摘  要： 移動通信GPRS與無線網絡通信ZigBee相結合，實現了智能家居安防設備的遠程控制與監控。系統選用GPRS數傳模塊DL6200和滿足ZigBee協議的CC2430模塊。可通過GSM手機發送短信命令讓安防設備執行其命令。當發生警報時，與GPRS綁定的手機也可收到報警信息。
關鍵詞： GPRS；ZigBee；DL6200；CC2430

    ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。它的基礎是IEEE802.15.4技術標準，主要規范了物理層和MAC層的協議。ZigBee聯盟制定了應用規范層和應用匯聚層。它的應用方向定位于家庭自動化、樓宇自動化、傳感器應用等。通用分組無線服務GPRS（General Packet Radio Service)是在GSM基礎上發展起來的一種分組交換的數據承載和傳輸方式，通過網絡實現了聯網和漫游[1]。該系統的無線網絡通信模塊采用CC2430，該模塊是TI公司收購無線單片機先鋒Chipon公司后推出的新一代ZigBee無線單片機，它是一顆真正的系統芯片（SoC）COMS解決方案，這種方案能夠提高性能并滿足ZigBee為基礎的2.4 GHz ISM波段應用對低成本和低功耗的要求。也包含一個DSSS(直接序列擴頻)射頻收發核心和一個工業級小巧高效的8051控制器。無線數傳模塊采用DL6200模塊，用戶只需要擁有以前所熟悉的串口通信知識就可通過GPRS網絡進行通信。
1 ZigBee的技術優勢
    ZigBee的技術優勢表現為以下幾個方面[2]：
    (1)省電。由于工作周期很短、收發信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此ZigBee技術可以確保2節五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間。不同的應用對應的功耗自然是不同的。
    (2)可靠。ZigBee技術采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。
    (3)成本低。模塊價格低廉，且ZigBee協議是免專利費的。
    (4)時延短。針對時延敏感的應用作了優化，通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短。設備搜索時延典型值為30 ms，休眠激活時延典型值是15 ms，活動設備信道接入時延為15 ms。
    (5)節點通信設置易于配置。
    (6)網絡容量大。ZigBee可以采用星形、網狀、樹狀結構組網，而且可以通過任一節點連接組成更大的網絡結構。從理論上講，其可連接的節點多達64 000個。1個ZigBee網絡最多可以容納254個從設備和1個主設備，1個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡。
    (7)安全。ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時各個應用可以靈活地確定其安全屬性。
    (8)全球通用性和完好的開放性。ZigBee標準協議，使ZigBee設備間的通信成為輕而易舉的事情。
2 CC2430的技術特點
    CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構，在單個芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。它使用1個8位MCU（8051），具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數字轉換(ADC)、幾個定時器(Timer)、AES-128協同處理器、看門狗定時器(Watchdog  timer)、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路（Power On Reset）、掉電檢測電路(Brown Out Detection)，以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工藝；在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27 mA和25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用[3]。
    CC2430 芯片的主要特點如下：
    (1)高性能和低功耗的8051微控制器核；
    (2)集成符合IEEE802.15.4標準的2.4 GHz的RF無線電收發機；
    (3)優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；
    (4)在休眠模式時電流損耗僅0.9 μA，外部中斷或RTC能喚醒系統;在待機模式時電流損耗少于0.6 μA，外部中斷能喚醒系統；
    (5)硬件支持CSMA/CA功能；
    (6)較寬的電壓范圍（2.0 V～3.6 V）；
    (7)數字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能；
    (8)具有電池監測和溫度感測功能；
    (9)集成了14 bit模數轉換的ADC；
    (10)集成 AES 安全協處理器；
    (11)帶有2個強大的支持幾組協議的USA RT、1個符合IEEE 802.15.4規范的MAC計時器以及1個常規的16 bit計時器和2個8 bit計時器；
    (12)強大和靈活的開發工具。
3 GPRS數傳模塊DL6200
    DL6200模塊的核心硬件是使用世界知名移動通信產品廠商生產的GPRS芯片而設計生產的，具有很高的可靠性。使用DL6200時，只需要熟悉串口通信知識就可通過GPRS網絡進行通信。不必關心模塊的射頻電路部分（使用移動運營商的公網）及相關硬件連接；不必關心AT指令集，所有與AT響應有關的操作都由DL6200模塊在模塊的內部完成；不必關心TCP/IP協議及互連網絡的相關知識：由于GPRS模塊是基于互連網絡的通信方式，在使用中就要與INTERNET網絡打交道，所有與網絡的信息交換都由DL6200模塊在內部自動完成，無需用戶參與；不必用戶單獨擁有一個固定的IP地址；具有格式及透明傳輸兩種傳輸格式；具有一般工作模式和省電工作模式；與各種組態軟件直接連接無需專用的驅動程序；支持總線式的被動傳輸數據方式。
4 系統結構和工作原理
4.1 系統的結構和功能
    系統由外網和內網兩部分組成。外網是由GPRS數傳模塊和PC組成，兩者之間可通過TTL\RS232\RS485傳輸信息，該系統采用上位機電平接口為TTL，如圖1所示。GPRS數傳模塊的組網如圖2所示。

