本發(fā)明涉及電子信息通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，智能家居領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，各大廠商和相關(guān)組織機(jī)構(gòu)正在著手建立和制定智能家居系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，但是就目前情況來(lái)看，智能家居通訊協(xié)議陣營(yíng)復(fù)雜，而且各不兼容。關(guān)于通訊協(xié)議，智能家居領(lǐng)域已經(jīng)有不少通信協(xié)議了，WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave等等。估計(jì)開(kāi)發(fā)者在選用哪種協(xié)議的時(shí)候頭都大了，最后很可能像Homey一樣被迫支持八種通信協(xié)議。現(xiàn)在，三星、Nest、ARM 又聯(lián)手推出了一種新的協(xié)議Thread。不知道Thread會(huì)加速行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)形成，還是讓原本已經(jīng)夠亂的通信協(xié)議更加 “剪不斷、理還亂”。

現(xiàn)在比較常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有 WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave，不過(guò)都有存在以下的不足：

1、WiFi 的功耗比較大，適合傳輸大量的數(shù)據(jù)；

2、藍(lán)牙功耗比較低，但現(xiàn)在還存在藍(lán)牙 2.0 與藍(lán)牙 4.0 并存的混亂局面，且不支持 IPv6；

3、Z-Wave 由丹麥公司 Zensys 主導(dǎo)，暫時(shí)還不夠強(qiáng)大，選用者太少。

在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在盡可能保持標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的前提下，針對(duì)各種信號(hào)類(lèi)型來(lái)選擇合適的總線或無(wú)線技術(shù)并設(shè)計(jì)主控制器己成為智能家居建設(shè)的首要問(wèn)題。在有線方式中，各傳感器和控制器的連接通過(guò)總線，它的優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化各功能單元的設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)就是布線多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也存在總線協(xié)議設(shè)計(jì)選擇的問(wèn)題。

在目前的智能家居系統(tǒng)中，系統(tǒng)通信模塊一般與功能控制模塊集成在一起，在智能家居系統(tǒng)發(fā)展的早期，智能家居生產(chǎn)廠商比較少，且各個(gè)系統(tǒng)比較獨(dú)立，這樣可以增加系統(tǒng)集成，降低系統(tǒng)成本，推動(dòng)了智能家居的發(fā)展。但隨著人們生活水平的提高，各種家居設(shè)備發(fā)展迅速，家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(有線和無(wú)線技術(shù))的不斷應(yīng)用，采用通信模塊和功能控制模塊集成的傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)具有通用性不好，系統(tǒng)難維護(hù)和設(shè)計(jì)不靈活等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，本發(fā)明的智能家居系統(tǒng)具有復(fù)用性，安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，通用性好等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和分布在每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器通信連接，所述房間的數(shù)量至少為一個(gè)；

每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器、多個(gè)家居設(shè)備、多個(gè)作為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊和多個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器；每個(gè)家居設(shè)備與對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊交互連接，每個(gè)功能驅(qū)動(dòng)模塊與對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行交互連接，每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均與分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器進(jìn)行通信連接；每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；

每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均包括用于控制整個(gè)系統(tǒng)的單片機(jī)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳送和收發(fā)的Zigbee無(wú)線收發(fā)電路、通信接口電路、用于遠(yuǎn)程對(duì)家居設(shè)備監(jiān)控的GPRS模塊、方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的人機(jī)交互模塊和提供系統(tǒng)工作時(shí)鐘信號(hào)的晶振電路；

所述Zigbee無(wú)線收發(fā)電路、通信接口電路、GPRS模塊、人機(jī)交互模塊和晶振電路均與單片機(jī)交互連接；所述通信接口電路主要用于與家居設(shè)備的連接，完成數(shù)據(jù)采集和對(duì)家具設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，同時(shí)還與PC機(jī)相連，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和監(jiān)測(cè)。

