電遙控基本都采用紅外。

　　基于ZigBee與紅外技術(shù)的無線家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用便捷、易擴展、低成本、低功耗方案實現(xiàn)家居的無線監(jiān)控。本系統(tǒng)通過傳感器監(jiān)測節(jié)點將收集的信息傳送到監(jiān)視主機，監(jiān)視主機可通過“網(wǎng)關(guān)-CC2430無線模塊-學(xué)習(xí)型紅外模塊”發(fā)出命令控制當(dāng)前的紅外遙控的家電，也可通過“網(wǎng)關(guān)-CC2430無線模塊”實現(xiàn)對未來ZigBee控制型家電的控制，從而以便捷、低成本的方式實現(xiàn)對家居的照明、溫／濕度、安全和電器的智能監(jiān)控。另外，只需將監(jiān)視主機接入遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)便能實現(xiàn)對家居的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。

　　本文重點介紹基于ZigBee技術(shù)的遙控家電與現(xiàn)行常用紅外遙控家電的兼容和集成及對家居環(huán)境的實時監(jiān)測等方面的研究，最終實現(xiàn)基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能家居。針對ZigBee技術(shù)本身的低功耗、低成本和低時延、易擴展等優(yōu)勢，保證了信息傳輸和反饋的及時性，并提高了家電遙控設(shè)備系統(tǒng)擴展的整體性能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)組成如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)視節(jié)點、傳感器檢測節(jié)點、紅外中轉(zhuǎn)控制節(jié)點。監(jiān)視節(jié)點能夠建立并維護ZigBee網(wǎng)絡(luò)，同時負(fù)責(zé)與監(jiān)控主機的通信。一旦監(jiān)控主機接入遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)即可升級實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。傳感器檢測節(jié)點負(fù)責(zé)采集家庭光照、溫度、空氣質(zhì)量等環(huán)境信息。紅外中轉(zhuǎn)控制節(jié)點可根據(jù)采集的信息通過紅外線實時控制空調(diào)、燈光等傳統(tǒng)紅外型家電，而對于未來的ZigBee控制型家電，通過CC2430模塊便可實現(xiàn)兼容控制。

2 硬件設(shè)計

　　2．1 CC2430無線收發(fā)模塊

　　CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案，它結(jié)合一個高性能2．4 GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆小巧高效的8051控制器。圖2為CC2430的一種典型應(yīng)用電路。該電路使用了一個非平衡天線，這樣可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341，L32 1，L331以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足RF輸入／輸出匹配電阻50 Ω的要求。32 MHz的晶振電路由1個32 MHz的石英諧振器(XTA-L1)和2個電容(C191和C211)構(gòu)成；32．768 kHz的晶振電路由1個32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個電容(C441和C431)構(gòu)成。

　　2．2 傳感器監(jiān)測節(jié)點

　　監(jiān)測節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)采用CC2430作為微處理器，采用DSl8B20作為溫度傳感器、TPS851作為光敏傳感器、TGS2600作為空氣質(zhì)量傳感器探測家居環(huán)境情況。檢測節(jié)點電路圖設(shè)計如圖3所示。

　　2．3 紅外控制節(jié)點

　　紅外控制節(jié)點以CC2430作為微處理器，采用一體化的紅外接收頭接收紅外信息，以24C64作為存儲模塊存儲學(xué)習(xí)到得紅外編碼，考慮到紅外發(fā)射的距離和有效性，電路紅外發(fā)射管加入了2個三極管進行兩級發(fā)大。紅外收發(fā)部分電路設(shè)計如圖4所示。