唐祥瑋
摘 要:智能化家庭環境監測及控制系統便應運而生了。本文通過嵌入式網關技術與ZigBee無線傳感網技術相結合,嵌入式網關采用RT5350 CPU為核心,構建嵌入式網關的硬件平臺,嵌入式通過PPPOE撥號連接寬帶接入公網,實現Android客戶端遠程訪問環境檢測數據。
關鍵詞:ZigBee;嵌入式網關
1 研究背景
隨著電子技術以及互聯網的科技飛速發展,無線傳感器網得到了廣泛的應用,智能化的家電管理系統逐漸形成了控制的核心結果。近年來,隨著物聯網技術飛速發展,無線傳感技術在室內監控系統中占有了一席之地。
本文通過嵌入式網關技術與ZigBee無線傳感網技術相結合,研究設計的系統在功能上應達到如下需求:
(1)自動化控制:系統檢測到有害氣體的泄漏時,能自動及時關閉氣體閥門,無需用戶干預,保證安全與及時。
(2)實時性:系統能準確、實時地傳輸數據,從而用戶可以及時采取有效措施進行預防損害;
(3)高效和可靠性:對用戶要求快速執行相應的操作;
(4)可擴展性:可增加ZigBee終端節點根據具體環境的其他檢測,如光照強度、人體紅外數據等,根據具體要求而設計采集數據;
2 監測及控制系統整體設計方案
本系統采用的主要設備有協調器設備、多個終端節點、嵌入式網關。ZigBee終端節點主要是實現組網,通過控制繼電器的電平高低來控制空調等家電設備。系統的架構設計,如圖1所示。
系統的整體設計方案可以實現遠程監測家庭環境,并根據用戶的需求,達到控制家庭電器(空調等)設備,從而創造一個良好的舒適和安全的家庭環境;檢測有害氣體的泄漏,蜂鳴器報警,并自動實現關閉氣體閥門,并報警,提示用戶當前有有害氣體泄漏,從而大大減小對人們的傷害和降低財產損失;實現遠程控制,用戶通過外網訪問對家庭的環境情況了如指掌。
3 監測及控制系統的硬件設計
硬件系統由ZigBee節點和網關組成,如圖2所示:
本硬件系統采用德州儀器(Texas Instruments)公司的CC2530核心板,實現了ZigBee無線網通信技術。設置一個協調器節點和多個終端節來實現組網,用來滿足系統的需求。本文的ZigBee協議棧采用德州儀器(Texas Instruments)公司的Z-stack協議棧,該協議棧是基于輪轉查詢式操作系統的,其核心思想是"輪轉"和"查詢"。隨著ZigBee無線傳感網的飛速發展,越來越多芯片公司投身于ZigBee無線傳感網的研發,并相繼推出了各自的ZigBee芯片[11]。ZigBee系統的開發套件主要包括:USB在線仿真器、無線終端節點和協調器、ZigBee無線射頻模塊、2.4G天線、電源(5V)、協議分析儀、USB連線和USB轉RS-232連接線。
嵌入式網關硬件采用RT5350系列處理器,RT5350的 SoC 結合了Ralink的802.11n兼容1T1R MAC/BBP/PA/RF和高性能360MHz MIPS24KEc CPU核心。
4 系統軟件設計
系統的軟件設計包括ZigBee協議棧的開發和OSAL運行機制、添加用戶端口程序、ZigBee終端節點程序、ZigBee協調器節點程序、OpenWrt通信模塊程序和Android應用程序。
系統的軟件設計主要功能是通過在ZigBee底層自定義通信協議來發送數據報文,系統把傳感器采集到的數據反饋給用戶管理系統。在Android查詢數據時,系統設置了定時器,在規定時間內不停的發送數據報文給下位機,查詢終端上所有傳感器的數據,下位機收到數據就會返回數據給Android用戶控制系統。
5 總結
基于ZigBee技術的相關應用,其核心是組網功能。本文研究設計的系統對傳感器的驅動代碼進行了深入分析和調試,使得傳感器可以獲取更精確的數據。系統實現了ZigBee網絡的組網通信,加強了對CC2530單片機的硬件學習和組網技術分析,為后續相關研究工作的進行奠定了基礎。
(作者單位:賀州市八步區南鄉鎮人民政府)