其中，所述每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均還包括為系統(tǒng)提供電能的電源。

其中，所述單片機(jī)為40管腳PDIP封裝的PICl8LF4620微控制器，該單片機(jī)上設(shè)置有MSSP模塊，所述通信接口電路通過(guò)MSSP模塊與串行EEPROM、移位寄存器、顯示驅(qū)動(dòng)器和AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信連接；所述MSSP模塊有兩種工作模式，分別為SPI工作模式和I2C接口硬件上支持的主控模式、多主機(jī)模式和從動(dòng)模式；所述MSSP模塊工作在SPI工作模式下時(shí)，MSSP模塊與Zigbee無(wú)線收發(fā)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接。

其中，所述單片機(jī)還包括EUSART模塊，該EUSART模塊可配置為與CRT終端和個(gè)人計(jì)算機(jī)通訊的全雙工異步系統(tǒng)；EUSART模塊也可以配置成能夠與A／D或D／A集成電路、串行EPROM通訊的半雙工同步系統(tǒng)；所述USART模塊還包括自動(dòng)波特率檢測(cè)和校準(zhǔn)單元和用于接收到同步間隔字符時(shí)的自動(dòng)喚醒和12位間隔字符發(fā)送的間隔字符收發(fā)單元；且該EUSART模塊與GPRS模塊通信連接。

其中，所述晶振電路包括第一電容、第二電容和晶振芯片，所述晶振芯片的一端通過(guò)第一電容接地，所述晶振芯片的另一端通過(guò)第二電容接地，所述第一電容與晶振芯片的公共端及第二電容與晶振芯片的公共端均連接至單片機(jī)，且輸出晶振信號(hào)。

其中，所述Zigbee無(wú)線收發(fā)電路為CC2420射頻芯片，所述CC2420射頻芯片的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。

其中，所述CC2420射頻芯片內(nèi)設(shè)有依次連接的接收單元、低噪聲放大器、變頻單元、濾波放大單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該CC2420射頻芯片內(nèi)還設(shè)有FIFO緩存區(qū)；接收單元從天線接收到射頻信號(hào)，射頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)低噪聲放大器放大，然后在正交下變頻到2MHz的中頻上，形成中頻信號(hào)的同時(shí)形成兩路同向分量和正交分量；該兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大后，直接通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；當(dāng)CC2420射頻芯片的SFD引腳為低電平時(shí)，表示接收到了物理幀的SFD字節(jié)；接收到的數(shù)據(jù)存放在128字節(jié)的FIFO緩存區(qū)中；FIFO緩存區(qū)保存MAC幀的長(zhǎng)度、MAC幀頭和MAC幀負(fù)載數(shù)據(jù)三個(gè)部分；CC2420射頻芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)序列、幀開(kāi)始分隔符以及幀檢驗(yàn)序列產(chǎn)生：接收數(shù)據(jù)時(shí)，MAC幀的長(zhǎng)度、MAC幀頭和MAC幀負(fù)載數(shù)據(jù)三個(gè)部分只用于幀同步和CRC校驗(yàn)；CC2420射頻芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用直接正交上變頻，基帶信號(hào)的同相分量和正交分量直接被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)低通濾波器后，直接變頻到設(shè)定的信道上。

其中，所述CC2420射頻芯片上設(shè)有FIFO引腳、CCA引腳、FIFOP引腳、SFD引腳、CSn引腳、VERG-EN引腳、RESET引腳、SCK引腳、SO引腳和SI引腳，所述FIFO引腳、CCA引腳、FIFOP引腳和SFD引腳四個(gè)表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，且接入單片機(jī)的輸入引腳；所述單片機(jī)的輸出引腳接入CSn引腳、VERG-EN引腳、RESET引腳和SCK引腳，所述SO引腳還接入單片機(jī)的輸入引腳，所述單片機(jī)的輸出引腳還接入SI引腳；所述CC2420射頻芯片收到物理幀的SFD字段后，會(huì)在SFD引腳輸出高電平，直到接收完該幀，如果啟動(dòng)了地址辨識(shí)，在地址辯識(shí)失敗后，SFD引腳立即轉(zhuǎn)為輸出低電平；所述FIFO引腳和FIFOP引腳標(biāo)示FIFO的緩存區(qū)的狀態(tài)，如果FIFO緩存區(qū)有數(shù)據(jù)，F(xiàn)IFO引腳輸出高電平；如果接收FIFO緩存區(qū)為空，F(xiàn)IFO引腳輸出低電平；FIFOP引腳在接收FIFO緩存區(qū)的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的臨界值時(shí)或者在CC2420射頻芯片接收到一個(gè)完整的幀以后輸出高電平，臨界值可以通過(guò)CC2420射頻芯片的寄存器設(shè)置；CCA引腳在信道有信號(hào)時(shí)輸出高電平，且只在接收狀態(tài)下有效；在CC2420射頻芯片進(jìn)入接受狀態(tài)至少8個(gè)符號(hào)周期后，才一會(huì)在CCA引腳上輸出有效的信道狀態(tài)信息。

