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1、物联网技术应用物联网技术应用开发开发 1.1物联网技术基础物联网技术基础物联网技术基础物联网技术基础 1.2智能家居概述智能家居概述智能家居概述智能家居概述第第1章章物联网与智能家居物联网与智能家居1.1 物联网技术基础物联网技术基础 1、物联网技术简介1.物联网技术概念物联网技术概念物联网的英文名称叫物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”。顾名思义，物联网就是。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网物物相连的互联网”。通过传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物。通过传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，这其中有包含两层意思：第一，物联网的核心
2、、物与物全面互联的网络，这其中有包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通
3、信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。管理的一种网络。2.物联网技术体系物联网技术体系从技术架构上来看，物联网可分为三层：从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层、网络层和应用层。1.1.2 物联网的应用前景1.物联网在工业领域中的应用物联网在工业领域中的应用工业是物联网应用的重要领域，对于具有环工业是物联网应用的重要领域，对于具有环境感知能力的各类终端借助无线通信等技境感知能力的各类终端借助无线通信等技术可大幅提高制造效率，改善产品质量，术可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低
4、产品成本和资源消耗，将传统工业提降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。从当前技术发展升到智能工业的新阶段。从当前技术发展和应用前景来看，物联网在工业领域的应和应用前景来看，物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面。用主要集中在以下几个方面。2.物联网在农业领域的应用物联网在农业领域的应用物联网在农业领域的应用是通过各种传感器实时物联网在农业领域的应用是通过各种传感器实时采集温湿度数据以及光照、土壤温度、采集温湿度数据以及光照、土壤温度、CO 浓浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，根据用度、叶面湿度、露点温度等环境参数，根据用户需求对环境进行自动控制和智能化远程管理。户需
5、求对环境进行自动控制和智能化远程管理。例如智能农业中的智能粮库系统，它通过将粮例如智能农业中的智能粮库系统，它通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或智能手机的库内温湿度变化的感知与计算机或智能手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮库内的温湿度平衡。库内的温湿度平衡。3.物联网在智能电网领域的应用物联网在智能电网领域的应用电力工业是现代经济发展和社会进步的基础和重电力工业是现代经济发展和社会进步的基础和重要保障，将物联网技术应用于智能电网、是信要保障，将物联网技术应用于智能电网、是信息技术发展到一定阶段的必然结果，对于电力息技术发展到一定阶段的必然
6、结果，对于电力工业应用物联网技术形成一种新型的智能电网。工业应用物联网技术形成一种新型的智能电网。它将通信基础设施资源和电力系统基础设施资它将通信基础设施资源和电力系统基础设施资源进行整合，为电网发电、输电、变电、配电源进行整合，为电网发电、输电、变电、配电以及用电等环节提供了重要的技术支撑。有效以及用电等环节提供了重要的技术支撑。有效提升了电网信息化、自动化、互动化水平，提提升了电网信息化、自动化、互动化水平，提高电网运行能力和服务质量。智能电网和物联高电网运行能力和服务质量。智能电网和物联网的发展，不仅能促进电力工业的结构转型和网的发展，不仅能促进电力工业的结构转型和产业升级，更能够创造一
7、大批原创的具有国际产业升级，更能够创造一大批原创的具有国际领先水平的科研成果，打造千亿元的产业规模领先水平的科研成果，打造千亿元的产业规模。4.物联网在医疗领域的应用物联网在医疗领域的应用智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过宽带网络或生成的生理指标数据通过宽带网络或3G无线网无线网络传送到护理人或有关医疗单位。可以准确掌络传送到护理人或有关医疗单位。可以准确掌握病人病情、提高诊断的准确性，方便医生对握病人病情、提高诊断的准确性，方便医生对病人
