基于 NXP JN5189 的 ZigBee3.0 智能家居開關(guān)面板方案

核心技術(shù)優(yōu)勢/方案詳細(xì)規(guī)格/產(chǎn)品實(shí)體圖/PCB/方塊圖Datasheet/測試報(bào)告/Gerber/Schematics/User manual +一鍵獲取

過去幾年，智能家居設(shè)備爆炸式增長。曾經(jīng)被稱為“家庭自動(dòng)化”并仍被稱為“物聯(lián)網(wǎng)”的東西現(xiàn)在已經(jīng)變成了一個(gè)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(jī)，傳感器，以及每周都會(huì)出現(xiàn)的新設(shè)備，將您的家搬到一個(gè)連通的未來。

在過去的幾年里，我們已經(jīng)從一個(gè)斷開連接的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)擁有新興中心的世界，像亞馬遜 Echo 和 Google Home 這樣的大型設(shè)備作為將所有連接服務(wù)連接在一起的樞紐，以及 Apple 等新興平臺(tái) HomeKit 和三星 SmartThings。那么 ZigBee 在智能家居這個(gè)勇敢的新世界中扮演什么角色？智能家居，智能家居背后的全部理念是讓一切都與所有事物保持聯(lián)系，讓您在設(shè)備保持通知的同時(shí)隨時(shí)了解情況。這可能是您的照明與您的安全攝像頭對(duì)話，或者您的智能咖啡機(jī)在您起床時(shí)打開。物聯(lián)網(wǎng)可能是一個(gè)相當(dāng)無用的術(shù)語，但實(shí)際上，這就是正在發(fā)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(dú)訪問每件事物。

如果從廣義的建筑來看，智能家居設(shè)備主要應(yīng)用在智能建筑之中。智能建筑行業(yè)發(fā)展?jié)摿O大，被認(rèn)為是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用更是不容小覷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國智能建筑占新建建筑的比例為 70%，日本為 60%。2015 年，我國智能建筑占新建建筑的比例在 30% 左右。我國智能建筑起步于 1990 年，比美國晚了 6 年，比日本晚 4 年，通過對(duì)比美國和日本智能建筑的發(fā)展歷程，預(yù)計(jì)未來我國智能建筑在新建建筑中的比例仍將保持每年 3 個(gè)百分點(diǎn)左右的提升速度，到 2021 年，我國智能建筑在新建建筑中的比列有望達(dá)到 57% 左右。從狹義的智能家居設(shè)備應(yīng)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(yīng)用比例處于較高的水平。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(shè)備行業(yè)市場規(guī)模預(yù)測如下表所示。

大聯(lián)大世平集團(tuán)，針對(duì)目前智能家居市場，推出基于 NXP JN5189 ZigBee 智能開關(guān)面板方案，該方案具有能夠配合 APP 自定義動(dòng)作功能、自由操控其他產(chǎn)品、指示燈反饋的功能，具有符合 ZigBee 3.0 規(guī)范、和其他廠商產(chǎn)品互聯(lián)互通、低功耗、傳輸距離遠(yuǎn)、自組網(wǎng)自愈、底層穩(wěn)定、成本低、開發(fā)周期短的特性，在市場上具有低功耗低成本的優(yōu)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(tǒng)，內(nèi)部balun單射頻輸出口的設(shè)計(jì)和高達(dá) 10 dB 發(fā)射功率節(jié)省了射頻電路設(shè)計(jì)和外部 PA 的成本。

方案硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)：

1. 主平臺(tái)的選擇

本 ZigBee 開關(guān)面板應(yīng)用方案的主平臺(tái)采用的是NXP JN5189，具有高性能，低成本，易于開發(fā)特點(diǎn)，采用此平臺(tái)的原因是

① Cortex M4 內(nèi)核，功耗低，運(yùn)行穩(wěn)定。
② 發(fā)射功率最大 +10 dBm，傳輸距離遠(yuǎn)。
③ 射頻電路和內(nèi)部電路全面優(yōu)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(shí)間。
⑤ 穩(wěn)定的 NXP ZigBee 3.0 協(xié)議棧，完整的應(yīng)用層軟件 Demo，縮短客戶開發(fā)周期。
⑥ 使用 NXP 提供的免費(fèi) IDE MCUXpresso 進(jìn)行軟件開發(fā)，安全高效。
⑦ 芯片價(jià)格較同類產(chǎn)品有優(yōu)勢。



  2. 方案原理圖設(shè)計(jì):

JN5189 最小系統(tǒng)：無特殊元器件，成本低。

大聯(lián)大世平集團(tuán) ATU 實(shí)驗(yàn)室擁有網(wǎng)絡(luò)分析儀等高端射頻測試儀器，提供完善的射頻設(shè)計(jì)技術(shù)支持。



3. 下載調(diào)試電路：

① 通過FT230XS實(shí)現(xiàn)USB to UART。支持對(duì)JN5189下載程序，支持串口打印調(diào)試。
② 通過 LPC11U35 仿真調(diào)試電路，支持通過 SWD 對(duì) JN5189 下載程序，并進(jìn)行仿真調(diào)試。





 4. 外設(shè)電路：

由 QSPI Flash，LEDs，Buttons組成。



  5. 方案 Layout 設(shè)計(jì)：

① 底板





   ② 模組



方案軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)：

方案的軟件架構(gòu)是 APL Layer + Network Layer + MAC Layer + PHY Layer 的形式，NXP 提供了完整的APL Layer 示例軟件，用戶只需對(duì) APL Layer 進(jìn)行少量修改，即可實(shí)現(xiàn)自己的功能。