其中，所述GPRS模塊采用MC55模塊，所述MC55模塊上設(shè)有ASC0通信串口，所述MC55模塊通過(guò)ASC0通信串口與單片機(jī)交互連接。

其中，所述GPRS模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法為：

步驟1，通信串口進(jìn)行初始化；

步驟2，GPRS模塊進(jìn)行初始化；

步驟3，檢測(cè)初始化是否成功，若不成功，則回轉(zhuǎn)至步驟1，若成功，則進(jìn)行步驟4；

步驟4，進(jìn)行查詢(xún)短消息和定時(shí)發(fā)送狀態(tài)消息；查詢(xún)到短消息后進(jìn)行步驟51；發(fā)送狀態(tài)信息后進(jìn)行步驟52；

步驟51，檢測(cè)是否收到新消息，若收到新消息，則將信息解析還有得到控制碼并進(jìn)行相應(yīng)的處理；若沒(méi)收到，則跳轉(zhuǎn)至步驟4中繼續(xù)進(jìn)行查詢(xún)短消息；

步驟52，檢測(cè)是否發(fā)送成功，若發(fā)送成功，則返回結(jié)束；若沒(méi)發(fā)送成功后，則跳轉(zhuǎn)至步驟4中繼續(xù)進(jìn)行定時(shí)發(fā)送狀態(tài)消息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，

該智能家居系統(tǒng)主要包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器、作為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊和分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器；每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)及方法的改進(jìn)，具有如下有益效果：

1) 將zigbce無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于智能家居中，提出一種采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)相比，具有免布線，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，對(duì)家居內(nèi)部各種數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線采集和傳彩等特點(diǎn)；

2)該系統(tǒng)中分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器的控制器均主要由單片機(jī)、Zigbee無(wú)線收發(fā)電路、通信接口電路、GPRS模塊、人機(jī)交互模塊和晶振電路構(gòu)成，使得該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)、方便人機(jī)交互等功能，而且通過(guò)這些結(jié)構(gòu)，提高家居網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性；使家居網(wǎng)絡(luò)具有自組織性，自適用性；提高網(wǎng)絡(luò)安全性且使得系統(tǒng)更具有可擴(kuò)展性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明中智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器的方框示意圖；

圖3為本發(fā)明中晶振電路圖；

圖4為本發(fā)明中CC2420射頻芯片的工作方框圖；

圖5為本發(fā)明中CC2420射頻芯片與單片機(jī)的連接關(guān)系圖；

圖6為本發(fā)明中GPRS模塊與單片機(jī)的連接關(guān)系圖；

圖7為本發(fā)明中GPRS模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控的流程圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明如下：

10、主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器 11、家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

12、移動(dòng)電話 13、互聯(lián)網(wǎng)

111、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器

112、家居設(shè)備 113、功能驅(qū)動(dòng)模塊

114、分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器

20、單片機(jī) 21、Zigbee無(wú)線收發(fā)電路

22、通信接口電路 23、GPRS模塊

24、人機(jī)交互模塊 25、晶振電路

26、電源

211、接收單元 212、低噪聲放大器

213、變頻單元 214、濾波放大單元

215、模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參閱圖1-2，本發(fā)明的基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器10和分布在每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備11，家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備11均與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器10通信連接，房間的數(shù)量至少為一個(gè)；

每個(gè)房間內(nèi)的家居網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器111、多個(gè)家居設(shè)備112、多個(gè)作為家居設(shè)備112的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能驅(qū)動(dòng)模塊113和多個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器114；每個(gè)家居設(shè)備與對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊交互連接，每個(gè)功能驅(qū)動(dòng)模塊與對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行交互連接，每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均與分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器進(jìn)行通信連接；