8、的情况进行有效跟踪，提升医疗服务质量。病人的情况进行有效跟踪，提升医疗服务质量。同时通过传感器终端延伸，可以有效提高医院同时通过传感器终端延伸，可以有效提高医院包括药品和医疗器械在内的医疗资源管理和共包括药品和医疗器械在内的医疗资源管理和共享，从而达到医院医疗资源的有效整合，提升享，从而达到医院医疗资源的有效整合，提升了医院服务效能。了医院服务效能。5.物联网在城市公共安全领域的应用物联网在城市公共安全领域的应用智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。前者利用全的统一监控。前者利用数字城市数字城市理论，基理论，基于地理信息系统于地理信息
9、系统GIS、全球定位系统、全球定位系统GPS、遥、遥感系统感系统RS)等关键技术，深入开发和应用空间等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。后者基于宽带互联网的实时设施和信息系统。后者基于宽带互联网的实时远程监控、传输、存储、管理的业务，利用宽远程监控、传输、存储、管理的业务，利用宽带和带和3G网络，将分散、独立的图像采集点进网络，将分散、独立的图
10、像采集点进行联网，实现对城市安全的统一监控、统一存行联网，实现对城市安全的统一监控、统一存储和统一管理，这为城市管理和建设者提供一储和统一管理，这为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。6、物联网在智能家居领域的应用、物联网在智能家居领域的应用智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。它将各居系统的过程就称为智能家居集成。它将各种家庭设备种家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘如音视频设
11、备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等网络家电等)通过程序设置，利用宽带、固话通过程序设置，利用宽带、固话和和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。与普通家居相比，智能家居不仅提供操控。与普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，而且能舒适宜人且高品位的家庭生活空间，而且能够实现更智能化的家庭控制管理。够实现更智能化的家庭控制管理。1.2 智能家居概述智能家居概念的起源于智能家居概念的起源于20世纪世纪80年代初，随着年代初，随着电子技术应用在家用电器当中，使得住宅
12、电电子技术应用在家用电器当中，使得住宅电子化开始实施，子化开始实施，80年代中期，将家用电器、年代中期，将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能综通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体，又形成了住宅自动化概念，至合为一体，又形成了住宅自动化概念，至80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国被称为美国被称为SmartHome，也就是现在智能，也就是现在智能家居的原型。家居的原型。1.2.2
13、 智能家居发展的特点和方向1.智能家居发展历程智能家居发展历程智能家居发展大致经历了四代：第一代主要是智能家居发展大致经历了四代：第一代主要是基于同轴线、两芯线进行家庭组同，实现灯基于同轴线、两芯线进行家庭组同，实现灯光、窗帘控制和少量安防设备控制等功能。光、窗帘控制和少量安防设备控制等功能。第二代主要基于第二代主要基于RS-485线，部分基于线，部分基于IP技术技术进行组网，实现可视对讲、安防等功能。第进行组网，实现可视对讲、安防等功能。第三代实现了家庭智能控制的集中化，主要实三代实现了家庭智能控制的集中化，主要实现包括安防、控制计量等业务功能。第四代现包括安防、控制计量等业务功能。第四代基
14、于全基于全IP技术，利用技术，利用ZigBee无线通信等技术，无线通信等技术，智能家居业务可根据用户需求实现定制化和智能家居业务可根据用户需求实现定制化和个性化。个性化。2.智能家居技术种类智能家居技术种类目前市场上比较可靠的智能家居技术，主要有四类：集中布线目前市场上比较可靠的智能家居技术，主要有四类：集中布线技术、无线射频技术、电力载波技术、技术、无线射频技术、电力载波技术、ZigBee无线组网技术。无线组网技术。（1）集中布线技术）集中布线技术它主要应用于楼宇智能化控制，因为需要布线，所以信号相对它主要应用于楼宇智能化控制，因为需要布线，所以信号相对稳定，比较适合楼宇和小区智能化等大区域
