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学校代码：10289分类号：TP368密级：公开学号：102030031江苏科技大学硕士学位论文基于ZigBee智能家居控制系统的研究与设计研究生姓名张科导师姓名王宝忠申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业信号与信息处理论文提交日期2012年12月研究方向信号处理理论与技术论文答辩日期2013年3月答辩委员会主席评阅人2013年3月15日基于ZigBee智能家居控制系统的研究与设计张科江苏科技大学分类号：TP368密级：公开学号：102030031工学硕士学位论文基于ZigBee智能家居控制系统的研究与设计学生姓名张科指导教师王宝忠副教授江苏科技大学二O一三年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandDesignofIntelligentHomeControlSystemBasedOnZigBeeTechnologySubmittedbyZhangKeSupervisedbyWangBao-ZhongJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch,2013江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要I摘要随着生活水平不断提高，人们对住宅的功能要求越来越高，希望家居能植入智能化程序，实现物与物和物与人的交流，并且能随时随地了解家居状况和控制家居；越来越追求生活细节上的简单化与智能化，享受更加轻松、有序、高效的生活。物联网技术的出现为其奠定了良好的技术基础，给智能家居带来了新的春天。本课题是在传统红外家电遥控器不兼容、红外信号需要直视空间以及物联网技术飞速发展的背景下，研究设计了基于ZigBee技术的智能家居控制系统。它主要完成家庭内网的组建、内网与外网的信息交互（网关）以及红外遥控信号的学习等，实现在家庭内部开关量设备和传统红外家电等设备的控制信号“无间距”的共享。ZigBee无线通信技术具有低复杂度、近距离、体积小、能耗少、成本低、自愈能力强和传输速率低等优点，是智能家居内部组网技术的首选。网关采用低成本MCU，使其脱离PC化，是智能家居网关的发展趋势。在分析现有智能家居基础上给出了一种智能家居系统的设计思想和实现方法。主要内容包括：首先，分析了红外遥控器与智能家居网络相结合的意义；在结合实际的需求与深入研究ZigBee网络拓扑结构的基础上，采用簇状网络作为网络拓扑结构。其次，采用CC2530ZigBee芯片和MSP430F247单片机设计了一种低成本、灵活性好、通用的网络控制器。该控制器具有可学习型红外模块、电话远程控制模块和与之对应的语音提示模块，同时还为ARM服务器提供协议接口。可学习红外模块主要对家里红外家电控制信号的学习，从而实现对各种遥控器的复制，对红外数据采用模式识别和聚类方法分离信号并压缩，节省储存空间，存储到非易失性存储器，以供不同方式的调用，使传统红外家电融入到智能家居网络，进而丰富智能家居的无缝控制体系。电话远程控制及语言提示模块主要提供一种异地对家居控制的手段。最后，对终端节点采用CC2530加上开关量模块、传感器模块、红外发射模块，进而实现开关量、红外信号、传感数据在家庭内部“无间距”的共享。软件方面，实现可裁剪家居数目，体现个性化。界面操作简单，控制方式多种多样。与传统智能家居相比，具有免布线、易扩展、个性化、维护方便、红外家电“无间距”控制的优点，有广泛的应用前景。关键词红外可学习遥控；智能家居；ZigBee；数据压缩；CC2530江苏科技大学工学硕士学位论文IIAbstractIIIAbstractWithcontinuousimprovementoflivingstandards,peoplehaveanincreasingrequirementontheresidentialfunction.Intelligenthouseholdhasbeenahopeofhuman,whichcanrealizecommunicationbetweensubstanceandhuman,wheneverandwhereverhouseholdersfindoutthehomestatusandcontrolthem.Smarthomecanalsomakelifesafer,morecomfortableandconvenient.Theemergenceoftheinternetofthingstechnologyprovidesagoodtechnicalfoundationandbringsnewdevelopmentopportunitiestosmarthome.Inrecentyears,Theinternetofthingstechnologyisadvancingbyleapsandbounds.However,remotecontrollersamongtraditionalinfraredappliancesarenotcompatible,infraredsignalsareinworkingstateonlywithindirect-viewspace.Itisunderthebackgroundthatthissubjectisproposed,whichdesignsZigBee-basedsmarthomescontrolsystemthatcompleteshomeinternalnetworkestablishment,exchangesinformationbetweenhomeinternalandexternalnetworkandrealizesself-learningofinfraredremotesignals.Thissystemcanachieve‘nogap’sharebetweenswitchvaluemodeinhomeandtraditionalinfraredappliances.Withadvantagesoflow-complexity,close-distance,small-volume,low-loss,low-cost,goodself-healingabilityandlowtransmissionrate,ZigBeewirelesscommunicationtechnologyisthepreferredchoiceofinternalnetworkestablishmenttechnologyinsmarthome.ThegatewayutilizesMCUthatislowcost,whichcangetridofPCmode.Itisthedevelopmenttendencyofsmarthomegateway.Thisdissertationputsforwardanewdesignandimplementationmethodofintelligenthouseholdonthebasisofexistingstudies.Thisdissertationisorganizedasfollows:significancethattheinfraredremotecontrolandintelligenthomenetworkcombinedisfirstlyanalyzed;combiningwiththeactualneedsandin-depthresearchoftheZigBeenetworktopology,thisdissertationusesclusternetworkasthenetworktopology.Secondly,anewnetworkcontrolleroflow-cost,high-flexibilityandgoodgeneralapplicabilityisdesignedbyCC2530ZigBeechipandMSP430F247MCU，whichcanprovideprotocolinterfaceforARMserver.Self-learninginfraredmodulethatlearnsinfraredappliances’scontrolsysteminordertoimplementreplicationvariousremotecontrolandtelephoneremotemodulewithvoicesystemmodule.Inordertosavestoragespaceoftheinfrareddatesthataresavedonnonvolatilememoryandareusedbyvariouscontrollers,thispaper江苏科技大学工学硕士学位论文IVutilizesclusteringandpatternrecognitiontodosignal’sseparationandcompression.So,wecanaddtraditionalinfraredappliancestosmarthomenetworkingtoenrichseamlesscontrolsystemofintelligenthousehold.Finally,thispaperusesCC2530chipwithswitchmodule,sensormoduleandinfraredemissionmoduletorealizethe‘nogap’shareamongswitchvalue,infraredsignalsandsensingdates.Aboutsoftware,inadditiontothesimpleinterfaceandvariouscontrolpatterns,wecancontrolthenumberoffurnituresinlinewithourwishes.Comparedwithtraditionalintelligenthousehold,thesysteminthisdissertation,whichisfree-wiring,easy-scalable,personalization,convenient-maintenanceand‘nogap’controlamonginfraredappliances,haswidespreadapplicationprospects.Keywordsself-learningremotecontrol;Intelligenthome;ZigBee;datacompression;CC2530目录V目录摘要......................................................................................................................................IAbstract................................