摘要 摘要 隨著人們生活水平的提高，人們對生活品質(zhì)的要求也越來越高，針對照明 的控制，人們希望使用方便甚至是隨心所欲，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了現(xiàn) 代人的需要，于是無線智能照明系統(tǒng)應(yīng)運而生。近年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研發(fā) 為燈光控制帶來了新的控制方案。 z i g b e e 協(xié)議是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要應(yīng)用于工業(yè)控制，家庭自動化，汽車自動化，農(nóng)業(yè)自動化 等領(lǐng)域。目前正逐步走向成熟并逐漸成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 隨著各大設(shè)備供應(yīng)商新一代射頻s o c 的誕生，特別是德州儀器c c 2 4 3 0 的出現(xiàn)， 使z i g b e e 的實際應(yīng)用進入了一個新的時代。 論文首先介紹了智能燈光控制系統(tǒng)的發(fā)展概況，并簡要介紹了z i g b e e 協(xié)議。 本論文立足于c c 2 4 3 0 ，以德州儀器提供的協(xié)議棧為基礎(chǔ)，結(jié)合實際的燈光控制 網(wǎng)絡(luò)，對于未來無線可控?zé)晒鉄粽彰飨到y(tǒng)進行了初步的設(shè)計，包括熒光燈和遙 控器內(nèi)部元器件的選型，設(shè)計及p c b 板的制作，熒光燈和遙控器端底層驅(qū)動和 應(yīng)用層程序的編寫，及系統(tǒng)整合和調(diào)試。初步設(shè)計了一個包含分組，調(diào)光，場 景設(shè)置及恢復(fù)等功能的照明控制系統(tǒng)原型。并對燈光控制網(wǎng)絡(luò)中z i g b e e 和w i f i 共存的問題進行了分析和研究，提出了一種信道沖突避免機制。 論文對z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)進行了測試和應(yīng)用性試驗，能夠滿足燈光控制 系統(tǒng)的基本需求，對進一步開發(fā)更成熟的無線燈光控制系統(tǒng)具有借鑒意義。 關(guān)鍵詞：智能照明系統(tǒng)，z i g b e e ，c c 2 4 3 0 ，系統(tǒng)設(shè)計 a bs t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo fi l l u m i n a n c eb u s i n e s s ，a n dw i t ht h ed e v e l o p m e n t o fp e o p l e s l i f e i n d u s t r yn e e d san e wt y p eo fl a m p t of i tt h ed a yt od a yr e q u i r e m e n to fc u s t o m e r s t h et r a d i t i o n a ll i g h t i n gs y s t e mc a nn o ts a t i s f yt h ed e m a n d so fp e o p l e ，s ot h es m a r t l i g h t i n gs y s t e mc o m e sf o r t h r e c e n t l y , t h e r e s e a r c ho nw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r kb n n g s n e wc o n t r o li d e a st ol i g h t i n gc o n t r 0 1 t h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yc h a n g e sq u i c k l y , m a n y k i n d so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yh a v ec o m eo u t c o m p a r e d w i t ho t h e r c o m m _ u n i e a t i o nt e c h n o l o g y ，z i g b e et e c h n o l o g yp o s s e s s e s t h ea d v a n t a g e sw i t h l o w - c o s t c o n v e n i e n c e ，r o u t e f i x i n g ，e s p e c i a l l y ，m e e t st h ea p p l i c a t i o n s n e e d so f c o m m u n i c a t i o no fh a n d - h o l d i n gd e v i c e s e q u i p m e n tp o w e r e db yb a t t e r y , 代m o t e c o n t r 0 1s y s t e m ，r e m o t em e a s u r e ，s m a l ls c a l eo fw i r e l e s sn e t w o r k s ，w i r e l e s sm 咖 r e a d i n g g u a r dm o n i t o rs y s t e m ，i n d u s t r i a ld a t ac o l l e c t i o ns y s t e m ，e n v l r o n m e n t a n d w e a t h e rs u p e r v i s i o n t h ea r t i c l ei n t r o d u c e sm ep r o j e c t sb a c k g r o u n d ，t e c h n o l o g ys t a n d a r d ，a n di s b a s e do nt h ed e v e l o p m e n tk i tc c 2 4 3 0 z d k t h ee m p h a s i si st h er e s e a r c ha b o u tt h e w i r e l e s sl i g h t i n gc o n t r o ls y s t e m ，i n c l u d i n gt h es o f t w a r ed e s i g n ，h a r d w a r ed e s i g na n d r e a l i z a t i o n k e yw o r d s ：l i g h t i n gc o n t r o ls y s t e m ，z i g b e e ，c c 2 4 3 0 ，s y s t e m d e s i g n i i 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意如下各項內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、 掃描、數(shù)字化或其他手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有 關(guān)部門或者機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前 提下，學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。 學(xué)位論文作者簽名： m 髫年弓月陪曰 經(jīng)指導(dǎo)教師同意，本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用 本授權(quán)書。 