15、范围的控制、但稳定，比较适合楼宇和小区智能化等大区域范围的控制、但设备安装比较复杂、造价较高。设备安装比较复杂、造价较高。（2）无线射频技术）无线射频技术它利用点对点的射频技术，实现对家居和灯光照明的控制，安它利用点对点的射频技术，实现对家居和灯光照明的控制，安装设置相对比较方便，但系统功能相对较弱，控制方式也比装设置相对比较方便，但系统功能相对较弱，控制方式也比较单一，且易受周围无线设备环境及障碍物的干扰，其主要较单一，且易受周围无线设备环境及障碍物的干扰，其主要应用于实现特定电器或灯光控制领域，应用于实现特定电器或灯光控制领域，（3）电力载波技术）电力载波技术它无需重新布线，主要利用家庭内
16、部现有的电力线传输控制信它无需重新布线，主要利用家庭内部现有的电力线传输控制信号，从而实现对家电和灯光的控制与管理，而且可以不断升号，从而实现对家电和灯光的控制与管理，而且可以不断升级。功能实用，比较适合大众化消费。级。功能实用，比较适合大众化消费。（4）ZigBee无线组网通信技术无线组网通信技术ZigBee从布线上属于无线技术，具有布线简单、易从布线上属于无线技术，具有布线简单、易扩展和易维护的特点。这使得扩展和易维护的特点。这使得ZigBee可以按照功可以按照功能要求，构建含有任意多个节点的无线网络，通能要求，构建含有任意多个节点的无线网络，通信传输可以在任意节点之间进行，可以有效节约信
17、传输可以在任意节点之间进行，可以有效节约人力、物力成本。人力、物力成本。1.3 智能家居的功能、结构和特点1.3.1 智能家居的功能智能家居系统主要包括家庭布线、家庭网络、智智能家居系统主要包括家庭布线、家庭网络、智能家居中央控制管理（家庭网关）、家庭照明、能家居中央控制管理（家庭网关）、家庭照明、家庭安防、背景音乐、家庭影音与多媒体、家家庭安防、背景音乐、家庭影音与多媒体、家庭环境控制等八大系统，如图庭环境控制等八大系统，如图1-3所示。智能家所示。智能家居系统设计的主要任务就是将各功能子系统进居系统设计的主要任务就是将各功能子系统进行整合集成，提供智能化信息服务。行整合集成，提供智能化信息
18、服务。图 智能家居系统功能组成1.3.2 智能家居的网络结构物联网技术应用物联网技术应用开发开发2.1ZigBee2.1ZigBee硬件开发平台硬件开发平台硬件开发平台硬件开发平台2.2ZigBee2.2ZigBee物联网软件开发平台的搭建物联网软件开发平台的搭建物联网软件开发平台的搭建物联网软件开发平台的搭建第二章第二章ZigBee软硬件开发平台软硬件开发平台2.1 ZigBee硬件开发平台硬件开发平台 1、Zigbee无线通信中央控制平台无线通信中央控制平台2、Zigbee无线终端采集控制平台无线终端采集控制平台2.2 ZigBee物联网软件开发平台的搭建2.2.1 IAR集成开发环境简介
19、IAREmbeddedWorkbench的的C语言交叉编译器是一款完语言交叉编译器是一款完整、稳定且容易使用的专业嵌入式应用开发工具。整、稳定且容易使用的专业嵌入式应用开发工具。IAR开发的最大优势就是能够直接使用开发的最大优势就是能够直接使用TI公司提供的公司提供的Z-Stack协议栈进行二次开发，开发人员只需要调用相协议栈进行二次开发，开发人员只需要调用相关的关的API接口函数即可。接口函数即可。2.2.2 IAR操作指南在在IAR集成开发环境中，对应工程的编辑操作主集成开发环境中，对应工程的编辑操作主要涉及以下几个方面的内容：要涉及以下几个方面的内容：1、怎样创建一个工作区；、怎样创建一
20、个工作区；2、如何建立保存一个工程；、如何建立保存一个工程；3、如何向工程中添加源文件；、如何向工程中添加源文件；4、如何编译源文件；、如何编译源文件；.Led.c文件功能代码实现文件功能代码实现向向Led.c文件中添加如下代码：文件中添加如下代码：#include/该头文件包含了该头文件包含了CC2530寄存器的宏定义寄存器的宏定义#defineLED1P1_0/定义定义P10口为口为LED1控制端控制端#defineuintunsignedint/无符号整型无符号整型0-65535voidInit_IO(void)P1SEL&=0 x01;/作为普通作为普通IO口口P1DIR|=0 x01
