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1、常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 学 号： 系 部： 信息工程系 专 业： 计算机网络技术 题 目： 无线传感器网络在智能家居安防系统中的应用 -中央控制平台模块设计 指导者：评阅者： 2012年 4 月 毕业设计（论文）中文摘要智能家居系统是由智能家居安防系统、网络服务系统和家庭自动化系统等子系统组成的家庭综合服务与管理集成系统。其中，智能家居安防系统担负着保护人们生命财产安全的职责因此成为智能家居系统的首选组成部分。论文采用了一种“系统控制中心+ZigBee无线传感器网络”的方案对系统进行了总体设计。介绍了方案的总体框架，并对系统各组成部分进行了详细的阐述。系统采用ZigBee
2、技术构建家庭监控网络，并设计了ZigBee网络节点的应用程序。系统控制中心以PXA270为处理器，通过与之相连接的ZigBee模块，接收家庭内部网络采集到的报警信息;再通过GPRS模块以短信或彩信的形式实现报警及控制信息的远程传输。关键词：智能家居安防系统，网络节点，远程传输毕业设计（论文）外文摘要Title：The Application of Wireless Sensor Networks in Security System of Smart Home -The Design of Center Control Platform Module Abstract：Smart home s
3、ystem is composed of intelligent home security systems, network services, systems and home automation systems, subsystems and integrated services of family management integration system. Among them, the intelligent home security system to protect people charged with the responsibilities of life and
4、property become the first choice for the smart home system components.Paper uses a system control center + ZigBee wireless sensor network program of the overall system design. Describes the programs overall framework and system components were described in detail.System using ZigBee technology to bu
5、ild home monitoring networks, and design of ZigBee network node applications. System control center for the PXA270 processor, connected with the ZigBee modules, networking within the family gathered to receive the alarm information; through SMS or MMS GPRS module to form an alarm and remote control
6、information transmission.Keywords ：Intelligent household security system, network nodes, remote transmission 目录1 绪论11.1 研究背景11.2 选题的意义和目的31.3 论文的主要工作和结构42 关键技术介绍52.1 IEEE802.15.4网络简介52.2 ZigBee协议62.3 ZigBee网络拓扑结构72.4 ZigBee网络的自适应机制93 传感器节点和网关设计113.1 系统功能113.2 系统结构113.3 系统的开发环境114 智能家居安防子系统中央控制平台总体设计
7、134.1 控制平台功能与结构134.2 涉及到的软硬件介绍175 智能家居安防子系统详细设计195.1 硬件设计195.2 软件设计245.3 Web远程控制316 系统功能测试35总结36致谢37参考文献371 绪论随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高，人们越来越追求高品质的生活，对居住环境的舒适性，便利性，安全性也有了更高的要求。进入二十一世纪，社会信息化的进程在逐步深入，人们充分的享受信息时代下工作、生活的便利。计算机技术，网络技术，及其应用的迅猛发展和日趋成熟，为人们更高的生活需求提供了有效的手段。计算机和计算机网络，不仅给人们生活带来极大的便利，还实现了人类一直以来跨越空间限制