指導(dǎo)教師簽名：學(xué)位論文作者簽名： 年月日年月 日 同濟大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進行 研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、己公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的 作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集 體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān)。 繇刊豸 伽交降弓月f8 日 第1 章緒論 1 1 引言 章緒論 隨著人們生活水平的提高，人們對生活品質(zhì)的要求也越來越高，針對照明 的控制，人們希望使用方便甚至是隨心所欲，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)已經(jīng)遠遠滿足不 了現(xiàn)代人的需要，于是智能照明系統(tǒng)應(yīng)運而生。建筑物內(nèi)的燈光控制一直是樓 宇自動化控制中的重要問題。傳統(tǒng)的控制方法通常是用有線的方法實現(xiàn)這一弱 電控制強電的。另一種使用的較多的方法是電力線載波控制，這種方案雖丟棄 了控制導(dǎo)線，但其復(fù)雜程度較高且需對電力線作特殊處理，不方便。近年來無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)為燈光控制帶來了新的控制方案，即采用z i g b e e 無線網(wǎng)絡(luò) 來實現(xiàn)這一控制。 z i g b e e 無線燈光控制解決方案具有以下的特色。 標(biāo)準(zhǔn)一z i g b e e 燈光控制解決方案定義了燈開關(guān)、調(diào)光器、感測設(shè)備的規(guī) 范，保證各個廠商的相同產(chǎn)品之間混用或互換，從而保障生產(chǎn)商和用戶的利益 和成本投入。 網(wǎng)絡(luò)一z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)的最大特點就是布網(wǎng)和建網(wǎng)靈活。原則上說：無論是 燈光開關(guān)、調(diào)光器、遙控器，甚至感測器都可以作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器或路由器。 自由一通過z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，用戶可以在任何時候方便地添加、刪除 照明設(shè)備，任意組合各類控制器與照明設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，最大限度地展現(xiàn)無線 控制的優(yōu)勢特點。 延伸一z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是短程無線控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。無論是智能樓 宇還是今后的民用住宅，安防、家電控制、老人及兒童保全都會用到z i g b e e 無 線控制網(wǎng)絡(luò)。z i g b e e 燈光控制網(wǎng)絡(luò)非常容易地延伸到這個大網(wǎng)絡(luò)之中。 使用z i g b e e 無線家居網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以方便的實現(xiàn)諸如軟啟，調(diào)光，全開全關(guān) 等基本的功能，而且能實現(xiàn)具有如場景設(shè)置，與其它智能系統(tǒng)連動而產(chǎn)生的各 種高級功能。隨著z i g b e e 協(xié)議的提出，智能照明系統(tǒng)有了一個規(guī)范化的無線通 信平臺，對于其真正投入家庭生活有著十分重要的作用。 因此，本文立足于此，將針對基于z i g b e e 的照明系統(tǒng)進行研究。 第1 章緒論 1 2 智能燈光控制系統(tǒng)發(fā)展概況 目前對于智能燈光控制系統(tǒng)主要有以下這些定義，本文中的系統(tǒng)將參照這 些定義致力于基于z i g b e e 協(xié)議實現(xiàn)其中某些功能。 ( 1 ) 時鐘控制，通過時鐘管理器等電氣元件，實現(xiàn)對各區(qū)域內(nèi)用于正常工 作狀態(tài)的照明燈具時間上的不同控制。 ( 2 ) 照度自動調(diào)節(jié)控制，通過每個調(diào)光模塊和照度動態(tài)檢測器等電氣元件， 實現(xiàn)在正常狀態(tài)下對各區(qū)域內(nèi)用于正常工作狀態(tài)的照明燈具的自動調(diào)光控制， 使該區(qū)域內(nèi)的照度不會隨日照等外界因素的變化而改變，始終維持在照度預(yù)設(shè) 值左右。 ( 3 ) 區(qū)域場景控制，通過每個調(diào)光模塊和控制面板等電氣元件，實現(xiàn)存i f 常狀態(tài)下對各區(qū)域內(nèi)用于正常工作狀態(tài)的照明燈具的場景切換控制。 ( 4 ) 運動探測控制，通過每個調(diào)光模塊和運動探測器等電氣元件，實現(xiàn)在 正常狀態(tài)下對各區(qū)域內(nèi)用于j 下常工作狀態(tài)的照明燈具的自動丌關(guān)控制。 ( 5 ) 應(yīng)急狀態(tài)減量控制，通過對調(diào)光模塊等電氣元件的控制，實現(xiàn)在應(yīng)急 狀態(tài)下對各區(qū)內(nèi)用于正常工作狀態(tài)的照明燈具減免數(shù)量和放棄調(diào)光等控制。 ( 6 ) 手動遙控器控制，通過遙控器，實現(xiàn)在正常狀態(tài)下對各區(qū)域內(nèi)用于正 常工作狀態(tài)的照明燈具的手動控制和區(qū)域場景控制。 ( 7 ) 應(yīng)急照明的控制，這里的控制主要是指智能照明控制系統(tǒng)對特殊區(qū)域 內(nèi)的應(yīng)急照明所執(zhí)行的控制，包含在正常狀態(tài)下的自動調(diào)節(jié)照度和區(qū)域場景控 制，與調(diào)節(jié)正常工作照明燈具的控制方式相同，以及在應(yīng)急狀態(tài)下的自動解除 調(diào)光控制，通過對應(yīng)急照明調(diào)光模塊等電氣元件的控制，實現(xiàn)在應(yīng)急狀態(tài)下對 各區(qū)域內(nèi)用于應(yīng)急工作狀態(tài)的照明燈具放棄調(diào)光等控制，使處于事故狀態(tài)的應(yīng) 急照明達到1 0 0 這兩個方面。 1 3 基于zig b e e 技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 長期以來，低成本、低傳輸率、低功耗、短距離的無線通訊市場一直存在。 藍牙( b l u e t o o t h ) 的出現(xiàn)，曾讓工業(yè)控制、家用自動控制、玩具制造商等業(yè)者雀 躍不已，但其售價一直居高不下，嚴(yán)重影響了這些廠商的使用意愿。然而，無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與發(fā)展，催生了許多新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)。2 0 0 1 年8 月， 2 第1 章緒論 z i g b e e 聯(lián)盟成立。z i g b e e 技術(shù)具有以下的特點： ( 1 ) 低功耗：由于z i g b e e 的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1 m w ，而且采用 了休眠模式。