基于ZigBee技术的智能家居网关节点的设计与实现

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongmenglina
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随着近年来物联网的兴起,智能家居作为物联网技术的一部分再次成为关注和研究的热点。ZigBee技术以其自组网、低功耗、低成本等特点在智能家居系统里得到了广泛的运用,实验室团队根据这一趋势,设计了一套基于ZigBee技术的智能家居内部网络,此外还要需要设计一种集成多种通信方式的网关节点作为ZigBee网络对外的窗口。网关节点它不仅要负责内部ZigBee网络与多种外部异构网络的无缝连接,而且还要采集、处理家居现场信息。   本文根据以上需求,设计了一种多种接入方式的网关方案,用户可使用手机、电脑通过远程或室内多种通信手段访问智能家居网络,方便用户灵活监控家居现场,从而提高智能家居便捷性和实用性。以太网作为一种使用广泛的有线通信技术被应用到智能家居中既能达到ZigBee网络速率要求也无需用户添加额外设备节约了成本。考虑到某些场合没有以太网接入设备选用覆盖广、资费低的GPRS作为弥补。用户在室内可使用Wi-Fi、ZigBee、蓝牙与网关节点连接,ZigBee需要专门设备,而大部分手机和笔记本自带有Wi-Fi、蓝牙功能,其中Wi-Fi相比有蓝牙速率高、传输远的优势。因此,基于以上因素考虑,本文选择以太网、GPRS、Wi-Fi作为网关节点的对外通信手段。为了实现这三种通信方式与ZigBee网络的无缝连接,本文重点研究了网关节点的设计与实现,并采用嵌入式芯片作为硬件平台,在满足性能的同时降低了成本和功耗,而软件设计方案则以嵌入式实时操作系统为基础,以求合理利用各种硬件资源。并以其为核心器件设计外围电路和接口电路,其次根据软件总体设计思想,搭建基于μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的软件平台,编写串口驱动程序和以太网、Wi-Fi、GPRS三个数据传输任务,并对三个任务进行协调管理,以提高网关节点的灵活性和实时响应能力。功能验证表明网关能成功发送并接受不同网络数据;主控制芯片可及时处理需要传输的数据,满足智能家居实时性的要求。该网关节点设计方案基于Cortex-M3芯片和ZigBee无线通信技术,成功融合了以太网、Wi-Fi和GPRS三种通信技术,具有通信方式灵活、稳定可靠、成本低等特点,有助于智能家居系统的运用推广。
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