8、的梦想。目前智能家居是一般指在家庭范围内，实现信息设备，通信设备，娱乐设备，家用电器，自动化设备，照明设备，监控设备，以及水、电、气、热表等设备、家庭求助报警设备的互联和管理，以及数据和多媒体信息共享的系统，将各种与家庭生活工作相关的子系统有机结合在一起组成一个舒适的环境，是数字化家庭的发展方向。其相关的技术研究成为了IT技术领域的一大热点。智能家居系统的应用和普及更将大大提高人们的生活质量，改变我们的工作和生活方式。1.1 研究背景随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，越来越多的智能家电产品和高科技产品进入了我们的生活。同时，人们的生活理念也在发生着变化，家居生活的网络化与智能化成为人
9、们新的需求，智能家居系统也由此成为了目前世界范围内的一个热门的研究领域。智能家居是以家庭住宅为平台，融合计算机、信息家电、网络通信和自动控制等技术，将与家庭生活相关的各种应用子系统有机地结合起来，为人们提供更加舒适、便捷、高效和安全的现代居住环境。从目前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，智能家居行业将成为中国的主流行业之一。智能家居系统是由家居安防系统、网络服务系统和家庭自动化系统等子系统组成的家庭综合服务与管理集成系统。其中，家居安防系统担负着保护人们生命财产安全的职责，由此成为智能家居系统的首要组成部分，其市场的发展前景是非常广阔的智能家居安防系统，是指由各种先进的、智能化的电子保安设
10、备对住宅各要害部位进行多种监测、一旦监测到异常情况就触发报警服务的智能系统；它集防盗、防劫、防火、防燃气泄漏等功能于一体，一旦遇到异常即刻自动报警，系统中各安防设备相互通信配合，让居住者高枕无忧闭。1.1.1 智能家居安防系统的应用需求家居安防涵括众多子系统，以视频监控系统为例，在设计方案时，必须同时依据国家法规及结合业主的需求，充分考虑系统应用的安全性。以下是设计方案时需要兼顾的几点普适性思路：安防监控系统的设置要全面，考虑要周全，堵住防范漏洞，制造安全居住环境；在整体防范的要求上，对家中各个位置进行重点监视；在发生警情时必须能立即通过防范系统掌握警情、案发现场的具体情况以及采取相应措施。也
11、就是说，必须快速准确地做出反应；系统技术先进，功能齐全，操作使用维修维护方便；具有良好的兼容性、易扩展性；具有良好的性价比。具体来说，在实际项目中，根据建筑物的具体布局，需要设计多重防护，要注重人防和技防的结合。首先，在大门口设置摄像机，作为第一道防护屏障。其次，在各个房间门口设置摄像机，作为整个建筑体的第二道防护屏障。另外，还要结合周界防范、可视对讲、电子巡更及报警系统等形成更多重防护屏障。通过层层设防，人防与技防结合，设计出一个性价比高、功能实用、设计全面、安全防护水平高的综合管理体系，使管理、保安人员能快速反应各类突发事件，并提供准确的现场资料。1.1.2 智能家居安防系统的研究及应用现
12、状智能家居与安防子系统包括：闭路监控电视子系统、门禁子系统和入侵报警子系统。在众多子系统中，闭路电视监控系统在智能家居安防中的比重越来越大。在家中，视频监控主要安装在出入口，将图像传送到信息中心平台，进行统一的全方位监控监测，形成幕帘状警戒面包围建筑，以立体空间监视建筑内部，使管理人员全面掌握建筑内各处的动态，阻止治安事件发生，并为迅速排除治安事件提供科学的依据。从安全上考虑，在一个大型的小区中，监控系统已经不再是小范围的完成音视频监控功能便可了，它需要集成报警，实现多系统的联动。并且，随着网络的发展，数字化监控获得更快速发展，安防监控与110报警中心的联动开始得到应用。总的来说，方案必须要综
13、合考虑各种因素，使系统达到安全可靠、技术先进、功能齐全、性价比高、操作维护简便等效果。1.2 选题的意义和目的1.2.1 本课题的研究意义在我们的日常生活中，安全是至关重要的，离开了安全，那么生活就会毫无幸福、快乐的可言，它关系到每个人的生活及财产是否得以保障，没有人希望自己辛辛苦苦得来的成果、所拥有的一切在突然间变得一无所有。所以说安全是美好生活的前提条件，安全标志着生活的质量。 我们所说的安防，就是安全防范，是指防盗、防入侵、防火、防煤气泄漏等。传统住宅的自我保护方式就是安装防盗门、防盗窗栏杆等，把住宅搞得像鸟笼一样，一旦发生火灾，反而变成了逃生的障碍；要不就搞得像兵营一样，保安日夜到处巡
14、视，也不知道谁是盗贼，谁是保安。这些，都是处于被动的防卫，而降低犯罪有效率最有效的方法就是预防，防患于未然。现在，随着生活水平的逐步提高以及人们对家庭安全意识的加强，一套可靠的家庭安防系统已经成为人们生活的必需品。随着社会形态的成长，人口流动提速，安防监控形势日益严峻。在现今社会形态，许多人遍及缺少安全感。家就成了咱们最后的港湾。然而，因为犯法份子已经将魔手伸向了每个死角，家也需要咱们来主动防备保护。于是，越来越多的家庭选择了安装家庭安防体系来保障家的安全。1.2.2 本课题的研究目的智能家居安防系统是指通过各种报警探测器、报警主机、摄像机、读卡器、门禁控制器、接警中心及其它安防设备为住宅提供
15、入侵报 警系统服务的一个综合性的系统。包含了三大子系统：闭路监控电视子系统、门禁子系统和入侵报警子系统。另外需要说明的是一个好的家庭安防系统是需要一个综合型的接警中心。如果发生盗贼闯入、抢劫、烟雾、燃气泄漏、玻璃破碎等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发声光警报以有效阻吓企图行窃的盗贼，而现场保安系统的密码键盘立即显示相应报警区域，使您的家人保持警戒；系统还会迅速向报警中心传送报警信息；报警中心接到警情后立即自动进行分辨处理，迅速识别判定警报类型、地点、用户，电子地图显示报警位置并瞬间检索打印用户报警信息，中心据此派出机动力量采取相应解救措施；系统具备24小时防破坏功能并自我监视，
