1. 2012 嵌入式 Linux 就業
班成果發表會
2012.6.8

2. 整合 Zigbee NFC GSM 技術、實現智慧家庭系統
基於嵌入式系統之開發
Zigbee,NFC, and GSM Integration Based On
Embedded Linux Technology for Smart Home System
專題組員 :
劉珈鑫 、 徐漢霖、 林廷璋 、 簡志文 、謝濬鴻

3. Outline
智慧家庭的應用
系統架構 運用的核心技術簡介與實作分享
Zigbee
• NFC
• GSM
系統操作流程與軟體架構
艾鍗智慧家庭系統
DEMO
關於我們
幕後花絮
心得分享
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4. 智慧家庭系統簡
介

5. 智慧家庭統功能實現
數位家庭警報系統 (NFC+Zigbee+PIC Sensor)
遠端控制 (Zigbee+Relay)
視訊監控 (WebCam+Zigbee)
視訊通話 (Webcam+GSM)
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6. 智慧家庭系統架構
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7. Zigbee

8. Zigbee 簡介
硬體標準 : 由 IEEE802.15.4 小組制定
軟體標準 : Zigbee Alliance 制定
Zigbee 是一種低速短距無線通訊技術 ，主
要特色有低速、低耗電、低成本、支援大
量網路節點、支援多種網路拓撲 。
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9. Why Choice?
省電 :
1) RX: 27 mA, TX: 27mA
2) Wide supply voltage range (2.0V - 3.6V)
3) Microcontroller running at 32 MHz
適合無線感測網路 (WSN) 、物聯網 (The
internet of thing)
使用 8051 Microcontroller
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10. Wifi V.S BT V.S Zigbee
Feature(s) IEE 802.11g Bluetooth 2.0 Zigbee
電源持續力 Hours Days Years
複雜度 Very comples Comlex Simple
節點數 Many 7 Up to
建立連線速 65535
Upto 3 S Upto 10 S 30 ms
度
傳輸距離 100M 10m 70m ~
擴充性 300m
Yes No Yes
資料傳輸率 54Mbps 3Mbps 250Kbps
(2.4Ghz) (2.4Ghz) (2.4Ghz)
安全性 SSID 64bit,128bit 128bit AES

11. Zigbee Network Model
Coordinator
建立網路及設定各項參數
發放網路位址及管理
具有 Router 功能
Router
轉發訊息
允許其它裝置加入網路
End Device
只能傳送或接收封包，無法
轉發具有休眠模式
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12. Zigbee applications
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13. Zigbee Sensor Struct
開發平台 : ARM11 DMA-6410L
主從模組 : TI CC2450 ZigBee Module
PIR 感測器 : Parallax PIR Sensor
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14. 硬體接線圖 -Coordinator
DMA6410L 使用
UART 與 Zigbee 連接

15. 硬體接線圖 -End Device
Zigbee Module
與 PIR Sensor &Relay
做連接。
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16. RELAY ， PIR 電路圖
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17. 動作方式
1.P1_0 作為 output ，與 relay 連接，藉此控制
電燈開關。
2.P0_7 設定為外部中斷與 PIR (Pyroelectric
Infrared Sensor) 連接
3. 人體焦電紅外線檢測傳感器 PIR(Pyroelectric
Infrared Sensor): 感應角度： 100 度 感應距離
： 7m 在一般狀態下，輸出為低電位，偵測到有
人時，輸出為高電位。
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18. Zigbee 網路建立及傳輸
aplFromNetwork()
aplJoinNetwork()
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19. CMD_STRUCT
Head cmd flag length Data[0] Data[1] Data[1] Data[3]
COORDINATOR 和 DEVICE 之間封包的傳送格式
head: 固定為 0xa8
cmd:0x01 要求 device 回傳晶片內溫度
0x02 要求 device 回傳 PIR 目前狀況
0x03 對電燈進行控制 data[0]=1 為亮 data[1] =0 為暗
0x04 當 PIR 受到觸發時，發送給 coordinate 端的訊息
flag: 是否需要回傳封包 ex: 回傳晶片內溫度， PIR 狀況…
length :data 所需長度
data: 存放要傳送的資訊
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20. Zigbee.c
void send_cmd(char cmd,char ack,char *bdata, char len)
{
CMD_STRUCT cmd_struct;
CMD_STRUCT *cmd_ptr=&cmd_struct;
int size=sizeof(CMD_STRUCT);
memset(cmd_ptr,0,sizeof(CMD_STRUCT));
cmd_ptr->head=0xa8;
cmd_ptr->cmd =cmd; //cmd=1 表示要求溫度
cmd_ptr->flag=ack; //flag 為 1 要回傳
cmd_ptr->length=len; //flag 為 1 要回傳
memcpy(cmd_ptr->data,bdata,MIN(len,4));
write(uart_fd,(char*)cmd_ptr,size);
PRINTF("send cmd(%x) donen",cmd);
}
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21. Shm.h
typedef struct
{
char head; //fix: 0xA8
char cmd;
char flag; //flag=0x01 device 須回傳 flag=0 device 不 需須回傳
char length;
char data[4];
} CMD_STRUCT;
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22. 軟體流程圖
DMA6410L
Lamp
傳送動作
UART
傳送資料 Relay PIR Sensor
傳送動作 傳送資料
P1_0 P0_7
傳送資料
Coordinate End Device
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23. NFC

