摘要：本文提出了一种基于CC2430的智能家居终端系统，确定了系统总体架构设计，利用zigbee技术进行无线传输，系统结构简单可靠，很适合实现智能家居终端系统。 智能家居系统是以住宅为平台，利用有线或无线的网络通信技术、包括视频监控系统，温度检测系统，防盗报警系统，综合布线系统等将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提高家居生活的安全性、便利性、舒适性、艺术性，并尽可能的实现环保节能。 本文设计的智能家居终端系统微处理器选用的是Chipcon公司生产的CC2430芯片。CC2430芯片能满足以ZigBee为基础的2.4GHZ ISM波段应用，并且成本低，功耗低。这是世界上第一个真正的单芯片ZigBee解决方案，是世界上第一个真正意义上的SoCZigBee一站式产品。它拥有一个高性能2.4GHz 直接序列扩频的射频收发器核心和一个工业级小巧而高效的8051MCU。 本文设计的智能家居终端系统，CC2430即是处理器又是收发端。CC2430检测到各个传感器模块的数据及时传送给上位机，并且及时执行上位机发出的指令。检测传感器各模块数据的准确程度对本系统非常重要。虽然各种检测传感器工作原理不同，但与处理器连接的方式相似。因为各个检测模块要分别放在家里的不同位置，所以硬件设计应简洁而小巧。图一是智能家居终端系统的结构框图。 图一 智能家居终端系统的结构框图 Zigbee无线模块：Zigbee技术是一种短距离、低速率无线传输的网络技术，是一种介于无线标记技术和BlueTooth（蓝牙）之间的技术。采用一般 IEEE 802.15.4 收发器技术与入 ZigBee 协议栈的组合，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。Zigbee技术能满足低数据量，低成本，低功耗，高可靠性的无线数据通信。Zigbee 技术使用网状网拓扑结构，自动路由，动态组网，直序扩频的方式并且使用2.4G免费频段，所以Zigbee技术非常适合用做智能家居的无线传输。 智能家居终端系统的无线射频收发模块：CC2430兼容IEEE802.15. 4标准，拥有8051内核的单片机，同时，CC2430芯片在单个芯片上集成了ZigBee RF前端、存储器和微控制器。因此除了有作为控制器的作用外，它还有作为信息收发器的功能。图二为智能家居终端系统的硬件结构。 图二 智能家居终端系统的硬件结构 CC2430无线收发模块的核心部分实际上是一个CC2420射频收发器。 CC2430的无线收发结构是一个基于低中频的收发器。CC2430的数据缓冲区采用FIFO(先进先出)的方式进行数据接收，然后内存通过DMA方式和缓冲区进行数据交换。CC2430的无线发送部分是一个基于上变频的发送器。接收的数据存储在一个接收FIFO的数据缓冲区，发送数据帧的前导符和开始符通过硬件产生。信号经过D/A转换后模拟信号被发送出去。由于CC2430内的8051内核和无线收发模块集成在同一个芯片上，因而它的外围电路设计比较简洁。 温度检测模块：该模块的设计是通过CC2430的可编程I/O口P0-0与DS18B20的DQ连接，从而实现发送控制信息和接收数据信息的功能。本文选用DSl8B20的温度传感器是数字型的，采集到温度值后可以直接显示在LCD上。DS18B20与处理器的连接电路比较简单，并且温度传感器不需要外加电源。 空气质量检测模块：通过在室内安装不同的空气质量传感器来检测空气质量情况，把检测结果给CC2430，CC2430再通过Zigbee无线网络传给上位机，由上位机的空气质量智能分析软件对数据信息进行显示、分析或播报处理，并智能够自动开启空气净化器，给家人一个健康的空气环境。 电磁阀控制模块：电磁阀是控制煤气开关的执行机构，本设计选用ZD—20型电磁阀，它是一种双稳态高效节能型电磁阀，由3.6V锂电池供电，具有点开和点关的脉冲工作方式。一旦开启或关闭，可处于自保持状态，无须电源供电。通过电磁阀控制电路，单片机控制系统可以很方便地控制用户煤气的使用。 报警模块：由 LED灯和蜂鸣器组成。当室内温度超出规定范围、空气质量不好或电磁阀出现故障，CC2430会驱动LED灯亮并且蜂鸣器鸣响。 [1] 吕京建，肖海桥.面向二十一世纪的嵌入式系统综述电子质量，2001.8:10-13. [2] 孙廷才.嵌入式系统与信息化.自动化博览，2005，12:6-8. [3] 邓磊.家庭网络技术与发展趋势一智能家居.2004，4(l):4-7. [4] 刘敢风.吴明光.家庭自动化几种主流网络协议.电子技术应用.2003.2.6-7. [5] 林勇.基于LPC2214的家庭智能终端的设计与实现.电子技术应用.2006，3，66-69. [6] 杨士元.E一Home在中国.见:沈绪榜，何立民主编.2001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集.北京:北京航空航天大学出版社， 2001.16-21. |