摘要：选用TI公司推测出的无线SOC芯片CC2530作为ZigBee组网模块。整个体系由传感器组网部分、和谐器操控、LCD显现部分构成，体系能够对多个传感器进行实时监控，当任一传感器在LCD上显现的数值超越预先设定的阈值时，体系将主动操控继电器、步进电机及蜂鸣器的敞开，然后起到操控电器的敞开和安全警报的效果。
关键词：ZigBee;Z—Stack;自组网;智能家居体系
在这个信息的年代，跟着科学技能的飞速发展，家居智能化已经成为人们的火急需求。因而，为了使人们的日子更绿色环保、更便利、更安全，温湿度及光照完结实时收集和家完结主动操控、室内火情和可燃性气体完结现实检测与监控变得越来越重要。在智能家居体系中，担任重要成分的操控体系和组网技能，对其的挑选是十分重要。其间，在智能家居的操控体系中，无线数据传输方法的灵敏等特色战胜了传统的有线数据传输的局限性，然后得到了广泛运用;为了便利用户的装置和运用，防止繁琐的有线的布线，选用无线方法进行组网。无线组网方法多种多样，其间ZigBee技能以其组网灵敏性、功耗低一级优异特性而得到广泛运用。
1 网络结构概述
智能家居体系选用ZigBee无线组网技能作为底层网络来完结家居体系内部网络。在多种网络拓扑结构中，星型结构的掩盖规模较小，可是结构简略、数据传输快，所以在家庭规模内，选用星型结构作为根底的网络结构。经过ZigBee无线通讯模块与传感器模块及家电构成终端设备，完结数据的收集，传输等;运用全功用设备作为家居内部ZigBee网络的中心和谐器，担任树立和保护网络;经过RS232串口通讯完结和谐器与传感器模块之间的衔接，体系结构图如图1所示。作为智能家居体系的底层根底网络，家居内部ZigBee无线网络能够完结的功用有：1)收集家庭环境的数据和信息。2)简略处理设备终端上传来的数据。3)经过串口通讯协议将数据上传到中心和谐器。4)和谐器依据收集上的实时数据作出判别，给出操控指令。5)经过串口通讯协议将数据回传给设备终端。6)设备终端作出相应的呼应。
2 ZigBee技能
ZigBee技能一种短距离低速传输的无线网络协议，其功耗抵、快速、牢靠、成本低、容量大、安全的特色，使其可广泛运用于各种主动操控范畴。
ZigBee协议栈是在OSI七层模型的根底上依据商场和运用的实际需求界说的简化协议栈，ZigBee协议栈由物理层、MAC层、网络层和运用层四层结构组成，其间网络层和运用层是ZigBee联盟在IEEE 802.15.4规范根底上从头界说的，而物理层和MAC层则是沿用了IEEE 802.15.4规范。ZigBee协议栈结构如图2所示。
1)物理层(PHY)：本层规则了物理无线信道以及MAC子层之间的接口，供给了PHY层的数据服务和办理服务。首要功用是激活/休眠无线收发设备，对当时信道进行能量检测，链接质量指示，为载波检测多址与磕碰防止(CMSA—CA)进行闲暇频道评价、频道挑选、数据的发送及接纳等。
2)媒体介质拜访层(MAC层)：供给数据服务和办理服务两种服务，首要完结的功用有：网络和谐者产生并发送信标帧，设备与信标同步，支撑RAN网络的相关和撤销相关操作，为设备的安全性供给支撑，信道接入方法选用免抵触载波检测多路拜访(CMSA—CA)机制，处理和保护保护时隙机制，在两个对等的 MAC实体之间供给一个牢靠地通讯连路。
3)网络层(NWK)：担任拓扑结构的树立和保护网络衔接，首要功用有设备衔接和断开网络时所选用的机制，以及在帧信息传输进程中所选用的安全性机制。
4)运用层(APL)：是用户依据需求自行来开发的，由运用支撑子层、ZigBee设备装备层和运用架构层组成，其间，运用支撑子层为网络层和运用层供给接口，把依据服务和需求相匹配的两个设备作为一个全体来进行办理的绑定服务，并未绑定服务构建和保存绑定表，在绑定设备之间传输信息;ZigBee设备装备层供给标定服务、为长途设备供给恳求的任何规范的描述符信息;运用架构层是运用支撑子层的运用程序的无线数据接口，运用程序运用该层供给的功用来发送和接纳无线数据。