21、;voiddelay(uintxms)uinti,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=1000;j0;j-);程序示例代码程序示例代码：voidmain(void)Init_IO();while(1)delay(1000);LED1=LED1;程序说明：在程序说明：在Init_IO()函数中，用到了函数中，用到了IO口功能选择寄存器口功能选择寄存器P1SEL和方和方向寄存器向寄存器P1DIR，这两个寄存器的详细使用方法需要用户参考，这两个寄存器的详细使用方法需要用户参考CC2530单片机的数据手册。单片机的数据手册。上述程序实现的效果是使上述程序实现的效果是使P1.0口连接的口连接
22、的LED灯每隔一段时间亮灭一次灯每隔一段时间亮灭一次。2.2.3 驱动程序的安装ZigBee开发板在程序的下载、仿真和调试时，需要开发板在程序的下载、仿真和调试时，需要安装一些必要的驱动程序，如仿真器的驱动程序、安装一些必要的驱动程序，如仿真器的驱动程序、USB转串口的驱动程序等。转串口的驱动程序等。ZigBeeCCDEGGUBER仿真器如图仿真器如图2-40所示，它是所示，它是用于用于TI低功耗射频片上系统的小型编程器和调试低功耗射频片上系统的小型编程器和调试器，可以与前面安装的器，可以与前面安装的MCS-8051的的IAR开发平开发平台一起使用，以实现在线调试。台一起使用，以实现在线调试。
23、2.2.4 TI Zstack协议栈的安装、编译和下载协议是一系列的通信标准，通信双方需要共同按协议是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据收发，而协议栈是照这一标准进行正常的数据收发，而协议栈是协议的具体实现形式，虽然协议是统一的，但协议的具体实现形式，虽然协议是统一的，但协议的具体实现形式是有区别的（如在协议的具体实现形式是有区别的（如在PC机机上广泛使用的上广泛使用的TCP/IP网络协议，对于在网络协议，对于在windows和和linux平台下的实现方法是不一样的）平台下的实现方法是不一样的）。简单的理解就是协议栈是协议和用户之间的。简单的理解就是协议栈是协议和用户
24、之间的一个接口，开发人员通过使用协议栈中相关的一个接口，开发人员通过使用协议栈中相关的函数库来使用这个协议，进而实现无线数据的函数库来使用这个协议，进而实现无线数据的收发和传输。收发和传输。2.2.5 Qt Creator 跨平台开发环境的安装1.Qt与与QtCreator简介简介Qt是一个跨平台应用程序和是一个跨平台应用程序和UI开发框架。使用开发框架。使用Qt您只需一次性开发应用程序，无须重新编写您只需一次性开发应用程序，无须重新编写源代码，便可跨不同桌面和嵌入式操作系统部源代码，便可跨不同桌面和嵌入式操作系统部署这些应用程序。署这些应用程序。QtCreator是全新的跨平台是全新的跨平台
25、QtIDE，可单独使用，也可与，可单独使用，也可与Qt库和开发工库和开发工具组成具组成一套完整的一套完整的SDK.其中包括：高级其中包括：高级C+代码编辑器，项目和生成管理工具，集成的上代码编辑器，项目和生成管理工具，集成的上下文相关的帮助系统，图形化调试器，代码管下文相关的帮助系统，图形化调试器，代码管理和浏览工具。理和浏览工具。4QtCreator的下载的下载（1）下载）下载Qt使用使用4.7.4版本软件版本软件地址：地址：http:/ ZigBee概念与特点概念与特点ZigBee是基于是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网标准的低功耗个域网协协议议。根据这个。根据这个协议协议规
26、定的技术是一种短距离、低规定的技术是一种短距离、低功耗的功耗的无线通信无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和是靠飞翔和“嗡嗡嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的地抖动翅膀的“舞蹈舞蹈”来与同伴传递花粉所在方来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入进各合用于自动控
27、制和远程控制领域，可以嵌入进各种设备终端。简而言之，种设备终端。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网低功耗的近距离无线组网通信技术通信技术。所以，。所以，ZigBee主要应用在短距离范围内且数据传输速率主要应用在短距离范围内且数据传输速率不高的各种电子设备之间不高的各种电子设备之间3.3 ZigBee无线传感网络无线传感网络 无线传感网络（无线传感网络（wirelesssensornetwork)是由部署在是由部署在监测区域内的大量传感器以自组织和多跳的方式构监测区域内的大量传感器以自组织和多跳的方式构成的，以协作方式感知、采集、传输和处理网络覆成的，以