每個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器與主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器之間進(jìn)行通信連接后形成該系統(tǒng)的Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；

主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)后，各個(gè)房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器隨后加入該網(wǎng)絡(luò)，由此兩者共同組成了一個(gè)簇狀的Zigbee無(wú)線家居網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)需要對(duì)某一家居設(shè)備進(jìn)行控制或者監(jiān)測(cè)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器找到與該家居設(shè)備相連的分節(jié)點(diǎn)的ID信息，并將控制信息發(fā)往該分節(jié)點(diǎn)所在房間的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制路由器再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器接收到信息后，送入對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)模塊；最后由功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。本發(fā)明是將功能驅(qū)動(dòng)模塊和分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器分開(kāi)實(shí)現(xiàn)的方案，功能控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與各種家居設(shè)備的接口，并為家居設(shè)備的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)；主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)電話12和互聯(lián)網(wǎng)13通信連接，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電話對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；

每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均包括用于控制整個(gè)系統(tǒng)的單片機(jī)20、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳送和收發(fā)的Zigbee無(wú)線收發(fā)電路21、通信接口電路22、用于遠(yuǎn)程對(duì)家居設(shè)備監(jiān)控的GPRS模塊23、方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的人機(jī)交互模塊24和提供系統(tǒng)工作時(shí)鐘信號(hào)的晶振電路25；

Zigbee無(wú)線收發(fā)電路、通信接口電路、GPRS模塊、人機(jī)交互模塊和晶振電路均與單片機(jī)交互連接；通信接口電路主要用于與家居設(shè)備的連接，完成數(shù)據(jù)采集和對(duì)家具設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，同時(shí)還與PC機(jī)相連，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和監(jiān)測(cè)。每個(gè)分節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器和主節(jié)點(diǎn)智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器均還包括為系統(tǒng)提供電能的電源26。人機(jī)交互包括鍵盤(pán)和LED等，方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

在本實(shí)施例中，單片機(jī)20為40管腳PDIP封裝的PICl8LF4620微控制器，

單片機(jī)采用Microchip Technology的PICl8LF4620單片機(jī)，PICl8系列是高性能、CMOS、集成了模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器的全靜態(tài)MCU系列。PICl8MCU采用先進(jìn)的RISC架構(gòu)，支持FLASH和OTP器件。PIcl8具有增強(qiáng)型內(nèi)核，32級(jí)堆棧和多種內(nèi)部和外部中斷源。指令和數(shù)據(jù)總線相互分離的哈佛結(jié)構(gòu)允許16位指令和8位數(shù)據(jù)同時(shí)在分離的總線上傳輸。兩級(jí)指令流水線使得除了程序跳轉(zhuǎn)指令需要兩個(gè)周期外，其余所有指令在一個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行。指令共有77條(精簡(jiǎn)指令集)。此外，實(shí)現(xiàn)了革新架構(gòu)的大寄存器集，使MCU具有10MIPS的高性能。PICl8器件具備特殊功能模塊，減少了外部元件的使用，因此最大限度地降低了成本、提高了系統(tǒng)可靠性并降低了功耗。特殊功能包括可編程低壓檢測(cè)(UyD)和可編程欠壓檢測(cè)(BOD)。PICl8系列是基于其他PICmicro MCU而構(gòu)建的，用戶可以順利而輕松地移植到性能和功能集更高的器件上?？紤]到單片機(jī)與高頻芯片的通信，以及以后系統(tǒng)的性能擴(kuò)展和程序存儲(chǔ)等的要求，在設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇了40管腳PDIP封裝的PICl8LF4620微控制器，它是一款專(zhuān)為低功耗需求設(shè)計(jì)的。它的工作電壓只有3.3V，可直接與高頻芯片通信。同時(shí)具有3986B的RAM，64KB的FALSH。主要由以下部分組成：