24. 簡介
近場通訊（ NFC ， Near Field Communication ），
又稱近距離無線通訊，操作頻率為 13.56MHz, 是一種
短距離的高頻無線通訊技術，允許電子設備之間進行
非接觸式點對點資料傳輸，在十公分（ 3.9 英吋）內
，交換資料。

25. Reader
Chip : NXP PN532
Interface: UART
Mode: Read/Write

26. NFC 接腳圖

27. UART to NFC reader
Normal frame
Preambl Packet Length Packet
Start Direction Code Postamble
e Length Checksum checksum
00 00 FF 02 FE D4 02 2A 00
Length Checksum + Packet Length = 0x00
Direction ： D4﹙Host->PN532﹚ ， D5﹙PN532->Host﹚
Packet checksum + Direction + code = 0x00
Code length > 255 ？
Extended frame ﹙Max length = 265﹚
Preambl Length Packet Postamb
Start LENM LENL Direction Code
e Checksum checksum le
00 00 FF 00 02 FE D4 02 2A 00
Real Length = LEN﹙M﹚* 256 + LEN﹙L﹚
LEN﹙M﹚+ LEN﹙L﹚+Length Checksun = 0x00

28. UART to NFC reader
Ack frame
Preamble Start ACK Packet Code Postamble
00 00 FF 00 FF 00
Nack frame
Preamble Start NACK Packet Code Postamble
00 00 FF FF 00 00
Error frame
Packet Length Packet
Preamble Start Error code Postamble
Length Checksum checksum
00 00 FF 01 FF 7F 81 00

29. Communication

30. Communication

31. Communication

32. List of Command

33. Example
D4 ： host -> PN532
02 ： GetFirmwareVersion

34. Card
NXP Mifare-Classic-1K
1024 bytes
16 sectors
CRYPTO1

35. Mifare-Classic
Block Block Block Block Sector 00
Block Block Block Block Sector 01
Block Block Block Block Sector 02
1 Sector = 4 blocks ， 1 bloc
. Storage ：
. 4*16*16 = 1024 bytes
Block Block. Block Block Sector14
Block Block Block Block Sector15

36. Mifare-Classic
Block
First Block
UID﹙4 bytes﹚
BCC﹙1 byte XOR of UID﹚
manufacturer data
Read-Only
Block
Data Block
Arbitrary data
Value block
Block
Sector Trailer Block
Key A ， Key B﹙authentication﹚
Access conditions﹙operations﹚
752 bytes

37. RFID and NFC
NFC is just an extension to RFID technology
RFID is capable of accepting and transmitting
beyond a few meters while NFC is restricted
to within 4 inches
RFID has a wide range of uses while NFC is
usually used in cases where security is needed
Subordination
Emulation

38. 優缺點
優點：
 晶片價格便宜
 安全性高
 感應速度快
 不耗電
缺點：
 傳輸距離短
 傳輸速率低

39. NFC Communication Mode
1. Read / Write Mode ( 讀卡器模式 )
2. Card emulation Mode ( 卡模式 )
3. Peer to Peer Mode ( 點對點模式 )

40. Sqlite
SQLite 為一種小型資料庫系統，使用
SQLite 無需架設專門的資料庫系統，在
中小型的應用上可以有效的降低系統的負
載
特色：
1) OpenSource
2) High Performance
3) 支援多種語言 : C/C++,JAVA,PHP,Object-C...
4) 跨平台 : Windows, Linux, Mac