據(jù)估算，z i g b e e 設(shè)備僅靠兩節(jié)5 號電池就可以維持長達6 個月到2 年左右的使用時間，這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。 ( 2 ) 成本低：z i g b e e 模塊的初始成本在6 美元左右，估計很快就能降到 1 5 2 5 美元。 ( 3 ) 時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè) 備時延為3 0 m s ，休眠激活的時延是1 5 m s ，活動設(shè)備信道接入的時延為1 5 m s 。 ( 4 ) 網(wǎng)絡(luò)容量大：根據(jù)z i g b e e 協(xié)議的1 6 位短地址定義，一個z i g b e e 網(wǎng)絡(luò) 最多可以容納6 5 5 3 5 個節(jié)點，而且還可以通過6 4 位的i e e e 地址進行擴展。 ( 5 ) 可靠：采取了免沖撞機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專 用時隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。媒體接入控制子層采用了完全確認的 數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過 程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。 ( 6 ) 安全：z i g b e e 提供了基于循環(huán)冗余校驗的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支 持鑒權(quán)和認證，采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)( a d v a n c e de n c r y p t i o ns t a n d a r d ，a e s ) 進行 加密，各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 1 4 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本課題以工程應(yīng)用為目標(biāo)，在深入研究i e e e 8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 協(xié)議規(guī) 范的基礎(chǔ)之上，以t i 公司的c c 2 4 3 0 z d k 開發(fā)套件為設(shè)計基礎(chǔ)，對基于z i g b e e 協(xié)議的燈光控制系統(tǒng)進行了初步的設(shè)計，對z i g b e e 技術(shù)的應(yīng)用提供了一種行之 有效的思路和解決方案。 本設(shè)計包括遙控器，終端燈節(jié)點在內(nèi)的一些燈控網(wǎng)絡(luò)組成器件的軟件和硬 件實現(xiàn)，并對現(xiàn)有的協(xié)議棧進行分析和研究。具體內(nèi)容如下。 第1 章：闡述課題的研究背景、智能燈光控制系統(tǒng)發(fā)展概況和基于z i g b e e 技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 第2 章：從z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)組成和協(xié)議結(jié)構(gòu)兩個方面入手，對i e e e 8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù)進行了概述。 第3 章：對基于z i g b e e 的無線燈光控制系統(tǒng)進行了總體設(shè)計，詳細論述了 3 第1 章緒論 硬件和軟件開發(fā)平臺的選擇。 第4 章：z i g b e e 燈光控制網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計，包括c c 2 4 3 0 模塊及其外圍設(shè) 備，r c 濾波網(wǎng)絡(luò)原理和設(shè)計，l 6 5 7 4 電子鎮(zhèn)流器原理及應(yīng)用，供電電源的設(shè)計 和遙控器的硬件設(shè)計。 第5 章：z i g b e e 燈光控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計，對z i g b e e 與w i f i 共存的問題 提出了解決方案。 第6 章：對整個系統(tǒng)進行調(diào)試和測試，并對相關(guān)實驗數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)。 第7 章：對本燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了總結(jié)，并對其進一步的發(fā)展做出 展望。 4 第2 章i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) 第2 章ie e e8 0 2 15 4 標(biāo)準(zhǔn)和z ig b e e 技術(shù) 2 1zig b e e 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 1 1z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成 在一個l r w p a n ( l o wr a t e w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) 網(wǎng)絡(luò)里，可 同時存在兩種不同類型的設(shè)備。一種是全功能設(shè)備，一種是簡化功能設(shè)備。一 個全功能設(shè)備可以同時和多個簡化功能設(shè)備通信，而對于一個簡化功能設(shè)備來 說，它只能和一個全功能設(shè)備進行通信。簡化功能設(shè)備的應(yīng)用非常簡單，容易 實現(xiàn)，例如一個燈的開關(guān)或者一個紅外傳感器。 z i g b e e 標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)上定義了三種設(shè)備：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。 z i g b e e 協(xié)調(diào)器，即i e e e8 0 2 1 5 4 定義的個域網(wǎng)協(xié)調(diào)器可以看作是一個無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點，是建立網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起者，負責(zé)z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)的初始化， 確定整個網(wǎng)絡(luò)的個域網(wǎng)標(biāo)識符和網(wǎng)絡(luò)工作的物理信道，并給其他節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò) 短地址。z i g b e e 協(xié)調(diào)器必須是全功能設(shè)備，并且一個z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)只有一個協(xié)調(diào) 器。 