28、协作方式感知、采集、传输和处理网络覆盖区域内监测对象信息的无线网络。传感器、感知盖区域内监测对象信息的无线网络。传感器、感知对象、和观察者构成了无线传感网络的的对象、和观察者构成了无线传感网络的的3个要素个要素。传感器节点是一种非常小型的计算机，一般由以传感器节点是一种非常小型的计算机，一般由以下几部分组成：下几部分组成：（1）处理器和内存（一般能力都比较有限）。）处理器和内存（一般能力都比较有限）。（2）各类传感器（温度、湿度、声音、加速度、）各类传感器（温度、湿度、声音、加速度、全球定位等）。全球定位等）。（3）通讯设备（一般是无线电收发器或光学通）通讯设备（一般是无线电收发器或光学通信设
29、备）。信设备）。（4）电池（一般是干电池，也可以使用太阳能）电池（一般是干电池，也可以使用太阳能电池）。电池）。（5）其他设备，包括各种特定用途的芯片和串）其他设备，包括各种特定用途的芯片和串行、并行接口等（行、并行接口等（USB，RS232）。）。3.4 几种短距离无线通信技术几种短距离无线通信技术目前主流的短距离无线通信技术包括蓝牙目前主流的短距离无线通信技术包括蓝牙（Bluetooth）、）、Wi-Fi、ZigBee、NFC、UWB等，它们之间的简单比较如表等，它们之间的简单比较如表3-1所列。所列。1.蓝牙技术蓝牙技术是近几年广受业界关注的近距离无线连接技术。它是一种无线数据与语音通信
30、的开放全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端提供廉价的接入服务。蓝牙是一种无线数据与语音通信的开放全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电缆或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1-3Mbps的传输速率和10m的传输距离。2.Wifi技术技术Wi-Fi（WirelessFidelity）是一种可以将个人）是一种可以将个人电脑电脑、手、手持设备（如持设备（如PDA、手机手机）等终端以无线方式互相
31、连接）等终端以无线方式互相连接的技术的技术，事实上它是一个高频，事实上它是一个高频无线电无线电信号。无线保信号。无线保真是一个无线网络真是一个无线网络通信通信技术的品牌，由技术的品牌，由Wi-Fi联盟联盟所所持有。目的是改善基于持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络标准的无线网络产品之间的互通性。产品之间的互通性。Wifi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。
32、Wifi是以太网的一种无线扩展，理论上要求用户位于一个是以太网的一种无线扩展，理论上要求用户位于一个接入点四周的一定区域内，但实际上，如果有许多用接入点四周的一定区域内，但实际上，如果有许多用户同时通过一个接入点接入，带宽被多个用户分享。户同时通过一个接入点接入，带宽被多个用户分享。Wifi的连接速度一般只有几百的连接速度一般只有几百Kb/s，信号不受墙壁阻，信号不受墙壁阻隔，在建筑物内的有效传输距离小于户外隔，在建筑物内的有效传输距离小于户外3.ZigBee技术技术前已介绍，前已介绍，ZigBee是一组基于是一组基于IEEE802.15.4无无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软线标准研制
33、开发的有关组网、安全和应用软件方面的协议，其主要用于距离短、功耗低件方面的协议，其主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。低速率、低成本的双向无线通信技术。ZigBee技术的目标是建立一个无所不在的传技术的目标是建立一个无所不在的传感器网络，使之适用于自动控制和远程控制感器网络，使之适用
34、于自动控制和远程控制领域，并且可以嵌入到各种设备中，同时支领域，并且可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位等功能。持地理定位等功能。ZigBee技术的典型应用技术的典型应用3.5 ZigBee技术应用领域技术应用领域1、智能家居领域、智能家居领域家庭自动化系统作为电子技术的集成被得到迅速发家庭自动化系统作为电子技术的集成被得到迅速发展。展。ZigBee模块可安装在电视、电模块可安装在电视、电灯、遥控器、门禁系统、空调系统和其他家电产品灯、遥控器、门禁系统、空调系统和其他家电产品上。同样，也可以通过上。同样，也可以通过ZigBee传感器节点收集家传感器节点收集家庭中的各种信息，通过网关发送到本地