1）20個(gè)中斷源，1個(gè)中斷優(yōu)先使能，可以為中斷源分配高或低優(yōu)先級(jí)；

2)36個(gè)I／0端口(端口A，B，C，D，E)；

3)4個(gè)定時(shí)器(定時(shí)器0可選擇為8位或16位，定時(shí)器1，3為16位，定時(shí)器2為8位)；

4)1個(gè)CCP(Capture／Compare／PWM)模塊和1個(gè)ECCP(Enhanced Capture／Compare／PWM)模塊；

5）MSSP(Master Synchronous Serial Port)模式的串行口通信以及EUSART(Enhanced Universal Synchronous Receiver Transmitter)串行口通信模式；

6）并行口通信接口；

7）包括看門(mén)狗和上電等多種復(fù)位功能；

8)10位A／D(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)

PICl8LF4620具有36個(gè)I/O端口(端口A，B，C，D，E)，可用作通用I/O。該單片機(jī)上設(shè)置有MSSP模塊，MSSP模塊為Master Synchronous Serial Port主控同步串口；MSSP模塊是用于同其他外設(shè)或單片機(jī)器件進(jìn)行通訊的串行接口。通信接口電路通過(guò)MSSP模塊與串行EEPROM、移位寄存器、顯示驅(qū)動(dòng)器和AD轉(zhuǎn)換器等外部設(shè)備進(jìn)行通信連接；MSSP模塊有兩種工作模式，分別為SPI工作模式和I2C接口硬件上支持的主控模式、多主機(jī)模式和從動(dòng)模式；MSSP模塊工作在SPI工作模式下時(shí)，MSSP模塊與Zigbee無(wú)線收發(fā)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接。

在本實(shí)施例中，單片機(jī)還包括EUSART模塊，該EUSART模塊可配置為與CRT終端和個(gè)人計(jì)算機(jī)通訊等外部設(shè)備的全雙工異步系統(tǒng)；EUSART模塊也可以配置成能夠與A／D或D／A集成電路、串行EPROM等外部設(shè)備通訊的半雙工同步系統(tǒng)；USART模塊還包括自動(dòng)波特率檢測(cè)和校準(zhǔn)單元和用于接收到同步間隔字符時(shí)的自動(dòng)喚醒和12位間隔字符發(fā)送的間隔字符收發(fā)單元；且該EUSART模塊與GPRS模塊通信連接。增強(qiáng)型USART模塊還實(shí)現(xiàn)了其他功能，包括自動(dòng)波特率檢測(cè)和校準(zhǔn)、接收到同步間隔字符時(shí)的自動(dòng)喚醒和12位間隔字符發(fā)送。EUSART為Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Rccciver Transmitter增強(qiáng)型通用同步／異步收發(fā)器。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖3，晶振電路包括第一電容C1、第二電容C2和晶振芯片Y1，晶振芯片的一端通過(guò)第一電容接地，晶振芯片的另一端通過(guò)第二電容接地，第一電容與晶振芯片的公共端及第二電容與晶振芯片的公共端均連接至單片機(jī)，且輸出晶振信號(hào)OSC。PICl8F4620有10種不同的晶振工作模式，通過(guò)對(duì)寄存器FOSC3：FOSCO的配置，可以選擇其中的一種，本系統(tǒng)采用外部晶振振蕩模式，如圖3所示。