z i g b e e 路由器是一個全功能設(shè)備，類似于i e e e 8 0 2 1 5 4 定義的協(xié)調(diào)器，在 接入網(wǎng)路后，它能獲得一定的1 6 位短地址。在其通信范圍內(nèi)，它能允許其他節(jié) 點加入或者離開網(wǎng)絡(luò)，分配及收回短地址，路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。 z i g b e e 終端設(shè)備，既可以是全功能設(shè)備也可以是簡化功能設(shè)備，它只能與 其父節(jié)點通信，從其父節(jié)點處獲得網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符、短地址等相關(guān)信息。 2 1 2z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) i e e e8 0 2 1 5 4 和z i g b e e 協(xié)議中明確定義了三種拓撲結(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)和樹狀結(jié)構(gòu)，如圖2 1 所示。 在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，z i g b e e 協(xié)調(diào)器負責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的控制，無其它路由節(jié)點， z i g b e e 終端設(shè)備直接與z i g b e e 協(xié)調(diào)器通信，終端設(shè)備間的通信則需通過協(xié)調(diào)器 5 第2 章i e 髓8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) 轉(zhuǎn)發(fā)。 p a n c o o r d i n a t o r o f u l lf u n c t i o nd e v i c 6 囝r e d u c e d f u n c t i o nd e v i c e c o o r d i n a t o r r o u t e r e n dd e , , l e e 圖2 1z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和樹狀網(wǎng)絡(luò)中，z i g b e e 協(xié)調(diào)器負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和初始參數(shù)設(shè)定， 網(wǎng)絡(luò)都可以通過z i g b e e 路由器進行擴展。但是，在樹狀網(wǎng)絡(luò)中，路山器采用分 級路由策略傳送數(shù)據(jù)和控制信息，并且通常是基于信標(biāo)( b e a c o n ) 的通信模式。 而在網(wǎng)狀網(wǎng)中則是完全對等的點對點通信，路由器不會定期發(fā)送信標(biāo)，僅在網(wǎng) 內(nèi)設(shè)備要求時對其單播信標(biāo)。對于樹狀網(wǎng)絡(luò)，其通信路由相對單一，骨干網(wǎng)絡(luò) 中一旦有路由節(jié)點癱瘓，則相應(yīng)區(qū)域就進入通信癱瘓狀態(tài)，要等待該部分網(wǎng)絡(luò) 重組后，才能恢復(fù)通信。但是，樹狀網(wǎng)定期發(fā)送信標(biāo)，使網(wǎng)內(nèi)節(jié)點能做到很好 的同步，便于節(jié)點定期進入休眠狀態(tài)，降低功耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。在網(wǎng)狀網(wǎng)中 情況則恰好相反，完全的點對點通信使路由有多種選擇，提高了網(wǎng)絡(luò)的容錯性， 但是不定期發(fā)送信標(biāo)使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點很難達到同步，必須采取別的手段來實現(xiàn)， 如廣播。因此，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與簇樹結(jié)構(gòu)的層次融合，必定是z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)溝 的一個發(fā)展方向。 2 1 3z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?？蚣?z i g b e e 協(xié)議棧采用分層結(jié)構(gòu)。每一層都為其上一層提供一套明確的服務(wù)： 數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實體則提供其他所有的服務(wù)。每個服務(wù)實體 都通過服務(wù)接入點為上層提供一個接口，每個服務(wù)接入點都支持定數(shù)量的服 6 第2 章i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) 務(wù)原語來實現(xiàn)所需功能。 安全 服務(wù) 提供者 應(yīng)用層 應(yīng)用對象 2 4 0 應(yīng)用架構(gòu) 。終端2 4 0 應(yīng)用、 支持子層數(shù)據(jù)實 k 體服務(wù)接入點 戍用支持子 層安全管理 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實 體服務(wù)接入點 網(wǎng)絡(luò)層 安全管理 應(yīng)用對象 1 終端l 應(yīng)用 支持子層數(shù)據(jù)實 。體服務(wù)接入點。 應(yīng)用支持子層 鹵1 分m - t - 蜜l 蓉薹| l 舀g b e e 設(shè)備對象 潛 終端0 應(yīng)用支持予層 故據(jù)實體服務(wù)接入唐 圜圈 f 席用支持子、lf 。i l 層信息代理l “”5 8l 蓁霎 網(wǎng)絡(luò)層 圓圈圍 體接入控制予層數(shù) 據(jù)實體服務(wù)接入點 物理層數(shù)據(jù) 服務(wù)接入點 媒體接入控帶爭子層 # 體接入擰制子崖 琿實體服務(wù)接入點 2 4 g h z 物理層 物理層管理實 體服務(wù)接入點 餮盈 爰鼙 壯沌 滯壤 涵 h 料 盥 口口 8 臍 辯 盜 齡 喀 洛 咱 玲 口轟8 0 2 1 5 4 口毅聯(lián)盟口薹雯廠商口層功能口層接口 圖2 2z i g b e e 協(xié)議?？蚣?如圖2 。2 所示，i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個底層協(xié)議：物理層和媒體接入 控制子層。在此基礎(chǔ)上，z i g b e e 聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層架構(gòu)。應(yīng)用層包含 應(yīng)用支持子層、應(yīng)用架構(gòu)，z i g b e e 設(shè)備對象和廠商定義的應(yīng)用對象。 2 2z i g b e e 協(xié)議棧介紹 2 2 1ie e e8 0 2 15 4 物理層 7 第2 章i e e e8 0 2 。1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) i e e e8 0 2 1 5 4 定義的物理層參考模型如圖2 3 所示。通過射頻固件和射頻硬 件，物理層定義了m a c 子層和物理信道間的接口，并提供兩種服務(wù)：物理層數(shù) 據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)了物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理 信道上的發(fā)送和接收。