3 体系硬件规划
ZigBee体系选用的传感器模块芯片为CC2530芯片，CC2530是TI公司推出的无线片上体系(SOC)芯片，其需求很少的外接元件，片上集成了不同的结构模块，大致可分为CPU和相关的存储器模块，外设、时钟和电源办理模块，无线信收发模块3类，并经过ZigBee协议栈完结了运用。
3.1 温湿度及光照传感器硬件电路
在本规划中，STH10作为温湿度模块的主芯片，供电电压为3.3 V，担任收集室内的温度和湿度。光照传感器模块能够感应光照的强度。温湿度探头直接运用IIC接口进行操控，光敏探头经运放处理后输出电压信号到AD输入。其电路原理图如图3所示。
3.2 酒精传感器电路
酒精传感器模块是用等级来区分的，不能显现详细的数值。经过传感器输出端的电压改变来表现酒精的含有量等级。外界给传感器供5 V电压，传感器内部作业。在清洁的空气中，输出端的电压为一稳定值，若空气中含有酒精，输出端的电压会下降，依据电压下降程度来判别酒精含量等级。其原理图如图4所示。
3.3 继电器模块电路
每个继电器模块上有4个继电器，每个继电器都能独自进行作业。继电器模块选用一片带中止输出的IIC接口的GPIO扩展芯片完结，I%&&&&&%总线扩展芯片运用PCA9554，作为输出是高电平有用。其原理图如图5所示。
4 体系软件规划
本规划是在IAR7.51软件的开发环境下，经过C言语编写驱动程序来进行仿真调试的。
4.1 Z—Stack协议栈软件架构
Z—Stack协议栈是依据一个轮转查询时操作体系的，ZStack从main()函数进入，首要对体系进行初始化，然后开端履行操作体系。协议栈著有流程如图6所示。
4.1.1 体系初始化
初始时，体系需求对硬件渠道和软件架构所需的要的各个模块进行初始化，为操作体系的工作做好准备作业，其详细流程图和对应的函数如图7所示。
4.1.2 操作体系的履行
操作体系实体只要一行代码：
Osal_start_system();//no return from here
此函数不会回来，是一个死循环，这个函数便是轮转查询式操作体系的主体部分，这个函数会不断地查询每个使命是否有事情产生，假如产生，履行函数;假如没有产生，查询下一个使命。
使命是由优先级的，体系优先处理优先级高的使命。
程序清单：
操作体系要处理MAC层，网络层，物理层，运用层，zigbee设备运用层，运用层，这6层的使命，优先级是从MAC层具有最高优先级，到用户层具有最低优先级。假如MAC层使命有事情处理不完，用户层使命就不会得到履行。
4.2 体系网络的构成
4.2.1 和谐器树立网络
ZigBee网络节点设备调用ZDO_StartDevice()函数来发动设备，然后调用它们构成网络。和谐器将扫描DEFAUL_CHANLIST，从中挑选一个适宜的信道。这个网络会被装备一个PAN标明符和一个16位的网络地址。然后调用 NLME_JNetworkFormationRequest()函数来树立网络：
4.2.2 节点参加网络
数据收集节点首要会经过NLME_NETWORK_DISCOVERYrequest原语，发动参加网络流程。数据节点发动后，先扫描 DEFAULT_CHANLIST指定的频道。数据收集节点首要要经过信道扫描来发现2.4GHz频段的信道中存在的网络。当收到和谐器发送的信标应道后，就依照信标内的和谐器的网络地址和PAN_ID等信息参加网络。
5 调试成果
调试成果如图8所示。
6 定论
在和谐器上显现温湿度值、光照值及反响酒精浓度的电压值，而且当温度高于23摄氏度时，主动敞开继电器然后驱动电扇的敞开与封闭;当光照大于250勒克斯时，步进电机上的直流电机主动工作然后驱动窗布的开合;当酒精传感器收集的电压值大于120 V时，驱动蜂鸣器报警。