    內網由PC 機和ZigBee無線數據通信模塊組成，它們之間通過串口連接。ZigBee網絡由協調器、路由器和終端設備三部分組成。協調器和路由器稱為全功能設備FFD，終端設備稱為精簡功能設備RFD。由于該系統設備比較簡單，采用星型組網方式，將窗磁、門磁等看作終端設備，ZigBee無線模塊為協調器，該系統結構簡單，所以不需要路由器。如圖3所示。

    該系統的控制流程如下：
    (1)用戶通過外網GSM手機發送短信命令給GPRS數傳模塊DL6200，DL6200收到命令后，解釋該命令。解釋完后發給內網中ZigBee無線通信模塊CC2430,由該模塊把命令發給相應的終端設備，終端設備收到命令后作出相應的的動作。
    (2)終端設備收到命令后，一是作出相應的動作后向上層作出應答，二是把上層需要的數據通過CC2430模塊傳送給上層設備。上層設備收到終端設備的信息，通過DL6200以短信的形式發送到用戶手機上。
    (3)當有中斷響應時，如家中有小偷，觸發了報警設備，該終端設備將第一時間向用戶發送信息，以示報警。
4.2 系統的硬件設計
    DL6200不需要關心AT指令集。不需要關心TCP/IP協議及互連網絡的相關知識, 所有與網絡的信息交換都由DL6200模塊自動完成。與各種組態軟件直接連接，無需專用的驅動程序。DL6200的這些特點使得硬件設計很容易，它的RXD、TDX必須與ZigBee的RX、TX相連進行數據的收發。整個系統的結構框圖如圖4所示。

4.3 系統的軟件設計
    該系統軟件主要通過ZigBee網絡協議操作完成數據采集和數據收發，包括初始化、發射和接收程序設計，以及對報警信號的監控、對遠程控制指令的處理和執行等。
    系統的收發采用Ping Pang發送函數，程序如下：
    void Uart_Pingpong(INT8U key)
    {
        uint8 Baud_rate[6];
        ClearScreenLcd();
        Uart_Baud_rate(Baud_rate_38400);
        Print(2,16,"Uart PP test",1);
        Print(4,0,"Baud rate:",1);
        sprintf(Baud_rate,(char*)"%d00",Baud_rate_38400);
        Print(4,80,Baud_rate,1);
        Print(6,0,"Data:",1);
        UartTX_Send_String("ChengDu WXL CommunicationTechnologyC0.,LTD\n",45);
        UartTX_Send_String("Uart Pingpong test\n",19);
        UartTX_Send_String("Baudrate:38400\n",16);
        Uart_PP_Flag = Open;
        Menu_option = Uart_PP_Menu_3;
        if(key == HAL_KEY_CANCEL)
        {
        Uart_PP_Flag = Close;
        Menu_option = Uart_Menu_2;
        FirstItem = 0;
        NowItem = 0;
        Menu_all(0);
        }
    }
    #ifndef ZG_Coord
    extern int Sensor_Flag
    系統的報警流程圖如圖5所示。

    隨著人們生活水平的不斷提高，追求更加舒適、便捷的生活成為必然。ZigBee無線模塊具有低功耗、低成本的優勢，在滿足人們需求的傳輸速率的情況下，將會在不久的將來普及到各家各戶中。此外，使用無線網絡省去了重新裝修的負擔，采用ZigBee無線網絡隨時可以添加或減少它的節點，它對網絡有自組能力。所以，商品的經濟程度以及技術的容易程度，成為發展的必然條件。
參考文獻
[1] 傅家祥，肇云波.基于GPRS與ZigBee的智能家居設計[J].新器件新技術，2007(1)：50-52，55.
[2] 朱益運，呂楊.基于CC2430的智能家居ZigBee無線數傳設計與實現[J].云南大學學報，2009，31（S1）：114-115.
[3] 江紅，劉驪.ZigBee技術在智能家居控制器中的應用研究[J].云南大學學報，2009，31（S1）：109-113.