物理層管理實體提供了物理層管理功能得以執(zhí)行的一些 接口，同時，還負責(zé)維護物理層的個域網(wǎng)信息庫( p a ni n f o r m a t i o nb a s e ，p i b ) 。 圖2 3i e e e8 0 2 1 5 4 物理層參考模型 根據(jù)i e e e8 0 2 1 5 4 定義，物理層主要實現(xiàn)如下功能： ( 1 ) 激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器； ( 2 ) 當(dāng)前信道能量檢測； ( 3 ) 為接收數(shù)據(jù)包提供鏈路質(zhì)量指示； ( 4 ) 為載波偵聽多路訪問免沖撞機制，提供空閑信道評估； ( 5 ) 選擇工作信道； ( 6 ) 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 根據(jù)i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)，z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)可以工作在3 個頻段的2 7 個信道匕， 如表2 1 所示。 每個信道的中心頻率由公式( 2 1 ) 給出，單位是m h z 。 f 盡= 8 6 8 3 七= o f c ：9 0 6 + 2 ( k - 1 ) k = 1 ，2 。，1 0 ( 2 。1 ) l f c = 2 4 0 5 + 5 ( k 一1 1 ) k = 1 l ，1 2 ，2 6 2 2 2ie e e8 0 2 15 4m a c 子層 圖2 ，4 給出了i e e e8 0 2 1 5 4 定義的m a c 子層參考模型。m a c 子層定義了 特定服務(wù)匯聚子層和物理層之i 日j 的接口，同樣提供兩種服務(wù)：m a c 子層數(shù)據(jù)服 8 第2 章i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) 務(wù)和m a c 子層管理服務(wù)。m a c 層數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)了媒體接入控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元 在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)上的發(fā)送和接收。m a c 子層同樣在概念上包含一個管理實體， 叫做m l m e 。這個實體提供了m a c 子層管理功能得以執(zhí)行的一些接口，同時， 還負責(zé)維護m a c 子層的p i b 。 表2 1z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)的物理信道 擴頻參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù) 物理層 頻段 信道數(shù) 片速率調(diào)制比特率符號孝 ( m h z )( m h z ) 符號 ( k c h i p s ) 方式 ( k b p s )( k s y m b o g s ) 8 6 8 8 6 8 6l3 0 0b p s k2 02 0二進制 8 6 8 9 1 5 9 0 2 9 2 81 06 0 0b p s k 4 04 0 二進制 2 4 5 02 4 0 0 2 4 8 3 5 1 6 2 0 0 0 o - q p s k 2 5 06 2 5 十六進制 媒體接入控制 公j t 部分子層 服務(wù)接入點 媒體接入控制 公共部分子層 物理層數(shù)據(jù) 服務(wù)接入點 媒體接入控制 子屢管理文體 服務(wù)接入點 媒體接入摔制 子層管理實體 原瓣 i 制子層個域i 、望竺里嬖， 物理層管理實 體服務(wù)接入點 圖2 4i e e e8 0 2 1 5 4 媒體接入控制子層參考模型 m a c 子層的兩種服務(wù)也分別通過兩個接入點實現(xiàn)：媒體接入控制公共部分 子層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點和媒體接入控制子層管理實體服務(wù)接入點( m l m e s a p ) 。 m c p s s a p 實現(xiàn)了通信雙方s s c s 實體| 、日j 特定服務(wù)匯聚子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的傳 輸。m l m e - s a p 則實現(xiàn)了m l m e 與上一層間的管理命令的傳輸。 根據(jù)i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)，m a c 子層具有如下功能： ( 1 ) 讓協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)； ( 2 ) 與信標(biāo)同步； ( 3 ) 支持p a n 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和解除關(guān)聯(lián)操作； ( 4 ) 支持設(shè)備安全機制； ( 5 ) 使用c s m a c a 機制共享物理信道； 9 第2 章i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) ( 6 ) 處理和維持保證時隙機制； ( 7 ) 為兩個對等的m a c 實體提供可靠的鏈路。 關(guān)聯(lián)操作是設(shè)備加入z i g b e e 網(wǎng)絡(luò)的途徑之一。在這一過程中，設(shè)備從協(xié)調(diào) 器或路由器處獲取網(wǎng)絡(luò)基本參數(shù)和網(wǎng)內(nèi)1 6 位短地址。而當(dāng)設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)或進行 網(wǎng)絡(luò)切換時，就執(zhí)行解除關(guān)聯(lián)操作。 2 2 3zig b e e 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層 圖2 5 是z i g b e e 協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)層參考模型。網(wǎng)絡(luò)層為i e e e8 0 2 1 5 4m a c 子層的正確操作提供保障，同時也為z i g b e e 協(xié)議應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。 網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個概念上的實體來作為應(yīng)用層的接口：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體和網(wǎng)絡(luò) 層管理實體。n l d e 通過其服務(wù)接入點，即n l d e s a p ，提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 n l m e 則通過其服務(wù)接入點，即n l m e s a p ，提供管理服務(wù)。這兩個實體淵還 存在一個隱藏的接口，使n l m e 能使用n l d e 的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)來實現(xiàn)它的一些 管理任務(wù)。此外，n l m e 還負責(zé)維護網(wǎng)絡(luò)信息庫。