16、一旦有任何被破坏的迹象也会即刻报警。总之，无论白天黑夜，您离家在外还是在家休息，电子保安时时刻刻保护您的安全。这正是您能为您的家人、家庭、财产所做的最有效的安全防盗保护措施。通过在住宅内门窗及室内其他部位安装各种探测器进行昼夜控制，当监测到警情时，通过住宅内的报警主机传送至智能管理中心的报警接收计算机、接收将 准确显示警情发生的住户名称、地址和警报类型、提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保住户和人身安全。同时，住户也可通过固定式紧急呼叫报警系统，在住宅内发生抢劫案件和病人突发疾病时，向智能化管理中心呼叫报警，中心可根据情况迅速处理。1.3 论文的主要工作和结构论文按照上面所述研究内容
17、组织章节，各章内容安排如下：第一章：绪论。介绍论文的选题背景及研究意义，分析了智能家居安防行业的发展动态和现有产品存在的问题，以及论文的研究内容及结构安排。第二章：关键技术介绍。主要介绍ZigBee，涉及到多个领域的技术，本章介绍了实现智能家居安防系统所用到的关键技术。第三章：传感器节点和网关设计。对ZigBee协议栈进行了分析，给出了ZigBee无线传感器网络的构建方法及网络节点的设计。第四章：智能家居安防子系统中央控制平台总体设计。介绍了整个系统的功能和结构，分别从软件和硬件两方面对系统控制中心的设计进行了论述。第五章：智能家居安防子系统详细设计。从硬件、软件和Web平台介绍了安防系统的应
18、用。第六章：系统功能测试2 关键技术介绍2.1 IEEE802.15.4网络简介IEEE 802.15.4网络是指在一个POS内使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合，又名LR-WPAN网络。在这个网络中，根据设备所具有的通信能力，可以分为全功能设备(full-function device，FFD)和精简功能设备(reduced-function device，RFD)。FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间都可以通信。RFD设备之间不能直接通信，只能与FFD设备通信，或者通过一个FFD设备向外转发数据。这个与RFD相关联的FFD设备称为该RFD的
19、协调器(coordinator)。RFD设备主要用于简单的控制应用，如灯的开关、被动式红外线传感器等，传输的数据量较少，对传输资源和通信资源占用不多，这样RFD设备可以采用非常廉价的实现方案。IEEE 802.15.4网络中，有一个称为PAN网络协调器(PAN coordinator)的FFD设备，是LR-WPAN网络中的主控制器。PAN网络协调器(以后简称网络协调器)除了直接参与应用以外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。无线通信信道的特征是动态变化的。节点位置或天线方向的微小改变、物体移动等周围环境的变化都有可能引起通信链路信号强度和质量的剧烈变化，因而无线通信的覆
20、盖范围不是确定的。这就造成了LR-WPAN网络中设备的数量以及它们之间关系的动态变化。IEEE802.15.4网络是指在一个POS内使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合。在这个网络中，根据设备所具有的通信能力，可以分为全功能设备(Full-Function Device，FFD)和精简功能设备(Reduced-Function Device，RFD)。FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间都可以通信。RFD设备之间不能直接通信，只能与FFD设备通信，或者通过一个FFD设备向外转发数据。这个与RFD相关联的RFD设备称为该RFD的协调器(coordi
21、nator)，RFD设备主要用于简单的控制应用，如灯的开关、被动式红外线传感器等，传输的数据量较少，对传输资源和通信资源占用不多，这样RFD设备可以采用非常廉价的实现方案。2.2 ZigBee协议无线传感器网络节点要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议(包括MAC层、路由、网络层、应用层等)，传统的无线协议很难适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，这种情况下，ZigBee协议应运而生。Zigbee的基础是IEEE 802.15.但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速
22、率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。通常，符合如下条件之一的应用，就
