基于ZIGBEE网络的智能家居无线网络论文23

无线传感网络课程设计—基于Zigbee技术的智能家居无线传感网络专业：电子信息班级：0742学生姓名：李昆鹏学号：07指导教师：吴丹刘君玲信息工程学院前言I前言随着21世纪的到来，特别是近年来现代高科技和信息技术正在由智能大厦走向智能化住宅小区，进而走进家庭。人们对家居生活环境的要求也越来越高，并将注意力越来越多的放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上。家居无线监控问题是当今国际建筑智能化领域的前沿性研究课题。无线传感网络的出现克服了家庭中布线的烦琐，充分体现了智能家居系统的灵活、方便、高效。本项目研究开发了基于ZigBee技术和hitemet技术的智能家居监控系统，将hitemet的远程监控与ZigBee短距离控制相结合，实现系统的家居无线控制和数据采集，避免了综合布线，可扩展性好。本文首先进行系统总体设计，结合底层ZigBee无线传感网络的特点和系统总体网络监控的要求，将该系统设计分为四部分:无线传输模块、数据处理模块、以太网传输模块、上位机显示界面。然后对ZigBee协议标准做了全面地研究分析，同时给出了基于CC2430的无线传输模块的软硬件设计和星型网络搭建，并给出了测试结果。接着设计了基于TMS320F2812的数据处理模块，给出了硬件电路和外围辅助电路设计方案，并为其移植了实时操作系统。本设计实现了从底层ZigBee无线传感网络的数据采集最终到监控机的数据传输并测试成功。最后在VC6.0环境下，应用WindowsSockets套件接口开发显示界面对底层采集的数据分类显示。整个智能家居监控系统能够对家用电器的完成开关量的控制，还能够对三表进行无线抄表最重要的是可监测来自家庭安防传感器的数据，以备物业等部门监控。测试后，证实了设计方案的正确性，结果满足系统设计要求，该设计具有一定的新颖性和实用性。目录第一章绪论......................................................................................................11.1课题研究的背景....................................................................................11.2国内外研究现状....................................................................................21.3本文研究的主要内容............................................................................3第二章方案选择和结构设计........................................................................4第三章Zigbee协议的应用................................................................................63.1ZigBee协议分析...................................................................................63.2ZigBee协议的应用领域.......................................................................63.3ZigBee协议栈结构和原理...................................................................63.4ZigBee网络节点配置...........................................................................7第四章系统硬件设计.....................................................................................84.1数据处理模块的结构设计....................................................................84.2DSP芯片TMS32OF2812的介绍........................................................94.3数据处理模块外围电路设计..............................................................104.4数据处理模块辅助电路设计...............................................................11第五章系统软件设计...................................................................................125.1zigBee无线传感网络的组建..............................................................12总结与展望.........................................................................................................15参考文献无线传感网络课程设计1第一章绪论1.1课题研究的背景智能家居或称智能住宅，与智能家居的含义近似的还有家庭自动化、电子家庭、数字家园、家庭网络、网络家居，智能家庭/建筑。智能家居概念的起源很早，但一直没有具体的建筑案例出现。世界上第一套智能建筑系统于1984年在美国的康涅狄格州哈特福德市出现，当时是由美国联合科技公司改造了一座旧式大楼，对大楼的空调、电梯、照明等设备采用计算机进行监测控制。