Zigbee物联网智能网关的设计研究(2)
1 绪论
1.1 研究背景
近年来，物联网成为全球关注的热点领域，被认为是继互联网之后最重大的科技创新，在我国逐渐成为一个发展潜力巨大的市场，极具有发展前景。美国总统奥巴马极其重视物联网这种高新技术的开发，并将其视为与开发绿色能源技术同等重要的国家战略。世界巨头IBM公司前首席执行官彭明盛曾在2008年首次抛出“智慧的地球”这一概念，其战略核心就是物联网。
从市场角度来说，物联网作为国家五大新兴战略性产业之一，其应用和发展将有利于促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化和产业化方向发展，对推动产业结构调整和发展方式的转变具有重要意义。目前，物联网在我国每年创造的市场机会是3700—3800亿元，同时，近几年来，每年都是以30%以上的速度在增长，预计3年内整个产业的市场规模将达到7500亿元，5年内将成为一个万亿市场规模的产业。在2014年的两会上，很多委员都提出了要建立物联网扶持基金，加快创新技术市场化的想法。
从物联网的应用角度来说，物联网用途十分广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。专家预计，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。目前，我国在车载系统、食品安全等方面已经做出了十分有意义的尝试，并取得了良好的经济效益与社会效益，在家电智能化、电子商务、社会保障等领域中也有广阔前景。
事实上，国家为促进物联网发展已经出台了多项促进政策。2013年2月，国务院发布《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》。紧接着，工信部、发改委等多部委印发了《物联网发展专项行动计划（2013-2015）》，包含了顶层设计、标准制定、技术研发、应用推广、产业支撑、商业模式、安全保障、政府扶持、法律法规、人才培养10个专项行动计划。此外，国家标准委下达了物联网等47项国家标准计划，我国物联网行业标准体系基本形成。
2014年以来，物联网已经特别注重了在交叉领域应用中的推广。国务院最新出台的《地理信息产业发展意见》中特别提出，要“结合下一代互联网、物联网、云计算等新技术的发展趋势，大力推进地理信息软件研发，特别是在大型地理信息系统、高性能遥感数据自动化处理等核心基础软件产业化方面实现突破，达到国际先进水平。”
1.2 国内外研究现状
1.3 本课题设计思路及方法
本文应用ZigBee技术，设计基于单片机的物联网智能网关，设计软硬件部分，可在以太网间进行信息交互，具有一定的实用性。硬件上主要包括单片机组件、网络接口组件等。
在硬件上主要用到W5500芯片、CC2530芯片和51单片机等，其中51单片机是调试硬件，W5500和51单片机的连接是本设计成功的关键。W5500 是韩国WIZnet 公司生产的以太网接入芯片，与之前的网络芯片W5100和W3100系列芯片相比，它集成了以太网物理层内核，具有更好的集成性，拥有更稳定、更优良的性能。
W5500 包含了TCP/IP、UDP、ICMP、ARP、DHCP 等网络协议和DLC、MAC 以太网协议。它提供多种总线，包括两种并行总线（直接总线接口和间接总线接口），以及SPI 串行总线等接口方式。内置16KB 数据缓冲双口RAM，可快速进行数据交换，W5100 支持且自动识别全双工或半双工的传输模式，并可实现且兼容100M 以太网络。W5500 芯片主要由4 部分组成： MCU 接口单元、网络协议引擎、DPRAM 及以太网物理层接口单元。
使用W5500 不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口（socket）编程，像访问外部存储器一样简单。W5500 与微处理器芯片的接口方式有3种：直接总线接口模式、间接总线接口模式和SPI 模式。其中直接总线接口模式适用于大数据量传输的情况；SPI 模式的接口连线较少，适用于数据量不大，传输速率相对较低的情况；间接总线接口模式下的数据传输性能则介于它们两者之间。因为本系统中数据传输量不大并且不要求传输速率相对较高，故选用SPI模式，只使用SCLK（SPI时钟）、SCS（SPI从模式选择）、MOSI（主出从入）和MISO（主入从出）四个信号线。
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