23、可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：需要数据采集或监控的网点多；要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；要求数据传输可性高，安全性高；设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；电池供电；地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；现有移动网络的覆盖盲区；使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统；使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。值得注意的是，在已经发布的ZIGBEE V1.0中并没有规定具体的路由协议，具体协议由协议栈实现。ZigBee一开始是由Honywell所发起，ZigBee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三
24、菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布30，它们将加盟“ZigBee联盟”，以研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有150家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等。基于IEEE802.15.4标准，可在数千个微小的传感器之间实现相互协调通信。另外，采用接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，可使得通信效率非常高。一般而言，随着通信距离的增大，设备的复
25、杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术的低功耗、低速率是最适合作为传感器网络的标准。2.3 ZigBee网络拓扑结构ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE针对低速无线个人区域网(Low-Rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准。该标准把低能量、低速率和低成本作为重点目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备之间低速互联提供统一标准。其典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器数据)、间歇性数据(如照明控制)和重复性低反应时间
26、数据(如鼠标)。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(250kbps)、工作在2.4GHz和868/915MHz的无线技术，网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、以及数据链路层和物理层组成。(1)物理层物理层采用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩展频谱)技术，可提供27个信道用于数据收发。IEEE802.15.4定义了2.4GHz频段和868/915MHz频段两种物理层标准。物理层的主要功能包括：激活和休眠频收发器，
27、信道能量检测，信道接收数据包的链路质量指示，空闲信道评估，收发数据。(2)数据链路层IEEE802系列标准把数据链路层分为媒质接入层MAC和逻辑链路控制层LLC。IEEE802.15.4的MAC子层支持多种LLC标准。MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输；而LLC子层在MAC子层的基础上，给设备提供面向连接和无连接的服务。MAC子层功能具体包括：协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步；支持PAN网络的关联和取消关联；支持无线信道的通信安全；使用CSMA-CA机制；支持保护时隙(GTS)机制；支持不同设备的MAC层之间的可靠传输。LLC子层功能包括：传输
28、可靠性保障和控制；数据包的分段与重组；数据包的顺序传输。在IEEE802.15.4网络中，有一个称为PAN网络协调器(PAN coordinator)的FFD设备，是LR-WPAN网络中的主控制器。PAN网络协调器除了直接参与应用以外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。(3)IEEE 802.15.4网络拓扑结构IEEE 802.15.4网络可以根据应用的需要可以组织成星型拓扑结构网络，还可以组织成点对点网络，如下图2-1所示。在星型结构中，所有设备都有中心设备PAN网络协调器通信。在这种网络中，网络协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星型网络适合家
29、庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内使用。图2-1 IEEE 802.15.4网络拓扑结构与星型网络不同，点对点网络只要彼此都在对方的无线辐射范围之内，任何两个设备之间都可以直接通信。点对点网络中也需要网络协调器，负责实现管理链路状态信息，认证设备身份等功能。点对点网络模式可以支持Ad hoc网络，允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据。不过一般认为自组织问题由网络层来解决，不在IEEE 802.15.4标准讨论范围之内。点对点网络可以构造更复杂的网络结构，适合于设备分布范围广的应用，比如在工业检测与控制、货物库存跟踪和智能农业方面有非常好的应用前景。(4)IEEE802.
