基於 NXP JN5189 的 ZigBee3.0 智能家居開關面板方案

 過去幾年，智能家居設備爆炸式增長。曾經被稱為“家庭自動化”並仍被稱為“物聯網”的東西現在已經變成了一個更友好的類別，我們稱之為智能家居。我們有幾乎所有的供暖，照明，照相機，傳感器，以及每周都會出現的新設備，將您的家搬到一個連通的未來。
       
在過去的幾年裡，我們已經從一個斷開連接的系統轉變為一個擁有新興中心的世界，像亞馬遜 Echo 和 Google Home 這樣的大型設備作為將所有連接服務連接在一起的樞紐，以及 Apple 等新興平台 HomeKit 和三星 SmartThings。那麼 ZigBee 在智能家居這個勇敢的新世界中扮演什麼角色？智能家居，智能家居背後的全部理念是讓一切都與所有事物保持聯繫，讓您在設備保持通知的同時隨時了解情況。這可能是您的照明與您的安全攝像頭對話，或者您的智能咖啡機在您起床時打開。物聯網可能是一個相當無用的術語，但實際上，這就是正在發生的事情，一切都是連通的，這意味著信息可以共享，你的生活可以被控制而無需單獨訪問每件事物。

                                                            

如果從廣義的建築來看，智能家居設備主要應用在智能建築之中。智能建築行業發展潛力極大，被認為是我國經濟發展中一個非常重要的產業，其產業帶動作用更是不容小覷。據統計，美國智能建築占新建建築的比例為 70%，日本為 60%。2015 年，我國智能建築占新建建築的比例在 30% 左右。我國智能建築起步於 1990 年，比美國晚了 6 年，比日本晚 4 年，通過對比美國和日本智能建築的發展歷程，預計未來我國智能建築在新建建築中的比例仍將保持每年 3 個百分點左右的提升速度，到 2021 年，我國智能建築在新建建築中的比列有望達到 57% 左右。從狹義的智能家居設備應用來看，主要集中在商品住宅市場，其中別墅及高檔公寓的應用比例處於較高的水平。如果從每年房屋竣工面積來看，我國 2016-2021 年新建商品住宅智能家居設備行業市場規模預測如下表所示。

                                                                                                   

大聯大世平集團，針對目前智能家居市場，推出基於 NXP JN5189 ZigBee 智能開關面板方案，該方案具有能夠配合 APP 自定義動作功能、自由操控其他產品、指示燈反饋的功能，具有符合 ZigBee 3.0 規範、和其他廠商產品互聯互通、低功耗、傳輸距離遠、自組網自愈、底層穩定、成本低、開發周期短的特性，在市場上具有低功耗低成本的優勢。

NXP JN5189 外圍電路簡單，僅需晶振和少量電容即可搭建最小系統，內部balun單射頻輸出口的設計和高達 10 dB 發射功率節省了射頻電路設計和外部 PA 的成本。

方案硬體設計架構：

1. 主平台的選擇

      本 ZigBee 開關面板應用方案的主平台採用的是NXP JN5189，具有高性能，低成本，易於開發特點，採用此平台的原因是

       ① Cortex M4 內核，功耗低，運行穩定。
       ② 發射功率最大 +10 dBm，傳輸距離遠。
       ③ 射頻電路和內部電路全面優化，接收功耗較前代降低一半。
       ④ 工作電壓幅度大，延長電池使用時間。
       ⑤ 穩定的 NXP ZigBee 3.0 協議棧，完整的應用層軟體 Demo，縮短客戶開發周期。
       ⑥ 使用 NXP 提供的免費 IDE MCUXpresso 進行軟體開發，安全高效。
       ⑦ 晶片價格較同類產品有優勢。

                                                             

           2. 方案原理圖設計:

               JN5189 最小系統：無特殊元器件，成本低。

               大聯大世平集團 ATU 實驗室擁有網絡分析儀等高端射頻測試儀器，提供完善的射頻設計技術支持。

                                                     

      3. 下載調試電路：
          
          ① 通過FT230XS實現USB to UART。支持對JN5189下載程序，支持串口列印調試。
          ② 通過 LPC11U35 仿真調試電路，支持通過 SWD 對 JN5189 下載程序，並進行仿真調試。
                               
                                                    
                 

                                                 

       4. 外設電路：

           由 QSPI Flash，LEDs，Buttons組成。

                                                  

      5. 方案 Layout 設計：
        
          ① 底板


                                                                



                ② 模組

                                                                                              

方案軟體設計架構：

           方案的軟體架構是 APL Layer + Network Layer + MAC Layer + PHY Layer 的形式，NXP 提供了完整的APL Layer 示例軟體，用戶只需對 APL Layer 進行少量修改，即可實現自己的功能。

    其特點有：

• 模塊化代碼架構，易於理解。
• 提供豐富的 API 函數，使用簡單。
• 用戶無需關心底層問題。

          1.  NXP 軟體架構：

                                                                              

        2. 開發環境：

                   NXP JN5189 使用 NXP 提供的免費 IDE MCUXpresso 作為基礎開發環境，MCUXpresso 是一款基於開源開發平台 Eclipse 進行定製優化的方便易用的IDE，受到眾多 NXP 晶片開發者的好評。

           MCUXpresso 可以從 NXP 官網下載：https://www.nxp.com/design/software/development-software/mcuxpresso-software-and-tools/mcuxpresso-integrated-development-environment-ide:MCUXpresso-IDE

                                                            

                                                         

        3. 硬體測試工具 CMET Tool：

           NXP 提供了 Customer Module Evaluation Tool（CMET），可以對射頻性能進行完整的測試，及時調整射頻參數以達到更好的射頻效果，此外還能進行低功耗電流的測量，檢查其他硬體問題。
               
            CMET提供了 14 種測試模式：

                  ① 發射功率測試（正弦波模式）（Transmit Power Test（CW Mode））
                  ② 發射功率測試（調製波模式）（Transmit Power Test（Modulated Mode））
                  ③ 接收測試（Receive Test）
                  ④ 晶振頻率測試（Oscillator Frequency Test）
                  ⑤ 電流測試（Current Measurement Tests）
                  ⑥ 射頻功率測量（RF Power Measurement）
                  ⑦ 觸發包測試（Trigger Packet Test）
                  ⑧ 接收包測試（Receive Packets Test）
                  ⑨ 發送包測試（Transmit Packets Test）
                  ⑩ 誤包率測試（Connectionless Packet Error Rate Test）
                  ? 乾淨信道評估（Clear Channel Assesment Test）
                  ? 鏈路質量指示（Link Quality Indicator（LQI））
                  ? 周轉測試（Turnaround Tests）
                  ? NFC 標籤測試（NTAG Tests）

                                                                                                

  

連接雲平台：

       ZigBee 智能開關方案能連接到大聯大世平自研雲平台 -- 大樹雲

       通過 MQTT 網絡通訊協議連接到大樹雲服務器。
 
                                                                       

APP 界面：

       ZigBee 智能開關面板能使用大聯大世平智能家居 APP 進行控制，能夠自定義按鍵動作指向的控制功能。

比如，我可以在 APP 上指定單擊這個動作能夠控制房間的燈泡亮滅，也可以指定雙擊這個動作能夠控制窗簾的拉開關上等。

        大聯大世平集團智能家居 APP 界面 1：

                                                                                                             

                                                                                                                                                          

               大聯大世平集團智能家居 APP 界面 2：


                                                                                                           
                                                                                                                                                                           

       大聯大世平集團智能家居 APP – 開關面板設備日誌：