35、或者远程庭中的各种信息，通过网关发送到本地或者远程的终端设备上，或者通过终端设备实现远程控制的终端设备上，或者通过终端设备实现远程控制的目的，从而实现家居生活的自动化、网络化和的目的，从而实现家居生活的自动化、网络化和智能化。智能化。2.工业领域工业领域利用利用ZigBee无线传感网络，使得数据的自动采集、无线传感网络，使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易，利于工厂整体信息分析和处理变得更加容易，利于工厂整体信息的掌握，例如危险化学品成分的检测、火警的的掌握，例如危险化学品成分的检测、火警的感测和通知、高速旋转机器的检测和维护、产感测和通知、高速旋转机器的检测和维护、产品位置定位等。品位
36、置定位等。3.智能交通领域智能交通领域如果在街道、高速公路及其他地方分布式的安装大如果在街道、高速公路及其他地方分布式的安装大量的量的ZigBee终端定位设备，通过安终端定位设备，通过安装在汽车里的设备获取当前所处的位置，你就不会装在汽车里的设备获取当前所处的位置，你就不会再担心会迷路，这种新的分布式系统能够向你提再担心会迷路，这种新的分布式系统能够向你提供比供比GPS更精确、更具体的信息，且可以覆盖到更精确、更具体的信息，且可以覆盖到室内。室内。4.智慧农业领域智慧农业领域在农业领域，由于传统农业主要使用孤立的、没有通在农业领域，由于传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械设备，主要依靠人
37、力监测农作物的生信能力的机械设备，主要依靠人力监测农作物的生长情况。采用传感器和长情况。采用传感器和ZigBee网络后，农业领域将网络后，农业领域将可以逐渐的向以信息和软件为中心的生产模式，使可以逐渐的向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的设用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的设备来耕种。备来耕种。5.医疗领域医疗领域在医疗监控等领域，借助于各种传感器和在医疗监控等领域，借助于各种传感器和ZigBee网网络，医生可以准确、实时的监测络，医生可以准确、实时的监测病人的血压、体温和心跳速度等信息，从而减少其病人的血压、体温和心跳速度等信息，从而减少其查房
38、的工作负担，有助于医生做出快速的反应。特查房的工作负担，有助于医生做出快速的反应。特别是对重病和病危患者的监护治疗。别是对重病和病危患者的监护治疗。3.6 TI Z-Stack 软件架构软件架构Z-Stack实际上是帮助程序员方便开发实际上是帮助程序员方便开发ZigBee的的一套系统，它采用轮转查询式操作系统，它一套系统，它采用轮转查询式操作系统，它的核心思想就是的核心思想就是“轮转轮转”和和“查询查询”，包括，包括两个主要流程：系统初始化和执行操作系统，两个主要流程：系统初始化和执行操作系统，如图如图3-11所示。系统初始化完成后，就进入所示。系统初始化完成后，就进入执行操作系统，并且在其中
39、是一个死循环。执行操作系统，并且在其中是一个死循环。执行操作系统中主函数即为轮询式操作系统执行操作系统中主函数即为轮询式操作系统的主体部分，也是需要重点开发、调用和掌的主体部分，也是需要重点开发、调用和掌握的部分。握的部分。系统启动代码需要完成初始化硬件平台和软件架构所系统启动代码需要完成初始化硬件平台和软件架构所需要的各个模块，为操作系统的运行做好准备工作。需要的各个模块，为操作系统的运行做好准备工作。具体初始化流程和对应的初始化函数如图具体初始化流程和对应的初始化函数如图所示，主所示，主要分为初始化系统时钟，检测芯片工作电压、初始要分为初始化系统时钟，检测芯片工作电压、初始化堆栈、初始化各
40、个硬件模块、初始化化堆栈、初始化各个硬件模块、初始化FLASH存储、存储、形成芯片形成芯片MAC地址、初始化非易失量、初始化地址、初始化非易失量、初始化MAC层协议、初始化应用帧层协议、初始化操作系层协议、初始化应用帧层协议、初始化操作系统等十余部分。统等十余部分。图图协议栈初始化流程图协议栈初始化流程图任务一：mac层有无事件要处理？开始各种初始化函数初始化任务调用macEventLoop函数处理本任务中当前优先级最高的事件否是是运行操作系统任务二：网络层有无事件要处理？任务三：硬件抽象层有无事件要处理？任务四：应用支持层有无事件要处理？任务五：设备应用层有无事件要处理？任务六：用户应用层有
41、无事件要处理？调用nwk_event_loop,函数处理本任务中当前优先级最高的事件调用Hal_ProcessEvent函数处理本任务中当前优先级最高的事件调用APS_event_loop函数处理本任务中当前优先级最高的事件调用ZDApp_event_loop函数处理本任务中当前优先级最高的事件调用SampleApp_ProcessEvent函数处理本任务中当前优先级最高的事件是是是是否否否否图图Z-Stack协议栈具体的工作流程协议栈具体的工作流程Zstack项目文件组织架构3.7 TI Z-Stack开发基础开发基础ZigBee网络中提供网络中提供3种网络设备类型，分别是种网络设备类型，分