30、15.4网络协议栈IEEE802.15.4网络协议栈基于开放系统互连参考模型(OSI)，每一层实现一部分通信功能，并向上层提供服务。IEEE802.15.4标准只定义了物理层(PHY)和数据链路层的MAC子层。PHY层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。MAC子层以上的几个层次，包括特定服务的聚合子层(Service Specific Convergence Sublayer，SSCS)，链路控制子层(Logical Link Control，LLC)等，只是IEEE802.15.4标准可能的上层协议，并不在IEEE802.15.4标准的定
31、义范围之内。SSCS为IEEE802.15.4的MAC层接入IEEE802.15.4标准中定义的LLC子层提供聚合服务。LLC子层可以使用SSCS的服务接口访问IEEE 802.15.4网络，为应用层提供链路层服务。物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。在IEEE802系列标准中，OSI参考模型的数据链路层进一步划分为MAC和LLC两个子层。MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而LLC子层在MAC子层的基础上，在设备间提供面向连接和非连接
32、的服务。2.4 ZigBee网络的自适应机制2.4.1 网络负载问题所谓的网络自适应机制主要是为解决网络的负载平衡而专门为zigbee网络而设置的一种均衡机制。该机制对zigbee网络主要在这两种情况下适应：一种是网络形成时是网络负载均衡，另一种是网络形成后的网络的自我调节的负载均衡。当zigbee网络形成时，假如终端设备节点加入网络主设备过程无约束无组织，这样就会使主设备所加入的终端设备的数量出现很大的差距，进而使主设备处理所负载的所有的终端设备通讯数据有很大差距,这样在大量的节点长时间通讯时就更会出现网络负载的不均衡现象，使整个网络的数据在各个设备间传输时出现严重的不平衡状态，一个主设备数
33、据已经传输完毕，而另一个主设备还有大量的数据要处理，中心设备等待少量的主设备的数据而不能进行下面的工作，造成zigbee网络的数据传输瓶颈问题。为了解决这一问题在网络的建立时采用一种机制zigbee网络自适应使整个网络中的主设备负载均衡，解决网络瓶颈问题。另一方面在网络建立后由于种种原因,比如网络终端设备脱离网络，终端设备出现故障等。这些都有可能引起网络的不均衡,网络数据传输的瓶颈问题，当出现这种现象时自适应机制也要能使网络的各个部分负载均衡。2.4.2 均衡过程(1)对于中心设备在建立网络过程时发起网络建立消息。使各个主设备加入网络，这时中心设备封闭所有主设备的终端设备加入信号，计算单位时间
34、内各个主设备数据总量，并计算单位时间内的数据值，存储该值，扫面存储所有主设备的这个值，搜索一个最小值，打开相对应的主设备的终端设备加入信号，一个设备加入，关闭该信号，再重新扫描所有主设备的这个值，再搜索一个单位时间内数据值最小的一个主设备打开终端设备加入信号，接受终端设备加入，反复操作，直到所有的终端设备加入整个网络，建立起整个zigbee网络，这时记下最大值和最小值之间的差值。在网络建立后通讯过程中设置定时器定期扫面所有主设备单位时间内的通讯数据值，假如最大值和最小值的差大于差值，那么就让最大值相对应的主设备的某个终端设备脱离该主设备而加入最小值的主设备，如此反复使网络始终处于一个平衡状态。
35、(2)对于终端设备来说，按一定的采集频率采集数据发送到主设备，主设备把所有的终端设备的数据全部发送到中心设备，中心设备存储这些数据处理。2.4.3 结果分析Zigbee大型网络的搭建需要一定的环境,在软件模拟的情况下对所设计的自适应机制进行测试，在三种状态下对自适应机制进行测试,分别是理想状态、自适应机制状态和无自适应机制状态，得到zigbee网络的数据处理效率图：理想状态下效率自适应网络的效率无自适应网络的效率0TatolDate2-2 Zigbee网络的数据处理效率图zigbee自适应机制的网络与无自适应机制情况下相比通讯效率要高的多，有效的解决了zigbee网络在数据传输中的瓶颈问题。3
