基于ZigBee技術的智能家居無線網絡系統
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3 通訊協議
3.1 ZigBee協議的幀結構
采用符號ZigBee標準的HeliLink模塊的數據幀由數據模式、目標地址、數據長度、數據信息與校驗和五部分構成，格式如下（數據幀結構中的數據都是16進制數）:
“數據模式”占用一個字節。“目標地址”表示數據幀結構要發送的目標位置（網絡中的節點號），它占用一個字節。“數據長度”表示數據幀結構中從“數據1”到“數據n”所占據的字節數，它也占據了一個字節。“數據信息”表示用戶要通過UART0傳送的命令或者有效數據，占據的字節數由“數據長度”決定。“校驗和”是對幀結構中的全部數據（校驗和字節除外）進行的校驗，采用字節逐位異或的方式實現。“校驗和”也占據一個字節。
3．2 無線網絡通訊協議幀結構
家庭網關通訊協議幀結構是建立在ZigBee協議幀結構的基礎上的，相當于底層協議中的數據場部分。所以幀結構由節點號、功能編碼、數據信息三部分組成，如下所示：
節點號字段數據長度為1字節，其中低四位為數據采集功能編號，高四位為子節點號，如下所示：
功能編碼分為三個部分：方向位、數據類型和功能類型。其格式為：
方向位：
根據主節點作為通訊發送者還是接收者，本系統功能可分為兩大類：上行和下行。方向位即決定了這一點。
數據類型：
數據信息與功能編碼關系十分密切，根據功能不同，數據場中數據的內容含義不同；根據數據長度不同，數據類型也不同。
功能類型：
每一個功能類型對應一種系統功能。通過解析功能類型編碼可得到系統功能，對于下行幀，子節點得到主節點通知其執行的命令和需要的數據；對于上行幀，主節點得到子節點返回的信息、數據和命令執行的情況。
數據信息存放數據，數據信息長度可根據功能編碼中的數據類型而定。
4 無線節點硬件設計
由于無線節點使用電池供電，且需要安裝在三表或電器內部，要求電池體積很小，因此電池的容量不可能太大。希望一顆鈕扣電池可以有效工作一年以上。無線通訊需要電池提供足夠大的電流，耗電量較大，所以低功耗設計成為子節點設計的重點和難點。
無線網絡節點硬件組成如圖2所示，采用TI公司的16位單片機MSP430F1232作為處理器，采用符合ZigBee標準的Heililink無線網絡收發模塊建立無線通訊，采用RAMTRON公司的鐵電存儲器FM24LC16存儲數據，開關量輸出使用松下公司的磁保持繼電器TQ2L2—3V，PWM輸出放大器采用MAXIM公司的MAX4464。使用鋰離子鈕扣電池供電，通過采用TI公司的電荷泵IPS60210將電壓穩定至3.3V。無線子節點通過查詢八位撥碼開關確定其功能，可以實現兩路脈沖量的計數、兩路開關量的輸入、兩路開關量的輸出、一路模擬量的輸入、一路模擬量的輸出、電池電量采集無線通訊等功能。
4．1 處理器
處理器采用TI公司的16位單片機MSP430F1232。該單片機突出的特點是可以實現極低的功耗，具有五種省電工作模式，而每種工作模式可以通過對時鐘的控制實現不同的功耗，其工作在LPM4模式下的功耗電流只有0.1μA,非常適合采用電池供電的系統。片內FLASH ROM用于存儲應用程序、通訊協議；UART接口連接無線通信模塊；10位A/D轉換器實現電池電壓檢測、模擬量輸入；內部16位定時計數器實現PWM輸出，經低通濾波后，再由放大器放大，實現模擬量輸出；I2C接口連接鐵電存儲器FRAM。其余的通用輸入輸出端口分別實現數字量和脈沖量的輸入、輸出以及撥碼開關狀態的輸入。
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