41. Sqlite
NFCUser
Id Uid Uname Type
1 9001 Gary Admin
2 6001 Ittraining User

42. 操作畫面 - Admin
讀取卡片
身份 : Gray
權限 : Admin

43. 操作畫面 - User
讀取卡片
身份 : Ittraining
權限 : User

44. 軟體流程圖
1.CardReader 感應到
卡片，讀取資料，傳 CardReader
送至系統上
傳送資料
2. 系統至 Sqlite 裡的
資裡做身份比對 DMA6410L
傳送資料 回傳資料
3. 回傳值給系統
Sqlite

45. 軟體方塊圖

46. 參考文獻
NFC-wikipedia
AN10609_3 PN532 C106 application note
UM0701-02 PN532 User Manual
PN532/C1 NFC controller
NFC forum

47. GSM Global System
for Mobile Communications
全球行動通訊系統

48. 簡介 GSM( 一 )
GSM
• 歐洲電信標準協會 ETSI 所製定的一種無
線數位網路標準
• 相對以前的標準， GSM 最大的不同是信令
和語音通道都是數位的，因此 GSM 被看作
是第二代（ 2G ）行動電話系統
• GSM 標準當前由 3GPP 組織負責制定和維
護

49. 簡介 GSM ( 二 )
•GSM 模組由兩個部份所組成：
•使用者認証模組（ Subscriber Identity
Module 或 SIM ）專門儲存與使用者相關的
資枓
•手機通訊模組（ Mobile Equipment 或
ME ）與基地台通訊所需之無線軟體及硬體
，包括控制模組與無線電模組

50. 簡介 GPRS ( 一 )
GPRS
• 在 GSM 演進的過程中，資料的傳輸是必然
的趨勢，因此 ETSI 不斷的加入新的元素，
以提供 Data Communications
• 其中之一即為 GPRS 通用封包無線服務技術
（ General Packet Radio Service ）
• GPRS 是為了提供像 WWW 這樣，使用者
需耗費時間閱讀，偶爾傳送大量數據的應
用而提出的分封交換協定

51. 簡介 GPRS ( 二 )
• 手機與基地台之間 GPRS radio link
protocol 規定 physical layer 、 MAC 層以
及 RLC （ Radio Link Control ）層彼此之
間在相互通訊時所必須遵守的協定
• 手機與終端主機的網路層之上，可以根據
應用程式的需求，採用不同的協定。例如
在應用程式下可使用 TCP/IP 傳送，對此
GPRS 並不加以限制

52. 簡介 MMS
MMS
• 就是將文字、圖片、聲音和影片結合起來
的影音訊息傳送服務 (Multimedia Message
Service)
• MMS 的工業標準由 WAP Forum 和 3GPP
所制訂的。支援通用封包無線服務技術
GPRS 格式（ general packet radio
service ）
• 使用 MMS 需要先確定手機有支援

53. 硬體規格
SIM300
工作頻段 :SIM300 具有三個頻段：
EGSM900 、 DCS1800 、 PCS1900 。頻
段頻率可由 AT 指令設置，默認頻段是
EGSM900 和 DCS1800 。
GPRS: 下行最大 85.6kbps 、上行最大
42.8kbps
傳送 : 支援文字簡訊及 MMS
SIM Card: 支援中華電信、台灣大哥大、遠
傳電信

54. 硬體架構
DMA-
6410L
SIM300

55. 控制 SIM300
控制方式
• 透過 UART 傳送 AT Command
範例一
• 傳送 ATI<CR>
• 回應 ATI<CR>
<CR><LF>SIMCOM_Ltd
SIMCOM_SIM300S
Revision:1604B06SIM300S32_SST34HF3284_MMS<
CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>

56. 控制 SIM300
範例二
• 傳送 AT+COPS?<CR>
• 回應 AT+COPS?<CR>
<CR><LF>+COPS: 0,0,“Chunghwa Telecom"<CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
範例三
• 傳送 ATD0928286497;<CR>
• 回應 ATD0928286497;<CR>
<CR><LF>OK<CR><LF>