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實 體服務(wù)接入點 上層實體 網(wǎng)絡(luò)層管理實 體服務(wù)接入點 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體 li 網(wǎng)絡(luò)層管理實體 偷 k 信息庫 媒體接入控制llil 媒體接入控制 公共部分子層f 司子層管理實體 服務(wù)接入點ii 服務(wù)接入點 圖2 5z i 9 1 3 e e 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層參考模型 z i g b e e 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層通過必要的機制實現(xiàn)如下功能： ( 1 ) 加入和離開網(wǎng)絡(luò)； ( 2 ) 對幀信息采取安全機制； ( 3 ) 路由幀信息到它們的目標(biāo)地址； ( 4 ) 發(fā)現(xiàn)和維護設(shè)備間的路由； 1 0 第2 章i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) ( 5 ) 發(fā)現(xiàn)單跳鄰居； ( 6 ) 存儲相關(guān)的鄰居信息。 2 2 4zig b e e 協(xié)議應(yīng)用層 1 應(yīng)用層結(jié)構(gòu) 如圖2 2z i g b e e 協(xié)議?？蚣?，應(yīng)用層由四部分組成：應(yīng)用支持子層( a p s ) 、 應(yīng)用架構(gòu)( a f ) ，z i g b e e 設(shè)備對象( z d o ) 和廠商定義的應(yīng)用對象。 2 應(yīng)用支持子層結(jié)構(gòu)及功能 應(yīng)用支持子層的參考模型如圖2 6 所示。應(yīng)用支持子層通過一系列常規(guī)服務(wù) 提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口。這些服務(wù)是通過應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)實體和 應(yīng)用支持子層管理實體來提供的，它們同時也被z i g b e e 設(shè)備對象和生產(chǎn)商定義 的應(yīng)用對象使用。 戍用支持r 層數(shù)據(jù) 實體服務(wù)接入點 應(yīng)用支持子 層數(shù)據(jù)實體 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實 體服務(wù)接入點 上層實體 應(yīng)用支持f 層管理 實體服務(wù)接入點 應(yīng)用支持了 層管理實體 網(wǎng)絡(luò)層實體 蕊、 ( 支持f 層) 籩：墾盛 嘲絡(luò)層管理實 體服務(wù)接入點 圖2 6z i g b e e 協(xié)議應(yīng)用支持子層的參考模型 應(yīng)用支持子層的功能如下： ( 1 ) 維護綁定表，綁定是指根據(jù)服務(wù)需求將兩個設(shè)備匹配工作的能力； ( 2 ) 在綁定設(shè)備間傳送信息； ( 3 ) 群地址定義，移除和過濾群尋址信息； ( 4 ) 6 4 位i e e e 地址與網(wǎng)絡(luò)層1 6 位地址間的映射； ( 5 ) 拆分、重組數(shù)據(jù)包，確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸。 3 應(yīng)用架構(gòu) 1 1 第2 章i e e e8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)和z i g b e e 技術(shù) z i g b e e 應(yīng)用架構(gòu)是z i g b e e 設(shè)備應(yīng)用對象的工作環(huán)境。在應(yīng)用架構(gòu)內(nèi)，應(yīng)用 對象間通過a p s d e s a p 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。應(yīng)用對象通過z i g b e e 設(shè)備對象公共 接口來實現(xiàn)如下功能： ( 1 ) 控制和管理z i g b e e 設(shè)備的協(xié)議層； ( 2 ) 初始化標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)功能。 4 z i g b e e 設(shè)備對象 z i g b e e 設(shè)備對象代表了一個基礎(chǔ)功能類。這一功能類提供了應(yīng)用對象、設(shè) 備描述和應(yīng)用支持子層問的接口。z i g b e e 設(shè)備對象的主要功能如下： ( 1 ) 初始化應(yīng)用支持子層，網(wǎng)絡(luò)層和安全服務(wù)提供者； ( 2 ) 從終端應(yīng)用收集各種配置信息來確定和執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、安全管理、網(wǎng)絡(luò)管 理，和綁定管理； ( 3 ) 定義設(shè)備在網(wǎng)內(nèi)的角色( 如z i g b e e 協(xié)調(diào)器、路由或終端設(shè)備) ； ( 4 ) 在網(wǎng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)設(shè)備并確定其提供的應(yīng)用服務(wù)種類； ( 5 ) 初始化和或響應(yīng)綁定請求； ( 6 ) 在網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間建立安全可靠的關(guān)系。 1 2 第3 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)總體設(shè)計 第3 章z i9 1 e e 燈光控制系統(tǒng)總體設(shè)計 3 1 系統(tǒng)的功能 對一個基于無線通信網(wǎng)絡(luò)的照明控制系統(tǒng)的基本要求主要有：可以通過手 中的遙控器實現(xiàn)對燈的開，關(guān)，調(diào)節(jié)燈的亮度，將燈分組并設(shè)置各種不同的燈 光場景，可以方便地使燈設(shè)備加入或離開網(wǎng)絡(luò)等。具體功能如下所述： 用戶辨識網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一盞燈，將燈按照分組放入不同房間。 使用遙控器對任意一盞燈進行開，關(guān)，調(diào)節(jié)任意一盞燈的亮度。 對網(wǎng)絡(luò)中的燈進行調(diào)節(jié)并設(shè)置各種場景，如休息場景、娛樂場景、學(xué)習(xí) 場景等。 設(shè)置各個場景后，可以根據(jù)場景名稱，使用遙控器來打開和關(guān)閉任意一 個場景。 當(dāng)用戶想改變場景時，可以清除設(shè)置的場景，重新進行設(shè)置。 網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該有檢錯的功能，如果網(wǎng)絡(luò)中有燈設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以被檢 測并對它進行相應(yīng)的處理，重新加入網(wǎng)絡(luò)或退出網(wǎng)絡(luò)。 燈節(jié)點具有一定的存儲記憶功能，可以保存己設(shè)的場景，不需要重新確 認燈設(shè)備或重新設(shè)置就可以正常使用。 