唐祥玮

摘 要：智能化家庭环境监测及控制系统便应运而生了。本文通过嵌入式网关技术与ZigBee无线传感网技术相结合，嵌入式网关采用RT5350 CPU为核心，构建嵌入式网关的硬件平台，嵌入式通过PPPOE拨号连接宽带接入公网，实现Android客户端远程访问环境检测数据。

关键词：ZigBee；嵌入式网关

1 研究背景

随着电子技术以及互联网的科技飞速发展，无线传感器网得到了广泛的应用，智能化的家电管理系统逐渐形成了控制的核心结果。近年来，随着物联网技术飞速发展，无线传感技术在室内监控系统中占有了一席之地。

本文通过嵌入式网关技术与ZigBee无线传感网技术相结合，研究设计的系统在功能上应达到如下需求：

（1）自动化控制：系統检测到有害气体的泄漏时，能自动及时关闭气体阀门，无需用户干预，保证安全与及时。

（2）实时性：系统能准确、实时地传输数据，从而用户可以及时采取有效措施进行预防损害；

（3）高效和可靠性：对用户要求快速执行相应的操作；

（4）可扩展性：可增加ZigBee终端节点根据具体环境的其他检测，如光照强度、人体红外数据等，根据具体要求而设计采集数据；

2 监测及控制系统整体设计方案

本系统采用的主要设备有协调器设备、多个终端节点、嵌入式网关。ZigBee终端节点主要是实现组网，通过控制继电器的电平高低来控制空调等家电设备。系统的架构设计，如图1所示。

系统的整体设计方案可以实现远程监测家庭环境，并根据用户的需求，达到控制家庭电器（空调等）设备，从而创造一个良好的舒适和安全的家庭环境；检测有害气体的泄漏，蜂鸣器报警，并自动实现关闭气体阀门，并报警，提示用户当前有有害气体泄漏，从而大大减小对人们的伤害和降低财产损失；实现远程控制，用户通过外网访问对家庭的环境情况了如指掌。

3 监测及控制系统的硬件设计

硬件系统由ZigBee节点和网关组成，如图2所示：

本硬件系统采用德州仪器（Texas Instruments）公司的CC2530核心板，实现了ZigBee无线网通信技术。设置一个协调器节点和多个终端节来实现组网，用来满足系统的需求。本文的ZigBee协议栈采用德州仪器（Texas Instruments）公司的Z-stack协议栈，该协议栈是基于轮转查询式操作系统的，其核心思想是"轮转"和"查询"。随着ZigBee无线传感网的飞速发展，越来越多芯片公司投身于ZigBee无线传感网的研发，并相继推出了各自的ZigBee芯片[11]。ZigBee系统的开发套件主要包括：USB在线仿真器、无线终端节点和协调器、ZigBee无线射频模块、2.4G天线、电源（5V）、协议分析仪、USB连线和USB转RS-232连接线。

嵌入式网关硬件采用RT5350系列处理器，RT5350的 SoC 结合了Ralink的802.11n兼容1T1R MAC/BBP/PA/RF和高性能360MHz MIPS24KEc CPU核心。

4 系统软件设计

系统的软件设计包括ZigBee协议栈的开发和OSAL运行机制、添加用户端口程序、ZigBee终端节点程序、ZigBee协调器节点程序、OpenWrt通信模块程序和Android应用程序。

系统的软件设计主要功能是通过在ZigBee底层自定义通信协议来发送数据报文，系统把传感器采集到的数据反馈给用户管理系统。在Android查询数据时，系统设置了定时器，在规定时间内不停的发送数据报文给下位机，查询终端上所有传感器的数据，下位机收到数据就会返回数据给Android用户控制系统。

5 总结

基于ZigBee技术的相关应用，其核心是组网功能。本文研究设计的系统对传感器的驱动代码进行了深入分析和调试，使得传感器可以获取更精确的数据。系统实现了ZigBee网络的组网通信，加强了对CC2530单片机的硬件学习和组网技术分析，为后续相关研究工作的进行奠定了基础。

（作者单位：贺州市八步区南乡镇人民政府）