基于ZigBee的信息家电远程监控无线通信方案

        引言
        目前家电控制领域发展的主要方向是信息家电智能化。许多家庭希望能实现各种家电“远程监控一体化”。即通过一个遥控器随时随地了解和控制各种家电。信息家电的数据传输的特点是低速率、低数据量，新出现的ZigBee技术为解决此类无线传输与控制问题提供了一种切实可行的技术解决方案。本文就是以ZigBee技术为基础，结合ARM和GPRS技术提出了信息家电远程监控无线通信方案。
        1 ZigBee技术简介
        ZigBee是一种基于IEEE 802.15A标准的短距离无线通信的技术规范，它包含3个工作频段、27个信道，每个频段的传输速率和通信范围各不相同。ZigBee技术拥有低功率、低速率、通信范围较小、网络容量大和组网简单等特点，且拥有省电、安全、可靠、成本低、时延短等优点。方便实现对信息化家电的组网与监控。
        2 信息化家电通信方案设计
        通信方案采用相对简单的ZigBee星型结构。即以ZigBee协调器(含全功能ZigBee设备FFDl为整个通信方案的核心。以多个ZigBee终端设备f含半功能设备RFD)作为周围的节点。构成一个星型网络。再结合远端控制，该方案可由以下这几部分组成：ZigBee协调器、ZigBee终端设备(被控对象，例如煤气水三表等电器)、Intenet、远程计算机。其中ZigBee协调器负责与ZigBee终端和外部网络之间的通信，是整个系统的核心。Zig—Bee终端设备负责数据的采集和各种数据的传输。
        根据方案的组成又可将该方案可分为两大模块：
        一是家庭ZigBee协调器模块;二是ZigBee终端模块。
        前者又分为核心控制模块、协调器端无线收发模块、网络接El模块和GPRS通信模块：后者分为终端收发模块和数据采集与控制模块。其模型如图1。家庭ZigBee协调器模块以ARM微处理器为核心。通过协调器端无线收发模块与终端模块实现通信。通过GPRS与手机通信，通过Internet与远程计算机通信。

        实现各模块的功能并相互之间的通信。就可以通过手机或者通过Intenet上的远程计算机。实现对信息化家电实现远程的监控。
        3 信息化家电通信方案的模块及软件流程
        3.1 ZigBee协调器结构模型及其应用程序的开发
        (1)ZigBee协调器结构模型
        ZigBee协调器开发平台采用的是基于ARM920T核的S3C2410X微处理器。是整个通信方案的核心。
        协调器的无线收发模块用的ZigBee全功能设备——RF收发芯片CC2430.实现一对多的短距离通信。由于CC2430已固化了ZigBee协议栈的底层f即PHY层和MAC层)。只需配简单的外围设备即可构成协调器的收发模块。GPRS用来实现远距离的数据传输。这一块可选择GPRS微处理器MC35i及外围电路组成。
        也可以采用市场上现有的成熟产品来实现。且S3C2410X微处理器内部不具备网络接E1.协调器用微处理器和以太网控制芯片(CS8900A)一起并配合辅助电路实现网络接口功能。这样。通过S3C2410X微处理器要实现ZigBee协调器端与ZigBee终端之间的通信;GPRS与手机之间的通信;通过Intenet与远端计算机之间的通信。S3C2410X微处理器为核心的协调器结构模型如图2。

        其中，结构模型中电源电路、系统时钟电路、系统复位电路、Flash/SDRAM存储器接口电路是S3C2410X微处理器运行的基本电路。JTAG接口、以太网接口、串口以及无线收发模块(CC2430和其外围电路构成)。是实现协调器功能的主要的接口电路。
        JTAG标准主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。标准的JTAG接口有四线。且接法简单。
        MAX232和RS232实现串口功能。用于协调器与GPRS设备之间传输数据。GPRS采用市场上现有的产品。将自带应用程序稍做修改。让GPRS自动收发数据。
        无线收发模块主要是用于ZigBee星型网络的建立、初始化。以及与多个ZigBee终端设备间的数据收发。
        (2)ZigBee协调器软件开发流程
        在ZigBee协调器结构中。基于ARM920T的S3C2410X微处理器是核心器件。采用嵌入式操作系统，要求该系统内核小而稳定、网络功能强大和出色的文件系统支持等，选择¨cLinux。首先，在S3C2410X微处理器植入IxcLinux.确定一个控制平台。然后编写并安装网口、串口、JTAG接口等相关硬件的驱动程序。再编写由核心器件所控制的3个通信子程序。即S3C2410X微处理器与GPRS之间的串口通信、S3C2410X微处理器与CC2430之间的通信、S3C2410X微处理器与远端计算机之间的通信。最后是家电的数据采集、传输以及远端控制程序。也包括3个子程序。即ZigBee协调器端无线收发模块与多个ZigBee终端收发模块之间的通信、GPRS与手机之间的通信、远端计算机的监控程序。在嵌入式系统的交叉开发环境下，协调器模型的软件开发流程如图3。

        3.2 ZigBee协调器与ZigBee终端之间的通信
        ZigBee协调器与ZigBee终端之间的通信可分ZigBee星型网络的建立和网络间数据的传输两个部分。
        ZigBee的软件开发主要是ZigBee协议栈的网络层、链路层以及应用层的开发。ZigBee星型网是以协调器f全功能设备FFD)为核心。周围是ZigBee终端(半功能设备RFD)。RFD只能与FFD通信。若要实现RFD之间相互通信。只能通过FFD中转。每个ZigBee都有自己唯一的64位MAC地址。组网后有自己的网络ID.通过事先设定的绑定表来查找目标节点。实现源节点与目标节点之间的通信。星型网络的建立可分为两个部分：ZigBee协调器网络的建立和多个ZigBee终端的接人与数据传输。其流程分别如图4。

        GPRS与手机之间的通信技术非常成熟。产品很多，也很容易实现。远程监控程序是个普通的网络通信程序，应将监控对象与所传输数据格式对应起来。
        4 结语
        本文以ZigBee无线通信模块为基础。以S3C2410X微处理器为核心器件。结合GPRS实现远距离监控。通过手机或Intemet可以随时随地了解家里的电器并进行控制。这将给人们的日常生活带来极大的便利。