基于ZigBee與紅外的家居監控系統設計

引言

　　ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，主要用于近距離無線連接。早在2004年就被列為當今世界發展最快、市場前景最廣闊的十大最新技術之一。ZigBee是一種無線連接技術的商業化命名，主要用于解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。而紅外技術因興起早、技術簡單等優點先在家電遙控市場先入為主，當前家電遙控基本都采用紅外。

　　基于ZigBee與紅外技術的無線家居監控系統，采用便捷、易擴展、低成本、低功耗方案實現家居的無線監控。本系統通過傳感器監測節點將收集的信息傳送到監視主機，監視主機可通過“網關-CC2430無線模塊-學習型紅外模塊”發出命令控制當前的紅外遙控的家電，也可通過“網關-CC2430無線模塊”實現對未來ZigBee控制型家電的控制，從而以便捷、低成本的方式實現對家居的照明、溫／濕度、安全和電器的智能監控。另外，只需將監視主機接入遠程網絡，該系統便能實現對家居的遠程實時監控。

　　本文重點介紹基于ZigBee技術的遙控家電與現行常用紅外遙控家電的兼容和集成及對家居環境的實時監測等方面的研究，最終實現基于ZigBee網絡的智能家居。針對ZigBee技術本身的低功耗、低成本和低時延、易擴展等優勢，保證了信息傳輸和反饋的及時性，并提高了家電遙控設備系統擴展的整體性能。

1 系統架構

　　系統組成如圖1所示，監控系統主要包括監視節點、傳感器檢測節點、紅外中轉控制節點。監視節點能夠建立并維護ZigBee網絡，同時負責與監控主機的通信。一旦監控主機接入遠程網絡，該系統即可升級實現遠程實時監控。傳感器檢測節點負責采集家庭光照、溫度、空氣質量等環境信息。紅外中轉控制節點可根據采集的信息通過紅外線實時控制空調、燈光等傳統紅外型家電，而對于未來的ZigBee控制型家電，通過CC2430模塊便可實現兼容控制。

2 硬件設計

　　2．1 CC2430無線收發模塊

　　CC2430是一顆真正的系統芯片(SoC)CMOS解決方案，它結合一個高性能2．4 GHz DSSS射頻收發器核心和一顆小巧高效的8051控制器。圖2為CC2430的一種典型應用電路。該電路使用了一個非平衡天線，這樣可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341，L32 1，L331以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入／輸出匹配電阻50 Ω的要求。32 MHz的晶振電路由1個32 MHz的石英諧振器(XTA-L1)和2個電容(C191和C211)構成；32．768 kHz的晶振電路由1個32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個電容(C441和C431)構成。

　　2．2 傳感器監測節點

　　監測節點的硬件結構采用CC2430作為微處理器，采用DSl8B20作為溫度傳感器、TPS851作為光敏傳感器、TGS2600作為空氣質量傳感器探測家居環境情況。檢測節點電路圖設計如圖3所示。

　　2．3 紅外控制節點

　　紅外控制節點以CC2430作為微處理器，采用一體化的紅外接收頭接收紅外信息，以24C64作為存儲模塊存儲學習到得紅外編碼，考慮到紅外發射的距離和有效性，電路紅外發射管加入了2個三極管進行兩級發大。紅外收發部分電路設計如圖4所示。