在本實(shí)施例中，Zigbee無(wú)線收發(fā)電路為CC2420射頻芯片，CC2420射頻芯片的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。CC2420射頻芯片挪威半導(dǎo)體公司Chipcon推出的CC2420射頻芯片，是一款符合IEEE802.15.4規(guī)范的2.4GI-Iz射頻芯片，已經(jīng)被用來(lái)開(kāi)發(fā)工業(yè)無(wú)線傳感及家庭組網(wǎng)等PAN網(wǎng)絡(luò)的Zigbee設(shè)備和產(chǎn)品。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于Zigbee產(chǎn)品的RF器件。它基于Chipcon公司的SmartRF03技術(shù)，以0.18um CMOS工藝制成，只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過(guò)了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖4，CC2420射頻芯片內(nèi)設(shè)有依次連接的接收單元211、低噪聲放大器212、變頻單元213、濾波放大單元214和模數(shù)轉(zhuǎn)換器215，該CC2420射頻芯片內(nèi)還設(shè)有FIFO緩存區(qū)；接收單元從天線接收到射頻信號(hào)，射頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)低噪聲放大器放大，然后在正交下變頻到2MHz的中頻上，形成中頻信號(hào)的同時(shí)形成兩路同向分量和正交分量；該兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大后，直接通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；后繼的處理，如自動(dòng)增益控制、最終信道選擇、解擴(kuò)以及字節(jié)同步等，都足以數(shù)字信號(hào)的形式處理。CC2420射頻芯片的SFD引腳為低電平時(shí)，表示接收到了物理幀的SFD字節(jié)；接收到的數(shù)據(jù)存放在128字節(jié)的FIFO緩存區(qū)中；FIFO緩存區(qū)保存MAC幀的長(zhǎng)度、MAC幀頭和MAC幀負(fù)載數(shù)據(jù)三個(gè)部分；CC2420射頻芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)序列、幀開(kāi)始分隔符以及幀檢驗(yàn)序列產(chǎn)生：接收數(shù)據(jù)時(shí)，MAC幀的長(zhǎng)度、MAC幀頭和MAC幀負(fù)載數(shù)據(jù)三個(gè)部分只用于幀同步和CRC校驗(yàn)；CC2420射頻芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用直接正交上變頻，基帶信號(hào)的同相分量和正交分量直接被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)低通濾波器后，直接變頻到設(shè)定的信道上。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖5，CC2420射頻芯片上設(shè)有FIFO引腳、CCA引腳、FIFOP引腳、SFD引腳、CSn引腳、VERG-EN引腳、RESET引腳、SCK引腳、SO引腳和SI引腳，F(xiàn)IFO引腳、CCA引腳、FIFOP引腳和SFD引腳四個(gè)表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，且接入單片機(jī)的輸入引腳；單片機(jī)的輸出引腳接入CSn引腳、VERG-EN引腳、RESET引腳和SCK引腳，SO引腳還接入單片機(jī)的輸入引腳，單片機(jī)的輸出引腳還接入SI引腳；CC2420射頻芯片收到物理幀的SFD字段后，會(huì)在SFD引腳輸出高電平，直到接收完該幀，如果啟動(dòng)了地址辨識(shí)，在地址辯識(shí)失敗后，SFD引腳立即轉(zhuǎn)為輸出低電平；FIFO引腳和FIFOP引腳標(biāo)示FIFO的緩存區(qū)的狀態(tài)，如果FIFO緩存區(qū)有數(shù)據(jù)，F(xiàn)IFO引腳輸出高電平；如果接收FIFO緩存區(qū)為空，F(xiàn)IFO引腳輸出低電平；FIFOP引腳在接收FIFO緩存區(qū)的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的臨界值時(shí)或者在CC2420射頻芯片接收到一個(gè)完整的幀以后輸出高電平，臨界值可以通過(guò)CC2420射頻芯片的寄存器設(shè)置；CCA引腳在信道有信號(hào)時(shí)輸出高電平，且只在接收狀態(tài)下有效；在CC2420射頻芯片進(jìn)入接受狀態(tài)至少8個(gè)符號(hào)周期后，才一會(huì)在CCA引腳上輸出有效的信道狀態(tài)信息。CC2420射頻芯片內(nèi)部使用1.8V工作電壓，因而功耗很低，適合于電池供電的設(shè)備：外部數(shù)字接口使用3.3 v電壓，這樣可以保持和3.3v邏輯器件的兼容性。它在片上集成了一個(gè)直流穩(wěn)壓器，能夠把3.3v電壓轉(zhuǎn)換成L8V電壓。這樣對(duì)于只有3.3 V電源的設(shè)備，不需要額外的電壓轉(zhuǎn)換電路就能正常工作。CC2A20射頻芯片的射頻信號(hào)的收發(fā)采用差分方式傳送，其最佳差分負(fù)載是115+j180歐姆，阻抗匹配電路應(yīng)該根據(jù)這個(gè)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。如果使用單端天線則需要使用平衡／非平衡轉(zhuǎn)換電路，以達(dá)到最佳收發(fā)效果。CC2420射頻芯片需要由16MHz的參考時(shí)鐘用于250kbps數(shù)據(jù)的收發(fā)。這個(gè)參考時(shí)鐘可以來(lái)自外部時(shí)鐘源，也可以使用內(nèi)部晶振體振蕩器產(chǎn)生。如果使用外部時(shí)鐘，直接從XOSCl6 Ql引腳引入，XOSCl6 02引腳保持懸空：如果使用內(nèi)部晶體振蕩器，晶體接在XOSCl6 Q1和XOSCl6 02引腳之間。CC2420要求時(shí)鐘源的精確度應(yīng)該在士40x10以?xún)?nèi)。SPI接口由CSn，SI，S0和SCLK四個(gè)引腳組成。處理器通過(guò)SPI接口訪問(wèn)CC2420內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器。在訪問(wèn)過(guò)程中，CC2420是SPI接口的從設(shè)備，接收來(lái)自處理器的時(shí)鐘信號(hào)和片選信號(hào)，并在處理器的控制下執(zhí)行輸入輸出操作。SPI接口接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都與時(shí)鐘下降沿對(duì)齊。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖6，GPRS模塊采用MC55模塊，MC55模塊上設(shè)有ASC0通信串口，MC55模塊通過(guò)ASC0通信串口與單片機(jī)交互連接。MC55模塊采用3.3v～4.8V電源供電，必須具有2A的電流峰峰值，它具有兩個(gè)符合Ⅱu.TV.24協(xié)議的通用異步通信串口ASC0和ASCl，它們都是站在DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備泣場(chǎng)上來(lái)定義的，本所以與FPGA的UART接口不必跳線，連接圖如6所示。