其特點(diǎn)有：

• 模塊化代碼架構(gòu)，易于理解。
• 提供豐富的 API 函數(shù)，使用簡單。
• 用戶無需關(guān)心底層問題。

1. NXP 軟件架構(gòu)：



   2. 開發(fā)環(huán)境：

NXP JN5189 使用 NXP 提供的免費(fèi) IDE MCUXpresso 作為基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)境，MCUXpresso 是一款基于開源開發(fā)平臺(tái) Eclipse 進(jìn)行定制優(yōu)化的方便易用的IDE，受到眾多 NXP 芯片開發(fā)者的好評(píng)。

MCUXpresso 可以從 NXP 官網(wǎng)下載：https://www.nxp.com/design/software/development-so...





 3. 硬件測試工具 CMET Tool：

NXP 提供了 Customer Module Evaluation Tool（CMET），可以對(duì)射頻性能進(jìn)行完整的測試，及時(shí)調(diào)整射頻參數(shù)以達(dá)到更好的射頻效果，此外還能進(jìn)行低功耗電流的測量，檢查其他硬件問題。

CMET提供了 14 種測試模式：

① 發(fā)射功率測試（正弦波模式）（Transmit Power Test（CW Mode））
② 發(fā)射功率測試（調(diào)制波模式）（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(fā)包測試（Trigger Packet Test）
⑧ 接收包測試（Receive Packets Test）
⑨ 發(fā)送包測試（Transmit Packets Test）
⑩ 誤包率測試（Connectionless Packet Error Rate Test）
? 干凈信道評(píng)估（Clear Channel Assesment Test）
? 鏈路質(zhì)量指示（Link Quality Indicator（LQI））
? 周轉(zhuǎn)測試（Turnaround Tests）
? NFC 標(biāo)簽測試（NTAG Tests）



連接云平臺(tái)：

ZigBee 智能開關(guān)方案能連接到大聯(lián)大世平自研云平臺(tái) -- 大樹云

通過 MQTT 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議連接到大樹云服務(wù)器。



APP 界面：

ZigBee 智能開關(guān)面板能使用大聯(lián)大世平智能家居 APP 進(jìn)行控制，能夠自定義按鍵動(dòng)作指向的控制功能。

比如，我可以在 APP 上指定單擊這個(gè)動(dòng)作能夠控制房間的燈泡亮滅，也可以指定雙擊這個(gè)動(dòng)作能夠控制窗簾的拉開關(guān)上等。

大聯(lián)大世平集團(tuán)智能家居 APP 界面 1：



大聯(lián)大世平集團(tuán)智能家居 APP 界面 2：



大聯(lián)大世平集團(tuán)智能家居 APP – 開關(guān)面板設(shè)備日志：



? 場景應(yīng)用圖



? 展示版照片



? 方案方塊圖



? 核心技術(shù)優(yōu)勢

NXP JN5189 的優(yōu)勢： 1. 前代產(chǎn)品 JN5169 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種智能家居產(chǎn)品方案。 2. 前代產(chǎn)品 JN5169 是 ZigBee 產(chǎn)品選擇的主流平臺(tái)，市場占有率高。 3. 采用 Cortex-M4 內(nèi)核，相比前代 JN5169 的 RISC 內(nèi)核有了明顯的性能提升。片內(nèi) RAM 擴(kuò)大，片內(nèi) FLASH 擴(kuò)大，RX 電流降低，TX 電流降低不明顯，但是還是有一定的優(yōu)化。 4. 射頻電路升級(jí)，抗 WiFi 干擾能力更強(qiáng)。

方案的優(yōu)勢： 1. 性價(jià)比：較同類產(chǎn)品高 2. 成熟度：高 3. 傳輸技術(shù)：ZigBee 3.0 4. 體積小 5. 安全：采用 AES-128 加密算法，保障通訊安全 6. 硬件支持：大聯(lián)大世平 ATU 提供硬件原理圖及技術(shù)支持 7. 軟件支持：大聯(lián)大世平 ATU 提供軟件 Sample Code 及技術(shù)支持 8. APP 支持：提供大聯(lián)大世平 ATU 智能家居 APP 9. 云服務(wù)：大聯(lián)大世平 ATU 大樹云免費(fèi)連接

? 方案規(guī)格

1. 處理器：Cortex-M4 2. 儲(chǔ)存器：片內(nèi) FLASH 3. 頻率：MCU 主頻 48 MHz，無線頻段 2.4 GHz 4. 無線傳輸技術(shù)規(guī)格：IEEE802.15.4 5. 傳輸距離：200 m（MAX） 6. 接收靈敏度：-100 dBm 7. 工作溫度：-40 ℃ ～ 125 ℃ 8. 支持系統(tǒng)：FreeRTOS 9. 連接云平臺(tái)：大聯(lián)大世平 ATU 大樹云 10. 功耗：發(fā)射電流 20.3 mA（+10 dbm），接收電流 4.3 mA，睡眠電流 350 nA 11. 尺寸：114.7 × 59.3 mm 12. EMI：FCC part 15C pass 13. 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證：協(xié)助通過 ZigBee 3.0 認(rèn)證

? 技術(shù)文檔

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