57. AT Command
SIM300 AT Command 指令集所支援協
定
• 語音通訊相關的 AT 命令
ITU-T V.25ter
• 簡訊傳輸有關的 AT 命令
GSM07.05
• GSM 狀態控制與網路服務有關的 AT 命令
GSM07.07
• SIMCOM 專屬的 AT 命令

58. AT Command
智慧家庭專案指令
• ATA (answer an incoming call)
• ATD (mobile originated call to dial a number)
• ATH (disconnect existing connection)
• ATI (display product identification information)
• AT+COPS (operator selection)
• AT+CMMSCURL (set the url of the mms center)
mms.emome.net:8002
• AT+CMMSNETCFG (set the network parameters for mms)
1,"emome“

59. AT Command
智慧家庭專案指令
• AT+CMMSPROTO (set the protocol parameter and mms
proxy)
1,"10.1.1.1",8080
• AT+CMMSSENDCFG (set the parameter for sending mms)
6,3,0,0,2,4
• AT+CMMSEDIT (enter or exit edit mode)
• AT+CMMSDOWN (download the file data or title from uart)
"pic",46340,100000
• AT+CMMSRECP (add recipients)
"0932072103“
• AT+CMMSSEND (start mms sending)

60. GSM 軟體架構

61. 軟體流程
經由 DMA6410L ，使 DMA6410L
用 SIM300 撥打電話
或發送 MMS 訊息至指 AT COMMAND
定的手機號碼
SIM300 GSM
外部電話亦可撥打接
通到智慧家庭系統， 撥打電話 傳送 MMS 撥入
實現即時視訊會議通
話 手機

62. 操作畫面 - 撥號
Standalone Integrate

63. 操作畫面 - MMS
傳送 MMS 與文字訊息至手機上

64. 接收 MMS
手機接收 MMS

65. Smart Home System
艾鍗智慧家庭系統

66. 艾鍗 Smart Home 系統規格
硬體規格 : 軟體規格 :
• CPU: Samsung S3C6310 • OS: Linux 2.6
(ARM11 @ 667MHZ) • Open Source:
• SDRAM:128MB • libnfc
• Flash:128MB • SQLite
• MJPG Streamer
• LCD : 4.3 inch
(480x272)
• Mic In
• Audio Out
• Camera
• Zigbee
• GSM/GPRS
• NFC
• KeyPad 4x2
• Status LED

68. 整體架構

69. 艾鍗 Smart Home 軟體架構圖

70. 實作功能
• 利用 Zigbee 建立一個無線感測網路 (WSN)
傳回遠端感測訊號及遠端控制
• 利用紅外線人體感測器作為防盜偵測、一
旦偵測到有人員靠近，將立刻送出事件到
主控中心，並立即發出警報聲響。
• 利用 Relay( 繼電器 ) 可控制家電 (AC
110V) ，結合 Zigbee 與紅外線人體感測器
，實現一個具回授式”紅外線人體感測照明
燈”
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71. 實作功能
• 利用 NFC( 近場通訊）技術，讀取 Mifare
卡的身份 ID ，同時與 SQLite 資料庫進行
身份確認，身份類別為 Admin 才具有 ? 動
或關閉防盜系統的權限
• 利用 WebCam 擷取現場畫面並透過 MMS
簡訊將此畫面直接傳至手機
• 利用 GSM 可以撥打電話，若同時啓動
WebCam 可以進行視訊會議
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72. 系統畫面
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73. 系統畫面
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74. User Case
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75. SequenceDiagram
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76. 系統操作流程
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77. 模組連接方式
WebCam
NFC Reader
Zigbee Coodnatine
GSM Modem
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78. 按鍵功能定義
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79. 開發幕後花絮
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80. 開發幕後花絮
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81. 嵌入式 Linux 系統開發就業班
Demo

82. 手機遠端控制家電 APP 版
歡迎來賓下載 ~
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83. 結語
1. 本次專題當中，那一塊是你最值得分享
的技術 !
2. 本次專題，最大的 Challenge ? 有遇到
什麼令你困擾很久的問題或 bug 嗎 ? 你如
何解決此問題 ?
3. 整個學習過程最大的收穫是 ?

84. 感謝廠商及現場來賓們 ， 3
個小時的聆聽 !
Thank You!