GPRS模塊是通過(guò)AT命令進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，GPRS軟件總設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示，GPRS模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法為：

步驟1，通信串口進(jìn)行初始化；

步驟2，GPRS模塊進(jìn)行初始化；

步驟3，檢測(cè)初始化是否成功，若不成功，則回轉(zhuǎn)至步驟1，若成功，則進(jìn)行步驟4；

步驟4，進(jìn)行查詢(xún)短消息和定時(shí)發(fā)送狀態(tài)消息；查詢(xún)到短消息后進(jìn)行步驟51；發(fā)送狀態(tài)信息后進(jìn)行步驟52；

步驟51，檢測(cè)是否收到新消息，若收到新消息，則將信息解析還有得到控制碼并進(jìn)行相應(yīng)的處理；若沒(méi)收到，則跳轉(zhuǎn)至步驟4中繼續(xù)進(jìn)行查詢(xún)短消息；

步驟52，檢測(cè)是否發(fā)送成功，若發(fā)送成功，則返回結(jié)束；若沒(méi)發(fā)送成功后，則跳轉(zhuǎn)至步驟4中繼續(xù)進(jìn)行定時(shí)發(fā)送狀態(tài)消息。

AT是attention的字頭，中文意思為“注意”，llP弓l起接收機(jī)的注意，下面是命令，所以用作命令前綴同。移動(dòng)臺(tái)軟件中，上層應(yīng)用通過(guò)發(fā)出AT命令來(lái)調(diào)用GSM／GPRS相關(guān)服務(wù)。AT命令解釋器(ACI—AT Command Interpreter，又稱(chēng)為應(yīng)用控制接口Application Control Interface)起著承上啟下的作用：向上負(fù)責(zé)處理服務(wù)的請(qǐng)求(AT命令1，向下將解析后的指令以原語(yǔ)的方式交給協(xié)議棧，同時(shí)包含有出錯(cuò)處理。從軟件封裝的角度看，AT命令解釋器實(shí)際上是為上層應(yīng)用提供了調(diào)用下層協(xié)議棧提供的功能接口。如同一個(gè)API(Application Programming Interface，應(yīng)用編程接口)。AT命令提供了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Terminal Equipment，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TE)控制GSM／GPRS移動(dòng)通信模塊(Mobile Terminal，以下簡(jiǎn)稱(chēng)MD的文本接口，通過(guò)AT命令TE可以在一定程度上控制MT，并得到成功或失敗的反饋。AT命令較為復(fù)雜，本系統(tǒng)只用到其中涉及到短消息的部分。

以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。