36、 传感器节点和网关设计3.1 系统功能智能家居安防系统主要由前端传感器、网络信号传输系统和系统控制中心等组成。它是一个综合性的应用系统，涉及网络技术、嵌入式技术和传感器技术等多方面的技术，主要包括被动式热释电红外传感器、门磁传感器、感烟传感器、感温传感器、可燃气体传感器等。3.2 系统结构智能家居安防系统可以在物业管理、消防、水、电、煤等方面提供多方位的服务，为人们提供高效、安全、便利的生活空间，给用户带来全新的时尚、舒适、智能的生活体验。红外烟雾可燃气体感温控制节点控制节点控制节点控制节点终 端 节 点控制平台中心图3-1 智能家居系统结构模拟图3.3 系统的开发环境CodeBlocks是一
37、个免费开源功能强大的跨平台的标准C+集成开发环境，在同类的IDE中，算得上时佼佼者。虽然Code Blocks从一开始就追求跨平台目标，但是最初的开发重点是Windows系统下的版本，从06年3月21日版本：1.0 revision 2220开始，CodeBlocks在它的每日构建中正式提供Linux版本（分两个版本：ubuntu.deb和fc4.rpm）。这样 CodeBlocks在1.0发布时就会是跨越平台的C/C+IDE，它将支持Windows和Linux的主要版本。长期以来C+开发员在Linux没有好用、通用的C+ IDE的局面就要结束。而这个IDE对于Windows下的用户同样重要，
38、由于它开放源码的特点，Windows用户可以不依赖于VS.NET，编写跨平台C+应用。CodeBlocks提供了许多工程模板，这包括：控制台应用、DirectX应用、动态连接库、FLTK应用、GLFW应用、Irrlicht工程、OGRE应用、OpenGL应用、QT应用、SDCC应用、SDL应用、SmartWin应用、静态库、Win32GUI应用、wxWidgets应用、wxSmith工程，另外它还支持用户自定义工程模板。在wxWidgets应用中选择UNICODE支持中文。CodeBlocks支持语法彩色醒目显示，支持代码完成（目前正在重新设计过程中）支持工程管理、项目构建、调试。CodeBl
39、ocks支持插件，目前的插件包括代码格式化工具AStyle；代码分析器；类向导；代码补全；代码统计；编译器选择；复制字符串到剪贴板；调试器；文件扩展处理器；Dev-C+ DevPak更新/安装器；DragScroll，源码导出器，帮助插件，键盘快捷键配置，插件向导；To-Do列表；wxSmith；wxSmith MIME插件；wsSmith工程向导插件；WindowsXP外观。CodeBlocks具有灵活而强大的配置功能，除支持自身的工程文件、C/C+文件外，还支持AngelScript、批处理、CSS文件、D语言文件、Diff/Patch文件、Fortan77文件、GameMonkey脚本文
40、件、Hitachi汇编文件、Lua文件、MASM汇编文件、Mathlab文件、NSIS开源安装程序文件、OgreCompositor脚本文件、Ogre Material脚本文件、OpenGL Shading语言文件、Python文件、Windows资源文件、XBase文件、XML文件、nVidiacg文件。识别Dev-C+工程、MS VS 6.0-7.0工程文件，工作空间、解决方案文件。CodeBlocks基于wxWidgets开发，正体现了wxWidgets的强大。以前Borland C+ Builder X宣称基于wxWidgets开发跨平台、兼容性好、最优秀的C+ IDE环境，但没有实现
41、；现在Code:Blocks+GNUGCC正在实现这个理想。让我们拭目以待。国内的CodeBlocks爱好者和跨平台开发员应该尽快建立中文CodeBlocks网站，提供CodeBlocks中文化支持，促进CodeBlocks在国内的发展。4 智能家居安防子系统中央控制平台总体设计4.1 控制平台功能与结构家庭监控网络可以看作是一种传感器网络，网络的节点和各种与家庭环境相关的传感器相连，可以随机或固定地布置在需要监控的环境中。各节点之间通过特定的协议自组织起来，获取家庭环境的信息并且相互协同工作，完成对家庭环境进行监控的任务。家庭监控网络具有传输的数据量较小、要求数据传输的实时性好、网络容量大等
42、特点，而且还应保证数据传送过程中的安全性和可靠性。根据家庭监控网络的特点，本文设计的家庭监控网络架构如图所示。其中，网络中的终端节点构成了信息采集模块，各个终端节点连接监测家庭环境的传感器等设备，负责将收集到的安防信息通过路由节点发送至系统控制中心。图4-1 家庭监控网络图4-2 家庭网络监控节点图目前，家庭监控网络主要包括有线和无线两种实现方式。随着大量、廉价和高度集成的无线模块的普及，无线网络技术应用于家庭监控网络已经成为势不可挡的趋势。这不仅仅因为无线网络可以提供更大的灵活性，省去了花在综合布线上的费用和精力，而且它更符合家庭监控网络通信的特点。4.1.1 短距离无线通信技术选择由于家庭