从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。随着大量采用先进电子技术的家用电器的面市，住宅电子化出现。上世纪80年代中期，将家用电器、通信设备和安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化的概念。到了80年代末，通信技术的飞速发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，也就是智能家居的原型。1997年，比尔.盖茨的智能豪宅历时七年终于建成，这幢建筑完全按照智能住宅的概念建造，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制。1998年5月在新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，推出了新加坡模式的家庭智能化系统一“未来之家”，从而开启了智能家居走向大众的先河，时至近日，在新加坡约有近30个住宅小区、近5000户的家庭采用了这一系统。进入新世纪后，美国出现了一种X-10技术，即通过X-10通信协议，网络系统中的各个设备便可以实现资源的共享这种技术布线简单，功能灵活，扩展容易，该技术已经应用于美国约400万家庭。与普通的家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，能够提供舒适安全、高品位且宜人的生活空间，还把原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，甚至为各种能源支出节约资金。建筑智能化的重要特征就是:网络化、智能化、人性化、个性化。人们接受智能化产品融入自己的工作和生活，不再是为了好奇，而是需求。智能化系统、宽带综合布线系统带给人们的不仅是产品，更重要的是体现了一种服务模式和服务理念。基于这些突出优势，住宅的信息化、智能化将是一个不可避免的趋势。从技术角度看，智能家居是融合了计算机、网络、自动控制、传感等多种技术，并涉及生态、环境、能源等多个领域的综合性系统性工程，其实现归根到底是基于策略的自动控制和信息交换，所以，智能家居系统也就是一个综合了信息流和控制流的网络系统。智能家居的发展离不开相关技术的进步，相关技术的飞跃也必然改变智能家第一章绪论2居的面貌。由此可见，智能家居行业需要改变目前“各自为政”的情况，使不同厂家的产品可以互相兼容，方便在解决方案中采取适合质量等级的产品，组建开放性更好的系统进行模块化，所谓模块化就是产品开发商把智能家居产品做成不同功能的组件，可以根据用户的实际需求任意搭配。这样不仅可满足不同层次用户的需要，而且可以节约成本，也可以节约不必要的端口模块，增强系统的可维护性、可扩展性，简化系统集成的过程。绿色智能化建筑的绿色生态发展，主要包括节能、无污染、低功耗多功能的无线传感网络正好顺应了这一发展要求。由于智能家居是一个多行业交叉覆盖的系统工程，各个设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果是:不同设备之间的互连、互通变得非常困难。这种问题实际上就是由家居设备的通信协议标准没有统一造成的。在整个智能家居控制系统中，家庭网络是智能家居实现通信的基础，是住宅内部的神经系统，而通信协议又是其精髓所在，因此在智能居家系统的设计中，采用具有良好发展前景的通信协议具有重要的意义。1.2国内外研究现状自从世界上第一幢智能建筑在美国出现后，国外的智能家居已经获得了长足的发展。一些知名企业如IBM、CISCO、Siemens、Samsung、Mierosoft、Panasonic很早就投身到这一领域，最初他们的产品种类繁多，各自采用的技术标准也不尽相同。发展至今，已经形成了比较统一的通信协议标准，这些协议标准在国际智能家居和家庭网络中占据主导地位。国外目前比较流行的智能家居品牌AMX、Crestron、ELAN、HA以及已经打入中国市西华大学硕士学位论文场的Honeywell、LG。国外厂家大多数都是专业生产家庭智能化设备的，历史悠久，产品的可靠性以及性能都经历了验证。国外的智能家居产品比较注重家庭内部功能的实现，不足之处在于其价格比较高和联网的能力方面比较差。我国在智能家居研究领域起步较晚。最初，国内较有实力的家电厂商涉足了这一领域，比如，康佳、创维、厦华、美的、春兰等推出了系统改进的信息家电，为智能家居的实施提供了功能终端设备;然后到了1999年3月10日，微软的比尔·盖茨的深圳之行又推出了“维纳斯”计划，使国内的IT厂家对智能家居有了更加清晰的认识，他们将研究注意力主要集中在系统构成上，从而从根本上解决了目前智能家居存在的弊端和问题;目前，智能家居在国内的发展已全面展开，不论是技术还是市场方面都出现了可喜的局面。2008年12月4日，由千家网、千家品牌实验室共同主办的第九届中国国际建筑智能化峰会上，揭晓了“2008年中国智能家居十大品牌”，其中，中国国内的品牌有：上海索博、广州安居宝、青岛海尔、天津瑞朗、深圳波创、深圳普力特、上海无线传感网络课程设计3慧居、深圳松本先天下、厦门振威安全。就智能家居解决方案而言，主要的困难就是系统通信，而最核心的问题还是通信协议的选择。1.3本文研究的主要内容本文研究的主要内容是智能家居监控系统。在未来，智能家居监控系统将作为住宅的一部分，直接关系到住宅用户的满意度和舒适度。它监控着家中的一些安全隐患，如煤气泄露、火灾等，同时还可以控制家中的一应电器设施，另外三表抄送也融入其中。传统的智能监控系统往往利用了网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活的各个监控节点有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。但是传统的电缆有线连接已经渐渐退出家庭网络的舞台，因为现实中，很多房屋已经完成了装修，但没有专门为以后的智能家居系统预布线。而无线网络技术则可以在没有布线的情况下完成家庭局域网的搭建，而且无线智能模块的最大优点是安装非常方便，可拆分性特别强，能更好的适应各种应用环境的需要。楼宇监控系统如下图所示：图1-1楼宇监控系统第二章方案选择和结构设计4