引言

通信技术、嵌入式技术和信息家电的飞速发展，使智能家居网络的构建成为可能。ZigBee以其低成本、低功耗的特性成为了智能家居无线网络的首选技术标准。

目前通用的家电遥控系统常用的无线控制手段有蓝牙、红外等。蓝牙技术 复杂度高，加上成本过高且不能满足低功耗的要求，因而在家庭网络领域没有得到普及；红外技术只能在可视范围内实现点对点的通信，对方向性要求较高，无法灵活的构成网络同时控制多个终端设备。本文应用ZigBee无线技术与嵌入式系统结合设计的家电无线遥控系统，可以实时的获取各个终端设备的状态信息，灵活控制ZigBee网络中的各个终端节点。

1 ZigBee技术简介

ZigBee是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准 。ZigBee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、媒体访问控制层（MAC）和物理层（PHY）组成。

在ZigBee网络中，存在两种不同类型的网络设备，一种是具有完整功能的设备，即全功能设备（FFD），另一种是简化功能的设备，即精简功能设备（RFD）。在网络中，FFD通常可以成为网络协调器或者网络路由，也可以作为终端设备存在于网络中，可以同时和多个RFD或多个其他的FFD通信；RFD则不能作为网络协调器，只能和一个FFD进行通信，功能较FFD简单，容易实现。

ZigBee技术网络支持两种拓扑结构：星型网络拓扑、树型网络拓扑和点对点的对等网络拓扑，每一个ZigBee网络都需要一个FFD协调器实现网络的协调功能。本文采用的是星型网络拓扑。

2 系统的总体架构

ZigBee家电无线遥控系统的总体框图如图1所示。

2.1 ZigBee遥控系统的硬件平台

ZigBee遥控器的硬件构建如图2所示。

ZigBee无线遥控器作为网络协调器，既要接收和处理来自ZigBee网络的数据，又要根据用户要求控制网络中各个节点的工作，所需要处理的数据量较大，因而本文采用ARM920T内核的嵌入式微处理器s3c241O作为遥控器的核心处理芯片。

s3c2410是三星公司推出的一款面向高性价比、低功耗、体积小、高性能、高集成度的16／32位RIsc嵌入式微处理器。存储器使用64M的NAND nash和64M的sDRAM。

ZigBee无线收发芯片采用飞思卡尔公司开发的符合IEEE8O2.15.4标准的Mcl3192射频收发芯片 。它工作在2.4GHz频段，支持对等、星型和树型网络结构，与Mcu通过四线sPI接口连接。

2.2 终端节点的硬件实现

遥控系统终端节点是嵌入到家电系统里面的一个模块。

ZigBee网络组网成功后，该模块负责和嵌入式ZigBee遥控器通信，把家电的运行状态参数通过ZigBee网络发送给遥控器端，并接收来自遥控器的控制信息，进而控制家电调整参数，以达到用户的要求。终端节点的硬件框架如图3所示。

设备终端节点的功能是收发数据并执行控制命令，因此，设备节点对硬件平台的要求较低，本文采用的终端节点的中央处理器为Mc9so8G1'60，z唔Bee收发芯片仍为Mc13192。

Mc9S08GT6O 是摩托罗拉一款低功耗、高性能的8位单片机，工作在40MHz主频上，通过sPI总线控制Mc13192。

MC9S08GT60集成了60KB F1ash ROM 与4KB RAM，为移植协议栈提供了足够的存储空间。

3 系统的软件实现

zigBee网络分为两部分分别实现，一个是遥控器的软件程序编写，另一个是遥控终端节点的软件实现。

3.1 ZigBee遥控器的软件实现

ZigBee遥控器的实现需要移植zigBee协议栈到Mcu，以及编写zigBee应用层的程序。本文采用的ZigBee协议栈是Freescale公司开发的Beestack。对Beestack协议栈的移植主要是初始化ZigBee收发芯片Mcl3192，配置其各个寄存器及设置收发模式，并令其正常工作。这里着重描述ZigBee应用层程序的实现。遥控器的应用层程序流程如图4所示。

本文采用的家庭自动化模板是ZigBee联盟认证的公共模板之一，利用该模板定义的家庭自动设备与相应的ZigBee簇库，实现对家电的开关、家电状态的获取和家电参数的调节等。首先，利用模板定义的设备，以端点的形式实现。这些端点连接到ZigBee协议栈，进而连接到其他端点。其次，端点与端点之间的通信是通过输入输出簇来实现的，这些簇包含了应用对象所共享的全部信息属性。

首次运行该遥控系统时，必须通过遥控器作为网络协调器建立一个PAN网络。建立网络的过程包括通过App—Han—dleEdDelect（）函数来扫描能量信道，App—Prepareco0rdinator（）函数选择短地址信息，设置PAN网络标识ID，初始化网络设置等等，调用MLME—sET.request{}和MLME—sET.request{}来使用新的超帧配置参数。网络建成之后，协调器扫描并捕获信道上设备的入网请求，给入网的设备分配16位的网内地址与网络标识号，绑定设备端点之间或对象之间的逻辑连接，并不断地维护和更新网络端点绑定表。绑定的过程是网络协调器检查模板ID是否有一个输入簇ID与输出簇ID对应，若是就把它们的对应关系添加到绑定表里。遥控器作为网络协调器通过发送应用层控制帧，传输对应簇的属性控制设备节点。

3.2 终端设备节点的软件实现

终端节点必须与协调器采用一致的应用模板，才能与协调器正常通信。终端节点作为RFD设备，功能较简单，组网过程与遥控器类似。组网成功之后，除非设备发生故障或无法通信，一般都不拆除终端节点。这里建立的网络采用信标不使能的通信模式，终端节点周期性被唤醒，向网络发生数据请求帧，若查询到网络协调器有属于该节点的数据，则响应协调器，发送数据给网络协调器或者接收控制帧驱动家电设备完成控制。响应完协调器的数据之后，终端节点返回到周期性休眠与唤醒状态，隔一定延时再向协调器发送请求帧。

4 结语

本文在充分了解ZigBee技术特点的基础上，设计实现了ZigBee无线技术在家电遥控系统。实验数据显示，该系统在30米范围内，无线数据通信的丢包率仅为2％ 一4％之间，若加大发射功率，能达到更长距离的遥控要求。在功耗方面，由于采用ZigBee技术，加上终端节点采用周期性唤醒机制，大大节省开销，降低系统整体功耗。本文的zigBee家电无线遥控系统是智能家居的一部分，可以预见，随着越来越多内置ZigBee功能的家电设备投入市场，将能构建更舒适，更方便、更环保的智能家居系统。

参考文献:

[1].ARM920Tdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ARM920T_139814.html.

[2].RIscdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/RIsc_1189725.html.

[3].Mc13192datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Mc13192_1124294.html.

[4].MC9S08GT60datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MC9S08GT60_210978.html.