摘 要：移动通信GPRS与无线网络通信ZigBee相结合，实现了智能家居安防设备的远程控制与监控。系统选用GPRS数传模块DL6200和满足ZigBee协议的CC2430模块。可通过GSM手机发送短信命令让安防设备执行其命令。当发生警报时，与GPRS绑定的手机也可收到报警信息。
关键词：GPRS；ZigBee；DL6200；CC2430

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。它的基础是IEEE802.15.4技术标准，主要规范了物理层和MAC层的协议。ZigBee联盟制定了应用规范层和应用汇聚层。它的应用方向定位于家庭自动化、楼宇自动化、传感器应用等。通用分组无线服务GPRS（General Packet Radio Service)是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，通过网络实现了联网和漫游[1]。该系统的无线网络通信模块采用CC2430，该模块是TI公司收购无线单片机先锋Chipon公司后推出的新一代ZigBee无线单片机，它是一颗真正的系统芯片（SoC）COMS解决方案，这种方案能够提高性能并满足ZigBee为基础的2.4 GHz ISM波段应用对低成本和低功耗的要求。也包含一个DSSS(直接序列扩频)射频收发核心和一个工业级小巧高效的8051控制器。无线数传模块采用DL6200模块，用户只需要拥有以前所熟悉的串口通信知识就可通过GPRS网络进行通信。
1 ZigBee的技术优势
ZigBee的技术优势表现为以下几个方面[2]：
(1)省电。由于工作周期很短、收发信息功耗较低，并且采用了休眠模式，因此ZigBee技术可以确保2节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间。不同的应用对应的功耗自然是不同的。
(2)可靠。ZigBee技术采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。
(3)成本低。模块价格低廉，且ZigBee协议是免专利费的。
(4)时延短。针对时延敏感的应用作了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30 ms，休眠激活时延典型值是15 ms，活动设备信道接入时延为15 ms。
(5)节点通信设置易于配置。
(6)网络容量大。ZigBee可以采用星形、网状、树状结构组网，而且可以通过任一节点连接组成更大的网络结构。从理论上讲，其可连接的节点多达64 000个。1个ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，1个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络。
(7)安全。ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活地确定其安全属性。
(8)全球通用性和完好的开放性。ZigBee标准协议，使ZigBee设备间的通信成为轻而易举的事情。
2 CC2430的技术特点
CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU（8051），具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换(ADC)、几个定时器(Timer)、AES-128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（Power On Reset）、掉电检测电路(Brown Out Detection)，以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工艺；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA和25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用[3]。
CC2430 芯片的主要特点如下：
(1)高性能和低功耗的8051微控制器核；
(2)集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的RF无线电收发机；
(3)优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；
(4)在休眠模式时电流损耗仅0.9 μA，外部中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时电流损耗少于0.6 μA，外部中断能唤醒系统；
(5)硬件支持CSMA/CA功能；
(6)较宽的电压范围（2.0 V～3.6 V）；
(7)数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能；
(8)具有电池监测和温度感测功能；
(9)集成了14 bit模数转换的ADC；
(10)集成 AES 安全协处理器；
(11)带有2个强大的支持几组协议的USA RT、1个符合IEEE 802.15.4规范的MAC计时器以及1个常规的16 bit计时器和2个8 bit计时器；
(12)强大和灵活的开发工具。
3 GPRS数传模块DL6200
DL6200模块的核心硬件是使用世界知名移动通信产品厂商生产的GPRS芯片而设计生产的，具有很高的可靠性。使用DL6200时，只需要熟悉串口通信知识就可通过GPRS网络进行通信。不必关心模块的射频电路部分（使用移动运营商的公网）及相关硬件连接；不必关心AT指令集，所有与AT响应有关的操作都由DL6200模块在模块的内部完成；不必关心TCP/IP协议及互连网络的相关知识：由于GPRS模块是基于互连网络的通信方式，在使用中就要与INTERNET网络打交道，所有与网络的信息交换都由DL6200模块在内部自动完成，无需用户参与；不必用户单独拥有一个固定的IP地址；具有格式及透明传输两种传输格式；具有一般工作模式和省电工作模式；与各种组态软件直接连接无需专用的驱动程序；支持总线式的被动传输数据方式。
4 系统结构和工作原理
4.1 系统的结构和功能
系统由外网和内网两部分组成。外网是由GPRS数传模块和PC组成，两者之间可通过TTL\RS232\RS485传输信息，该系统采用上位机电平接口为TTL，如图1所示。GPRS数传模块的组网如图2所示。

内网由PC 机和ZigBee无线数据通信模块组成，它们之间通过串口连接。ZigBee网络由协调器、路由器和终端设备三部分组成。协调器和路由器称为全功能设备FFD，终端设备称为精简功能设备RFD。由于该系统设备比较简单，采用星型组网方式，将窗磁、门磁等看作终端设备，ZigBee无线模块为协调器，该系统结构简单，所以不需要路由器。如图3所示。

该系统的控制流程如下：
(1)用户通过外网GSM手机发送短信命令给GPRS数传模块DL6200，DL6200收到命令后，解释该命令。解释完后发给内网中ZigBee无线通信模块CC2430,由该模块把命令发给相应的终端设备，终端设备收到命令后作出相应的的动作。
(2)终端设备收到命令后，一是作出相应的动作后向上层作出应答，二是把上层需要的数据通过CC2430模块传送给上层设备。上层设备收到终端设备的信息，通过DL6200以短信的形式发送到用户手机上。
(3)当有中断响应时，如家中有小偷，触发了报警设备，该终端设备将第一时间向用户发送信息，以示报警。
4.2 系统的硬件设计
DL6200不需要关心AT指令集。不需要关心TCP/IP协议及互连网络的相关知识, 所有与网络的信息交换都由DL6200模块自动完成。与各种组态软件直接连接，无需专用的驱动程序。DL6200的这些特点使得硬件设计很容易，它的RXD、TDX必须与ZigBee的RX、TX相连进行数据的收发。整个系统的结构框图如图4所示。

4.3 系统的软件设计
该系统软件主要通过ZigBee网络协议操作完成数据采集和数据收发，包括初始化、发射和接收程序设计，以及对报警信号的监控、对远程控制指令的处理和执行等。
系统的收发采用Ping Pang发送函数，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
系统的报警流程图如图5所示。

随着人们生活水平的不断提高，追求更加舒适、便捷的生活成为必然。ZigBee无线模块具有低功耗、低成本的优势，在满足人们需求的传输速率的情况下，将会在不久的将来普及到各家各户中。此外，使用无线网络省去了重新装修的负担，采用ZigBee无线网络随时可以添加或减少它的节点，它对网络有自组能力。所以，商品的经济程度以及技术的容易程度，成为发展的必然条件。
参考文献
[1] 傅家祥，肇云波.基于GPRS与ZigBee的智能家居设计[J].新器件新技术，2007(1)：50-52，55.
[2] 朱益运，吕杨.基于CC2430的智能家居ZigBee无线数传设计与实现[J].云南大学学报，2009，31（S1）：114-115.
[3] 江红，刘骊.ZigBee技术在智能家居控制器中的应用研究[J].云南大学学报，2009，31（S1）：109-113.