43、监控网络的覆盖范围仅限于家庭内部，所以对于通信距离的要求不高;在家庭监控网络中传输的数据只是一些报警信息，数据量很小，因此对于数据传输速率的要求也不高家庭监控网络中的各个节点分布在每个家庭需要监控的区域，节点比较分散，采用电池供电，因此要求网络节点的功耗不能太大。蓝牙(BlueTooth)主要应用于高服务质量、多样的任务周期、中等数据传输率的平等静态的具有活跃节点的无线网络中，它的传输距离和功耗都无法满足家庭监控网络的要求。Wi-Fi主要应用于有稳定电源，要求较高数据处传输速率的场合。它是一种高速率传输协议，用在家庭监控网络上有些大材小用，而且价格昂贵、功耗太大。Z-ware主要应用于中等数量
44、设备、不频繁使用、小数据量的场合酮，比较适合用于构建家庭监控网络。然而各国对无线频段的使用都有严格的规定，大部分频段需要许可才可以使用，不过各国的无线电管理部门也规定了一些不需要许可就可以使用的频段。中国目前可以使用的免费频段是433MHZ、2.4GHZ和整个低于135kHz的频段。Z-ware的工作频段在国内不属于免费频段，因此，Z-ware技术也不适合组建本系统的家庭监控网络。而ZigBee则主要是应用在低能耗、低花费的静态及动态的具有很多活跃节点的无线网络中。它看起来更接近于蓝牙，但比蓝牙更为简单，具有更低的传输速率和功率消耗，大多数时间处于睡眠状态，尤其适用于那些不需要实时传输或连续更
45、新的场Z根据上述各种技术的特点，本系统最终选用ZigBee技术构建智能家居监控网络。ZigBee技术基本解决了现有无线家居安防系统存在的一些问题，更符合家庭监控网络的要求：(1)采用ZigBee技术构建家庭监控网络，避免了综合布线的麻烦，也减少了系统安装成本。(2)ZigBee网络是主从式网络，最多可以支持超过64，000个ZigBee网络节点，符合家庭监控网络的要求，同时也足以满足系统扩展的要求。(3)ZigBee芯片是超低功耗的无线收发芯片，而且具有休眠模式，加之设备的搜索、休眠激活和信道接入时延都很短，减少了电池使用的成本。(4)ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用CSMA/以接
46、入算法，避开了发送数据的竞争和冲突，而且MAC层支持确认的数据传输模式，如果传输过程中出现问题可以进行重发，从而建立起可靠的数据通信模式。(5)ZigBee采用直接序列扩频技术保证信号传输，避免了在2.4GHz公用频段的干扰，也解决了现有无线安防产品采用ASK调制技术所造成的同频干扰问题。(6)ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性校验，支持鉴权和认证，并在数据传输中采用AES一128加密技术，保证了安防系统的安全性能。4.1.2 ZigBee开发平台的建立ZigBee提供了一个标准化的网络和应用框架，可以在此基础上建立应用而无须担心联网和射频问题的烦扰。然而，单靠其自身，
47、ZigBee标准化框架不能保证产品的顺利开发。为了创建兼容ZigBee的应用，不同供应商提供了各种各样的产品，包括RF收发器、微控制器、闪存ROM、供应商专有的协议栈和应用开发工具。为了使系统具有更好的兼容性和可扩展性，系统采用了一个集成的硬件/软件平台来进行设计和开发。4.1.3 信息采集模块的技术方案信息采集模块最为主要的目的就是将传感器所采集到的报警信息通过ZigBee网络发送给系统控制中心，它为智能家居安防系统提供了进行处理和决策所必需的原始信息。因此，它是智能家居安防系统中的关键环节。信息采集模块又可以分为防盗、防燃气泄漏和防火几个功能模块，各个功能模块都是由传感器节点构成的。用户可以根据自己的需求选择不同的功能模块，这样既可以最大化地满足用户需求，又可以减少系统成本。传感器节点的通用硬件结构形式如图所示。CC2430芯片内置有增强型的8051微控制器，通过其1/0口就可以读取传感器单元输出的数字信号；供电单元采用的是电池供电；而传感器单元则根据不同的功能需求，采用了不同的传感器。图4-3 信息采集模块结构图传感器获得信息的正确与否，直接影响整个系统的精度，如果传感器的误差较大，则随后的测量电路、放大电路以及微处理器的精确度再高也是徒劳的，因此正确选用传感器尤为重要。在设计和选用传感器
