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2024年4月24日发(作者：)
嵌入式的无线智能家居网关的设计原理
信管理、动态组网与数据传输。Zigbee 终端节点包括家庭内部网络中的门磁开关、红外对射探测器、
玻璃破碎探测器、火灾探测器以及烟感和燃气泄露探测器等。
Zigbee 模块采用JENNIC 公司的JN5139,这是业界第一款与IEEE802. 15. 4 兼容的低功耗、低
成本无线控制模块。
该模块与S3C2440A 中的UART1 相连，S3C2440A 中有三个通用异步串行接口，UART0 是RS232 接
口，用来连接PC 机，UART1 和UART2 是TTL 接口。这里使用UART0 来连接，设置相应波特率后实
现数据传输。其通信接口电路如图3 所示，只需连接TXD0 和RXD0 两根信号线即可实现两者的数据
传输通信。
图3 JN5139 的通信接口电路
2. 3 Wi-Fi 通信模块
该模块用来实现家庭网关与Internet 连接。Wi-Fi 模块采用威盛的VT6656 芯片实现数据的远
程传输，VT6656 芯片内嵌TCP / IP 协议栈，降低了设计的难度，同时大大提高了主控制器处理其
他数据的能力。VT6656 与S3C2440A 的连接非常简单，二者可以通过标准的USB 接口直接相连。
VT6656芯片的主要特性： 54 Mbps 标准802. 11g 无线Internet 访问，比基于802. 11b 协议快5
倍; 采用USB 2. 0 最高比USB 1. 1 快40 倍; 新的天线技术支持更远距离的无线访问; 支持所有
标准802. 11g 和802. 11b 无线路由器及接入点; 支持64 /128 /152 位WEP 加密; 支持WPA /WPA2、
WPA-PSK /WPA2-PSK 等高级加密与安全机制。
3 软件平台设计
软件平台采用一种开放源码的Linux 操作系统，便于在其基础上完成各项相关应用程序的开发。
软件主要涉及到操作系统的裁剪与编译、驱动程序编写和系统主程序编写。
3. 1 家庭网关软件体系结构
家庭网关采用模块化设计方案，如图4 所示由硬件驱动层、操作系统层、网络协议层和应用程
序层组成。硬件驱动层描述网关节点中Zigbee 模块和Wi-Fi 模块的驱动; 操作系统层移植了ARM
Linux 实时操作系统内核; 网络协议层移植了Zigbee 和Wi-Fi 协议栈，实现Zigbee 和Wi-Fi 协议
双向转换;应用程序层在Linux 内核上移植嵌入式Web 服务器软件Boa.
图4 家庭网关结构。
网关中的网络协议层主要完成从Wi-Fi 和Zigbee 协议的相互转换工作。对于从Zigbee 设备发
送到Wi-Fi 的数据，在网关需要经过以下处理步骤： Zigbee 设备接收到数据→去掉物理层Zigbee
分组→去掉MAC 层Zigbee 分组→添加MAC头的Wi-Fi 分组→添加物理层头的Wi-Fi 分组→Wi-Fi
处理或发送。Wi-Fi 接收数据到发送给Zigbee 设备的过程如下：
Wi-Fi 接收到数据→去掉物理层Wi-Fi 分组→去掉MAC 层Wi-Fi 分组→添加MAC 头的Zigbee
分组→添加物理层头的Zigbee 分组→Zigbee 处理或发送。Wi-Fi-Zigbee 通信协议模型如图5 所
示。
图5 Zigbee /Wi-Fi 网关的通信协议模型。
3. 2 Zigbee 组网软件设计
家庭网关集成了Zigbee 网络协调器和嵌入式Web 服务器，有两个主要功能。1 ) 实现无线传感
器网络的建立，传感器节点管理和数据传输。将收集到的数据存储在数据库中，使用户可以随时查询
监控Zigbee 终端设备的状态。2) 用户可以通过Web 浏览器直接访问网关，可以进行实时监测和远
程管理。
为了实现家庭网关的功能，在硬件平台上移植了Linux2. 6 实时操作系统、Zigbee 协议栈和
VT6656 的驱动程序，并使用基于HTTP 协议的Boa 服务器作为Web 服务器，其中ZigBee 网络协调
器的软件实现包括ZigBee 协议和监控管理程序的移植。该软件流程如图6 所示。
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