42、别是协调器、路由器以及终端节点。一个协调器、路由器以及终端节点。一个ZigBee网络在网络建立初期，必须有一个也只网络在网络建立初期，必须有一个也只能有一个协调器，因为协调器是整个网络的能有一个协调器，因为协调器是整个网络的开始，要完成通信就必须在网络中再添加一开始，要完成通信就必须在网络中再添加一个路由器或者终端节点。个路由器或者终端节点。图图ZigBee协议体系架构图协议体系架构图物联网技术应用物联网技术应用开发开发4.1ZigBee4.1ZigBee协议栈应用层关键函数解析协议栈应用层关键函数解析协议栈应用层关键函数解析协议栈应用层关键函数解析4.2ZigBee协议栈串口通信功能的实现协
43、议栈串口通信功能的实现第四章第四章ZigBee无线数据通信的无线数据通信的设计与实现设计与实现4.3ZigBee4.3ZigBee无线数据通信的实现无线数据通信的实现无线数据通信的实现无线数据通信的实现4.1 ZigBee协议栈应用层协议栈应用层关键函数解析关键函数解析用户实现一个简单的无线数据通信时就是以下用户实现一个简单的无线数据通信时就是以下3个步骤：个步骤：1.具体步骤如下：具体步骤如下：（1）组网：调用协议栈的组网函数、加入网络函数，实）组网：调用协议栈的组网函数、加入网络函数，实现网络的建立与节点的加入。现网络的建立与节点的加入。（2）发送：发送节点调用协议栈的无线数据发送函数，）
44、发送：发送节点调用协议栈的无线数据发送函数，实现无线数据发送。实现无线数据发送。（3）接收：接收节点调用协议栈的无线数据接收函数，）接收：接收节点调用协议栈的无线数据接收函数，实现无线数据接收。实现无线数据接收。因此，开发人员不需要关心协议栈具体是怎么实现的，甚因此，开发人员不需要关心协议栈具体是怎么实现的，甚至成千上万条函数代码每条是什么意思，只需要知道协至成千上万条函数代码每条是什么意思，只需要知道协议栈中提供的函数实现什么功能，会调用相应的函数来议栈中提供的函数实现什么功能，会调用相应的函数来实现自己所需要的功能即可。实现自己所需要的功能即可。2、Zigbee无线终端采集控制平台无线终端
45、采集控制平台4.2 ZigBee协议栈串口通协议栈串口通信功能的实现信功能的实现串行通信简介串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串口按位（传输线上逐个地传送。串口按位（bit）发送和接）发送和接收字节。尽管比按字节（收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。通信。串行数据传输串行数据传输是以字符（构成的帧）为单位进串行数据传输是以字
46、符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍。的整数倍。ZigBee协议栈串口功能的应用实现串口是串口是ZigBee开发板和用户电脑交互的一种工具，协调开发板和用户电脑交互的一种工具，协调器将传感器节点采集的数据通过串口发送给上位机或器将传感器节点采集的数据通过串口发送
47、给上位机或者协调器接收上位机通过串口发送过来的命令。正确者协调器接收上位机通过串口发送过来的命令。正确的使用串口对学习的使用串口对学习ZigBee无线传感网络有极大的促进无线传感网络有极大的促进作用。作用。1.使用串口的基本步骤如下：使用串口的基本步骤如下：（1）初始化串口，包括波特率、串口号等；）初始化串口，包括波特率、串口号等；（2）向缓冲区发送数据或者从接收缓冲区读取数据。）向缓冲区发送数据或者从接收缓冲区读取数据。上述方法是上述方法是CC2530单片机串口裸机编程的常用方法，但单片机串口裸机编程的常用方法，但是由于是由于ZigBee协议栈的存在，使得串口的使用更加的协议栈的存在，使得串
48、口的使用更加的简单和方便，因为在简单和方便，因为在ZigBee协议栈中已经对串口初始协议栈中已经对串口初始化所需要的函数进行了实现，这里只需要传递几个参化所需要的函数进行了实现，这里只需要传递几个参数就可以使用串口。此外，数就可以使用串口。此外，ZigBee协议栈还实现了串协议栈还实现了串口的读取和写入函数。口的读取和写入函数。4.3 ZigBee无线数据通信的实现无线数据通信的实现实验原理解析整个协议栈只添加了一行代码，就完成了无线数整个协议栈只添加了一行代码，就完成了无线数据传输的实验。实际上我们是使用了据传输的实验。实际上我们是使用了SampleApp上的一个广播的例子修改而来的。上的一个广播的例子修改而来的。整个数据传输过程可以分为数据发送部分和数整个数据传输过程可以分为数据发送部分和数据接收部分，但是前提是必须有相应的任务事据接收部分，但是前提是必须有相应的任务事件触发件触发