以上都是從用戶角度考慮的要求，對無線燈光控制系統(tǒng)來說還應(yīng)該要求燈 節(jié)點電路在體積上足夠小，能夠集成在熒光燈內(nèi)部，遙控器也盡量簡單便于用 戶操作。在軟件方面，要求所有模塊的軟件部分都盡量精簡，沒有冗余代碼。 同時應(yīng)該縮減燈節(jié)點和遙控器節(jié)點的成本。 3 2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 3 2 1 系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境 基于對z i g b e e 通訊模塊和開發(fā)平臺的研究，不少廠商推出了z i g b e e 的產(chǎn)品 1 3 第3 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)總體設(shè)計 和全套解決方案。目前市場上主要z i g b e e 芯片提供商( 2 4 g h z ) 有： t i c h i p c o n ，e m b e r ( s t ) ，f r e e s c a l e ，m i c r o c h i p 。 下表是2 0 0 7 年i e e e8 0 2 1 5 4 的網(wǎng)絡(luò)射頻芯片生產(chǎn)商排名： 表3 12 0 0 6 2 0 0 7z i g b e e 芯片生產(chǎn)商排名 1 c h i p c o n ( t i ) 6z m d 、 2 e t u b e r7 r a d i o p u l s e 3o k is e m i c o n d u c t o r8 f r e e s c a l es e m i c o n d u c t o r 4 a t m e l 9 i n t e g r a t i o na s s o c i a t e s 5 u n i b a n de l e c t r o 1 0j e n n i e 目前z i g b e e 技術(shù)提供方式主要有兩種： 1 ) 符合8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)的射頻模塊加單片機模塊，即雙芯片。 例如：t ic c 2 4 2 0 + m s p 4 3 0 、f r e e s c a l em c13 x x + g t 6 0 、m i c r o c h i p m j 2 4 4 0 + p i c 系列m c u 。 2 ) 單芯片集成s o c ( s y s t e mo nc h i p ) ，其將射頻模塊和單片機模塊集成在 一塊芯片上。 例如：t i 的c c 2 4 3 0 ，f r e e s c a l e 的m c l 3 2 1 x ，e m b e r 的e m 2 5 0 。 以下是t i ，f r e e s c a l e ，e m b e r ，m i c r o c h i p 四家z i g b e e 芯片供應(yīng)商提供的z i g b e e 方案競爭能力比較。 1 微處理器 c c 2 4 3 0 有一個增強型8 0 5 1 內(nèi)核，具有8 倍的標(biāo)準(zhǔn)8 0 5 1 內(nèi)核的性能。而且 在低功耗、高速度、低噪聲等方面，有了質(zhì)的飛躍。c c 2 4 3 0 的8 0 5 1 內(nèi)核經(jīng)過 特別設(shè)計，可以和2 4 g h z 的z i g b e e 無線收發(fā)電路完美的配合工作，不會因為 其8 0 5 1 內(nèi)孩的高速運行而對高頻無線通訊有任何影響。 2 防議棧 t i 的z s t a c k 協(xié)議棧現(xiàn)在已經(jīng)免費，且功能強大，適合丌發(fā)者快速掌握丌發(fā) 流程開發(fā)新產(chǎn)品。f r e e s c a l e 的b e ek i t 協(xié)議棧在使用3 個月后自動失效，需要 1 2 0 0 美元購買j 下版，才能使用。e m b e r 的協(xié)議棧報價1 0 0 0 0 美元。m i c r o c h i p 協(xié) 議棧提供免費源代碼，但只支持p i c 和m j 2 4 4 0 芯片。 3 芯片成本 c c 2 4 3 0 是全部方案中，唯一一個包括f l a s h 存儲器，m c u ，無線射頻 1 4 第3 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)總體設(shè)計 模塊全部集成，真正的單芯片解決方案。 j e n n i c 的單片機只有r o m ( 只讀存儲器) ，芯片內(nèi)部沒有存放用戶程序的地 方，系統(tǒng)必須要外加一個e e p r o m 。 f r e e s c a l e 的單芯片是采用兩個硅片和s i p 技術(shù)共同包裝，在大量生產(chǎn) 情況下，不能和單芯片方案競爭。 4 開發(fā)工具的方便性和價格 c c 2 4 3 0 原產(chǎn)開發(fā)工具c c 2 4 3 0 z d k 報價原來1 0 0 0 0 美元，目前下降到2 0 0 0 美元。與其他解決方案比較，c c 2 4 3 0 z d k 內(nèi)包含很多實用的無線開發(fā)軟件， z t o o l ，z - n e t w o r k ，r fs t u d i o ，s n i f f e r 等，容易使用。全免費2 0 0 6 協(xié)議棧包括 全新z i g b e ep r o 指令集等全新高級功能。 綜合考慮協(xié)議棧的集成度和質(zhì)量，芯片價格和開發(fā)工具的方便性以及價格 等諸多因素的情況下，尤其是c c 2 4 3 0 在單個芯片上集成了z i g b e er f 前端、內(nèi) 存和微控制器，為無線通信模塊與燈的集成提供了可能，成為開發(fā)無線照明控 制系統(tǒng)的最佳選擇。 3 2 2 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 該系統(tǒng)程序開發(fā)調(diào)試環(huán)境為i a re m b e d d e dw o r k b e n c hf o rm c s 51 ，它是一 個用于編譯和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境，其提供一整套的嵌入式開 發(fā)環(huán)境，包括編輯，編譯，鏈接，調(diào)試軟件，主要支持8 到1 6 位處理器。i a r 的8 0 5 1 編譯器支持c c + + 。c s p y 調(diào)試器支持在硬件或者模擬器上的r t o s 調(diào) 試。其主要產(chǎn)品特征為：完全兼容標(biāo)準(zhǔn)c 語言，內(nèi)建對應(yīng)芯片的程序大小和速 度優(yōu)化器，良好便捷的中斷處理和模擬，高效浮點支持，內(nèi)存模式選擇，工程 中相對路徑支持。 i a rf o r8 0 5 1 開發(fā)套件包括完成大多數(shù)嵌入式開發(fā)項目所需要的所有工具， 集成開發(fā)環(huán)境包括以下幾個功能模塊：編譯器，源碼瀏覽器，調(diào)試器，工程管 理器。編輯器，編譯器，連接器和調(diào)試器對應(yīng)開發(fā)過程的四個主要階段，其他 模塊用以支持代碼瀏覽和構(gòu)造控制，工程管理器控制整個過程。 3 3 系統(tǒng)的組成 1 5 第3 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)總體設(shè)計 本無線燈光控制系統(tǒng)的研制是基于i e e e 8 0 2 1 5 4 標(biāo)準(zhǔn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 在此網(wǎng)絡(luò)中有一個稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的全功能設(shè)備，是l r w p a n 網(wǎng)絡(luò)中的主控制 器。