基于ZM3102N Z-WAVE无线模块的空调远程监控系统
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作者: 李和辉 许华文
1 引言
随着各种便携式个人通讯设备与家用电器设备的逐渐普及，以及无线通讯技术的迅猛发展，人们对于近距离无线通讯提出了越来越高的要求。这种近距离的无线通讯主要用于家庭、办公室、商场等室内场所。目标是低复杂度、低成本、低功耗，并且便于安装维护，工作可靠，管理简洁。Z－WAVE就是一种基于射频的低成本，结构简单，低功耗，高可靠性、适用于近距离组网的双向无线通讯技术，工作频带为908.48MHz(美国)和868.42MHz(欧洲)，采用FSK调制方式，支持窄带宽应用，传输速率为9.6kbit／s，信号传输距离为室内30米以上，室外100米以上，单一网可以容纳232个节点，并且可以通过区域内的组网扩展更多节点。
2 ZM3102N Z－WAVE模块技术指标
ZM3102N Z－WAVE模块是一种模块化的Z－WAVE射频通讯装置，主要用于智能家居的无线控制，是一种高可靠性的射频通讯方案。该模块射频规范的使用范围包括美国、欧洲、香港、新西兰和澳大利亚。该模块包含ZW0301 Z－WAVE单芯片、系统晶振和射频前端电路等，模块的天线根据应用产品的实际情况进行配置，模块的结构图如下：
ZW0301单芯片是ZM3102N Z－WAVE模块的核心部分，集成了射频收发器、8051MCU内核、SRAM、用来存储协议和应用软件的闪存、三端双向可控硅控制器以及输入输出接口等。ZM3102N Z－WAVE模块配置有系统晶振，因此可以不需要配置外部晶振。为了获的高可靠性的高效射频通讯能力，射频前端配置了经过优化测试的匹配电路。此外，窄带SAW滤波器可以用来保障射频电源的稳定。ZM3102N Z－WAVE模块应用城堡型凹口封装将外部件(如天线和滤波器)附着在空调控制器的PCB上，这样使得ZM3102N具有优良的抗噪能力。ZM3102NZ－WAVE模块射频规范见下表：
3 基于ZM3102N Z－WAVE无线模块的空调远程监控系统示意图
3.1、Z－WAVE空调：将ZM3102NZ－WAVE模块内置在空调室内机中，Z－WAVE模块与空调主控制器之间采用UART串行通讯方式，这样每一个空调设备都具备了Z－WAVE无线通讯功能。空调属于Z－WAVE网络中的从设备，主要负责接收Z－WAVE网桥的指令并执行收到的控制命令。
3.2、Z－WAVE网桥：属于Z－WAVE网络中的控制设备，负责产生并发出控制命令给空调，具备网络拓展功能，可以实现Z－WAVE网络和以太网络的连接。是Z－WAVE无线网络与以太网两种通讯网络信息交换的中转站，一方面负责将Z－WAVE无线网络的数据转换成满足以太网协议要求的数据，另一方面负责将以太网的数据转换成ZM3102N Z－WAVE模块能识别的数据。Z－WAVE网桥存储了Z－WAVE网络的节点信息，负责管理Z－WAVE无线网络中的空调，如空调在Z－WAVE网络中的添加和删除。
3.3、Z－WAVE空调服务平台：负责空调运行数据的管理。维护该系统的相关人员不同级别给予不同的权
限。对于一般用户来说，只能操作授权内的空调，其它信息不显示。对于高级管理人员或售后维护人员可以查看和维护系统内的所有空调。
3.4、用户操作终端：用户利用PC机或者移动电话，通过访问Z－WAVE空调服务平台控制空调的运行参数、查询空调的运行状态。用户发现空调出现故障，可以要求服务平台进行远程诊断，从而快速查出问题所在，方便售后维护。用户操作完成后，平台自动记录操作及传送情况、执行结果，以便日后用户发现异常时有据可查。
4 基于ZM3102N Z－WAVE无线模块的空调远程监控系统数据传送流程
4.1、Z－WAVE空调与Z－WAVE网桥之间通过ZM3102N无线模块传输数据。
4.2、Z－WAVE网桥与Z－WAVE空调服务平台通过以太网络传输数据。
4.3、Z－WAVE空调服务平台与跟用户之间通过以太网络传输数据。
4.4、用户可通过移动电话或者PC机访问INTERNET方式控制家庭网络空调。
4.5、一台Z－WAVE网桥可授权控制128台Z－WAVE空调。
5 ZM3102N Z－WAVE模块程序流程图
5.1、Z－WAVE开发工具包所提供的CommandClass.h文件是C语言格式的，Z－WAVE指令的解析可以在ZM3102NZ－WAVE模块中完成，然后将解析的结果由模块的U ART串口送到空调器的控制主板的UART。将Z－WAVE模块的软件开发与控制主板的软件开发相对独立开，便于后续的产品升级以及维护工作。
5.2、Z－WAVE指令的解析可在AplicationCommandHandler()内实现，ZM3102N Z－WAVE模块每次收到Z－WAVE指令时程序会自动调用AplicationCommandHandler()函数，解析收到的控制器命令和参数，并将其转换为空调控制器命令。
6 空调主板与ZM3102N无线模块通信接口部分的软件流程
7 结束语
基于ZM3102N Z－WAVE无线模块的空调远程监控系统与其他短距离无线通讯如IEEE 802.11B监控系统相比，具有结构更简单、成本更低廉、功耗更低等优点。随着Z－WAVE技术的进一步完善和发展，Z－WAVE无线模块的空调远程监控系统将逐步进入人们的生活，并使之变得更加便利和丰富多彩。
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