基于JN5139的智能家居内部组网
智能家居网络主要包括外部网、家庭网关和内部网。外部网可以是因特网、公用电话网或小区局域网；内部网是家庭内部家电设备互联的局域网。目前有多种技术应用于内部组网，如HomeRF、电力载波、ZigBee等；家庭网关则是连接外部网和内部网的重要环节，以协议转换方式完成外部网和内部网的数据交换。
实现智能家居系统的关键是智能家居组网技术。智能家居内部网络的特点：需要传输的数据量小；家庭中需要控制的设备多，网络容量大；传输信息需要延时短、实时性高。ZigBee技术是近几年来发展起来的一种无线通信技术，具有距离短、低功耗、低数据率、低成本、高可靠性、网络容量大等特点，这些技术特点决定了其能很好地满足智能家居内部组网的要求。
组成ZigBee网络的设备有协调器、路由器和终端设备。协调器建立和控制网络，存储网络的信息，包括作为认证中心和安全密钥的存储。路由器用来扩展网络的覆盖面，并提供备份路由以防止网络拥塞，可与协调器和其他路由器通信，并且支持子设备。终端设备可以发送或接收信息，不做路由使用，它只能与协调器或一个路由器通信。
2 硬件设计
2．1 组网方式
内部网采用ZigBee协议，ZigBee标准支持星形、树状和对等3种网络拓扑。在星形网络中，协调器负责发起和维持网络结构，所有其他终端设备直接和协调器通信。在智能家居中各个节点之间的通信距离比较短，无需路由器扩展网络覆盖面。内部网可使用ZigBee星形网络组网，只需要协调器和终端设备即可构成网络，从而降低整个系统的组网复杂程度。该系统将协调器与家庭网关统一设计，协调器／家庭网关负责处理与各个终端设备的通信及与外网的通信，终端设备实现环境控制、安全检测、家电控制等具体的功能。图1给出系统总体框图。
2．2 系统原理
当外部网络传来的控制信息进入家庭网关，即进入安全检测和接入认证，如果通过认证，采用协议转换将控制信息转换成符合内部网络传输的数据格式送入协调器，并根据家庭网关的控制信息输送到终端设备。
如果发生非允许入侵、煤气泄露等异常事件，终端设备检测并将信息发往协调器，协调器将这些信息送入家庭网关，从而转化成外部网络的信息格式，发往远程监控设备。同时，内部网络也尽可能完成一些自处理，比如在发生煤气泄漏时，可以在非人为的干预下打开排气风扇，将处理结果发往远程控制端。
2．3 电路组成
采用Jennic公司生产的ZigBee JN5139模块构成内部网络。该模块的特点是以高性能、低功耗的32位无线微控制器JN5139为核心，使用2．4 GHz射频收发电路，兼容IEEE802．15．4和ZigBee标准；低至2．6μA的睡眠电流；有可供用户程序使用的128 KB外部SPI接口存储器；4输入12 bit A／D转换器、2个11 bitD／A转换器、2个比较器；2路UART串口、5个选择位的SPI接口、1个I2C接口等。JN5139模块多样的接口为外接各种传感器和控制电路提供了便利。
系统将协调器和家庭网关制作在一块电路板上，图2给出其电路框图。这样作为协调器的JN5139的性能可以充分利用，既可处理内部ZigBee网络的互联，也可与外网通信；同时也使得系统结构更为紧凑。外网接入电路可使用GPRS、INTERNET、有线电话网络等形式，外网的信息经JN5139协议转换，使其适合在ZigBee网络中传输。
终端设备节点是ZigBee网络的最终功能单元，与具体的家电设备互联，图3给出终端设备节点电路框图。传感器采集家电设备或家居环境信息，经由JN5139处理，打包成ZigBee协议的信息格式，送至协调器进行下一步处理。JN5139也接收来自协调器的控制信息，经解码后送至控制电路，执行相应的操作。
评论