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器除了直接參與應(yīng)甩以外，還要完成成員身份管理，鏈路狀態(tài)信 息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。其他的燈節(jié)點或者遙控器可以設(shè)置為路由器或者 終端設(shè)備。 本網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)應(yīng)用的需要組織成星型網(wǎng)絡(luò)，樹狀網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。在 構(gòu)造簡單的建筑中可以使用星型網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)造較復(fù)雜的建筑中可以使用網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)和樹狀結(jié)構(gòu)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)。 本無線燈光控制系統(tǒng)由無線終端燈節(jié)點和無線遙控器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 3 1 ，每個燈節(jié)點和遙控器內(nèi)部都集成了無線收發(fā)的功能模塊。其中一號燈節(jié)點 為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其他節(jié)點可以為路由器或者是終端設(shè)備。 r e m o t e c o n t r o l l e r 圖3 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 其中燈節(jié)點的結(jié)構(gòu)見圖3 ，2 ，燈節(jié)點由p c b 天線模塊，c c 2 4 3 0 模塊，熒光 燈驅(qū)動電路模塊，熒光燈電路模塊，電源模塊組成。p c b 天線模塊及c c 2 4 3 0 內(nèi)部的無線收發(fā)器負責(zé)與其他的節(jié)點進行無線通信。c c 2 4 3 0 模塊負責(zé)接收，處 理其他節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給其他節(jié)點包含自身節(jié)點信息的數(shù)據(jù)， 熒光燈驅(qū)動模塊負責(zé)驅(qū)動熒光燈模塊，實現(xiàn)熒光燈的亮滅調(diào)光等功能。電源模 1 6 第3 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)總體設(shè)計 塊負責(zé)給c c 2 4 3 0 模塊，熒光燈驅(qū)動電路模塊和熒光燈電路模塊供電。 圖3 2 燈節(jié)點結(jié)構(gòu) 遙控器結(jié)構(gòu)見圖3 3 ，遙控器由p c b 天線模塊，c c 2 4 3 0 模塊，液晶顯示器 模塊，鍵盤模塊，電源模塊組成。p c b 天線模塊及c c 2 4 3 0 內(nèi)部的無線收發(fā)模塊 負責(zé)與其他的節(jié)點進行無線通信。c c 2 4 3 0 模塊負責(zé)接收，處理其他節(jié)點發(fā)送過 來的數(shù)據(jù)，并且向其他節(jié)點發(fā)送命令信號。顯示器模塊作為人機交互界面，向 用戶顯示操作信息，鍵盤模塊作為用戶輸入數(shù)據(jù)的接口。電源模塊負責(zé)給c c 2 4 3 0 模塊和液晶顯示器模塊供電。 圖3 3 遙控器結(jié)構(gòu) 1 7 第4 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 第4 章z ig b e e 燈光控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 4 1 無線燈節(jié)點的硬件設(shè)計 4 1 1 處理器模塊 c c 2 4 3 0 是一顆真正的系統(tǒng)芯片( s o c ) c m o s 解決方案。這種解決方案能夠 提高性能并滿足以z i g b e e 為基礎(chǔ)的2 4 g h zi s m 波段應(yīng)用對低成本，低功耗的 要求。它結(jié)合個高性能2 4 g h zd s s s ( 直接序列擴頻) 射頻收發(fā)器核心和一顆i ： 業(yè)級小巧高效的8 0 5 1 控制器。 c c 2 4 3 0 的設(shè)計結(jié)合了8 k b y t e 的r a m 及強大的外圍模塊，并且有3 種不同 的版本，他們是根據(jù)不同的c j j 存空間3 2 ，6 4 和1 2 8 k b y t e 朱優(yōu)化復(fù)雜度與成本的 組合。本課題選用的是1 2 8 k b n a s h 空間的版本。c c 2 4 3 0 的尺寸只有7x 7 m m4 8 p i n 的封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的0 1 8 p mc m o s 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這可實現(xiàn) 數(shù)字基帶處理器，射頻模塊，模擬電路及存儲器整合在同一個硅晶片上。 針對協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件的執(zhí)行對m c u 處理能力的要求，c c 2 4 3 0 包 含一個增強型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8 位8 0 5 1 微控制器內(nèi)核，運行時鐘3 2 m h z 。由于更快 的執(zhí)行時間和通過除去被浪費掉的總線狀態(tài)的方式，使得使用標(biāo)準(zhǔn)8 0 5 1 指令集 的c c 2 4 3 0 增強型8 0 5 1 內(nèi)核，具有8 倍的標(biāo)準(zhǔn)8 0 5 1 內(nèi)核的性能。一個a e s 協(xié) 處理器被集成在c c 2 4 3 0 ，以支持i e e e 8 0 2 1 5 4m a c 安全所需的( 1 2 8 位關(guān)鍵 字) a e s 的運行，以實現(xiàn)盡可能少的占用微控制器。c c 2 4 3 0 包括四個定時器： 一個1 6 位m a c 定時器，用來為i e e e 8 0 2 1 5 4 的c s m a c a 算法提供定時以及 為i e e e 8 0 2 1 5 4 的m a c 崖提供定時。一個般的1 6 位定時器和兩個8 位定時 器，支持典型的定時計數(shù)功能，輸入捕捉、比較輸出和p w m 功能。c c 2 4 3 0 內(nèi) 集成的其他外設(shè)有：實時時鐘；上電復(fù)位；8 通道，8 一1 4 位a d c ；可編程看門 狗；兩個可編程u s a r t ，用于主從s p i 或u a r t 操作，d m a 控制器，4 個振 蕩器用于系統(tǒng)時鐘和定時操作。 為了更好的處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬，c c 2 4 3 0 集成了大多數(shù)對定時要求嚴(yán) 格的一系列i e e e 8 0 2 1 5 。4m a c 協(xié)議，以減輕微控制器的負擔(dān)。這包括：自動前 1 8 第4 章z i g b e e 燈光控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 導(dǎo)幀發(fā)生器，同步字插入檢測，c r c 1 6 校驗，信號強度檢n 數(shù)字