基于CC2530的智能家居内部网络ZigBee协议栈的设计与实现

当前中国正处于经济和科学技术突飞猛进的阶段，高科技在生活中的应用随处可见，越来越多的人对日常家庭生活的舒适程度要求越来越高，智能家居应运而生。智能家居系统将普通的家电设备通过特殊的技术实现互联，形成一个智能化的家庭网络，为人们的生活带来新奇的体验和变革。 本文通过了解智能家居的发展历史，国内外的研究现状，分析了当前存在的智能家居系统的优缺点，根据市场需求提出了对外部网络接入方式以及家庭内部网络的组建形式两点改进方案。 通过对当前的市场需求的研究，设计了一套嵌入式的智能家居系统，在外部网络连接中采用多种接入技术，利用WiFi、GPRS和因特网实现客户端与家庭网关的连接，同时在家庭内部网络中创新采用ZigBee通信协议组建无线传感器网络，实现家庭内部的无线网络互连。 随后介绍了中央控制器和控制终端设计，概述了系统的整体框架和使用的关键技术，包括外部网络的WiFi、GPRS、因特网和家庭内部网络中的ZigBee通信协议。根据需求设计了中央控制器和控制终端的硬件结构，详细介绍了其中各接口和模块的功能和作用。 由于当前没有一款针对廉价芯片的ZigBee全开源的协议栈，本文进行了针对TI公司生产的CC2530射频芯片的ZigBee协议栈的开发，片上操作系统采用轻量级系统Contiki，利用其事件驱动机制搭建协议栈的物理层与MAC层服务程序，实现多点对多点的可靠数据传输。 最后利用已经实现的协议栈完成智能家居系统中家庭内部网络通信，设计ZigBee控制器和控制终端软件，实现用户对家电设备的远程控制。在温度监控系统的数据传输中加入分布式信源编码，通过数据压缩的方式减少网络中的数据收发量，从而降低节点能量消耗，同时设计上位机控制程序进行反向控制和数据的实时显示。