基于JN5139的智能家居內部組網
加入技術交流群
智能家居網絡主要包括外部網、家庭網關和內部網。外部網可以是因特網、公用電話網或小區(qū)局域網；內部網是家庭內部家電設備互聯的局域網。目前有多種技術應用于內部組網，如HomeRF、電力載波、ZigBee等；家庭網關則是連接外部網和內部網的重要環(huán)節(jié)，以協(xié)議轉換方式完成外部網和內部網的數據交換。
實現智能家居系統(tǒng)的關鍵是智能家居組網技術。智能家居內部網絡的特點：需要傳輸的數據量?。患彝ブ行枰刂频脑O備多，網絡容量大；傳輸信息需要延時短、實時性高。ZigBee技術是近幾年來發(fā)展起來的一種無線通信技術，具有距離短、低功耗、低數據率、低成本、高可靠性、網絡容量大等特點，這些技術特點決定了其能很好地滿足智能家居內部組網的要求。
組成ZigBee網絡的設備有協(xié)調器、路由器和終端設備。協(xié)調器建立和控制網絡，存儲網絡的信息，包括作為認證中心和安全密鑰的存儲。路由器用來擴展網絡的覆蓋面，并提供備份路由以防止網絡擁塞，可與協(xié)調器和其他路由器通信，并且支持子設備。終端設備可以發(fā)送或接收信息，不做路由使用，它只能與協(xié)調器或一個路由器通信。
2 硬件設計
2．1 組網方式
內部網采用ZigBee協(xié)議，ZigBee標準支持星形、樹狀和對等3種網絡拓撲。在星形網絡中，協(xié)調器負責發(fā)起和維持網絡結構，所有其他終端設備直接和協(xié)調器通信。在智能家居中各個節(jié)點之間的通信距離比較短，無需路由器擴展網絡覆蓋面。內部網可使用ZigBee星形網絡組網，只需要協(xié)調器和終端設備即可構成網絡，從而降低整個系統(tǒng)的組網復雜程度。該系統(tǒng)將協(xié)調器與家庭網關統(tǒng)一設計，協(xié)調器／家庭網關負責處理與各個終端設備的通信及與外網的通信，終端設備實現環(huán)境控制、安全檢測、家電控制等具體的功能。圖1給出系統(tǒng)總體框圖。
2．2 系統(tǒng)原理
當外部網絡傳來的控制信息進入家庭網關，即進入安全檢測和接入認證，如果通過認證，采用協(xié)議轉換將控制信息轉換成符合內部網絡傳輸的數據格式送入協(xié)調器，并根據家庭網關的控制信息輸送到終端設備。
如果發(fā)生非允許入侵、煤氣泄露等異常事件，終端設備檢測并將信息發(fā)往協(xié)調器，協(xié)調器將這些信息送入家庭網關，從而轉化成外部網絡的信息格式，發(fā)往遠程監(jiān)控設備。同時，內部網絡也盡可能完成一些自處理，比如在發(fā)生煤氣泄漏時，可以在非人為的干預下打開排氣風扇，將處理結果發(fā)往遠程控制端。
2．3 電路組成
采用Jennic公司生產的ZigBee JN5139模塊構成內部網絡。該模塊的特點是以高性能、低功耗的32位無線微控制器JN5139為核心，使用2．4 GHz射頻收發(fā)電路，兼容IEEE802．15．4和ZigBee標準；低至2．6μA的睡眠電流；有可供用戶程序使用的128 KB外部SPI接口存儲器；4輸入12 bit A／D轉換器、2個11 bitD／A轉換器、2個比較器；2路UART串口、5個選擇位的SPI接口、1個I2C接口等。JN5139模塊多樣的接口為外接各種傳感器和控制電路提供了便利。
系統(tǒng)將協(xié)調器和家庭網關制作在一塊電路板上，圖2給出其電路框圖。這樣作為協(xié)調器的JN5139的性能可以充分利用，既可處理內部ZigBee網絡的互聯，也可與外網通信；同時也使得系統(tǒng)結構更為緊湊。外網接入電路可使用GPRS、INTERNET、有線電話網絡等形式，外網的信息經JN5139協(xié)議轉換，使其適合在ZigBee網絡中傳輸。
終端設備節(jié)點是ZigBee網絡的最終功能單元，與具體的家電設備互聯，圖3給出終端設備節(jié)點電路框圖。傳感器采集家電設備或家居環(huán)境信息，經由JN5139處理，打包成ZigBee協(xié)議的信息格式，送至協(xié)調器進行下一步處理。JN5139也接收來自協(xié)調器的控制信息，經解碼后送至控制電路，執(zhí)行相應的操作。
評論