基于ZigBee技术的智能小区控制系统设计

长春大学毕业设计（论文）纸第I页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第1章前言.........................................................11.1ZigBee即使的发展状况...........................................11.2Zigbee技术的应用领域及其特点...................................11.3GSM技术简介....................................................3第2章系统总体设计方案...............................................52.1设计要求........................................................52.2系统主机部分方案分析............................................52.3系统数据采集部分分析............................................52.3.1防盗部分...................................................52.3.2气体传感器防火灾部分.......................................62.3.3防燃气泄露部分.............................................62.4数据传输部分....................................................6第3章系统硬件设......................................................83.1传感器的选取设计................................................83.1.1热电式红外传感器原理及说明................................83.1.2气体传感器的选取.........................................113.1.3燃气泄露传感器...........................................133.2ZigBee模块介绍................................................143.3传感器与cc2430的连接..........................................183.4AT89C51功能介绍...............................................183.4.1AT89C51主要技术参数......................................183.4.2功能特性概述.............................................193.4.3引脚功能说明.............................................193.4.4单片机外围电路设计.......................................213.5GSM模块.......................................................213.5.1TC35I简单介绍............................................213.5.2TC35I引脚介绍...........................................223.5.3TC35I开发技巧..........................................233.6TC35I与T89C51连接图..........................................233.7AT89C51单片机与PC机的串口通信................................243.7.1串口电路.................................................243.7.2一般说明.................................................25第4章系统软件设计...................................................264.1软件流程图.....................................................264.2软件编程.......................................................26致谢..................................................................33参考文献..............................................................34长春大学毕业设计（论文）纸共34页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章前言1.1ZigBee技术的发展状况在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，ZigBee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee基站却不到1000元人民币;每个Zigbee网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料;除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。Zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。尽管，国内不少人已经开始关注Zigbee这们新技术，而且也有不少单位开始涉足Zigbee技术的开发工作，然而，由于Zigbee本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前为止，国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司，真正将Zigbee技术开发成产品，并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外，尚未见到其它报道。1.2Zigbee技术的应用领域及其特点Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，长春大学毕业设计（论文）纸共34页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。（成都西谷曙光数字技术公司的专利技术）。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：.需要数据采集或监控的网点多；.要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；.要求数据传输可性高，安全性高；.设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；.电池供电；.地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；.现有移动网络的覆盖盲区；.使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。.使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。Zigbee技术的特点：.省电：两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间.可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。.时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。.网络容量大：可支持达65000个节点。.安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128。.高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密。[2]本设计中采用的ZigBee芯片是cc2430芯片，CC2430是TI/ChipconAs公司最新推出的符合2.4GIEEE802.15.4标准的射频收发器.利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbit/s可以实现多点对多点的快速组网。CC2430的主要性能参数如下：(1)工作频带范围：2.400～2.4835GHz；(2)采用IEEE802.15.4规范要求的直接序列扩频方式；(3)数据速率达250kbit/s码片速率达2MChip/s；(4)采用o-QPSK调制方式；(5)超低电流消耗（RX:19.7mA,TX:17.4mA）高接收灵敏度（-99dBm）；(6)抗邻频道干扰能力强(39dB)；(7)内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器采用低电压供电(2.1～3.6V)；长春大学毕业设计（论文）纸共34页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊(8)输出功率编程可控；(9)IEEE802.15.4ＭＡＣ层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bitCRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR,CBC－MAC,CCM)；(10)与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)；(11)采用QLP-48封装，外形尺寸只有７×７ｍｍ。CC2430只需要极少的外围元器件，它的外围电路包括晶振时钟电路、射频输入／输出匹配电路和微控制器接口电路3个部分CC2430为IEEE802.15.4的数据帧格式提供硬件支持。其MAC层的帧格式为头帧＋数据帧＋校验帧；PHY层的帧格式为,同步帧＋PHY头帧＋MAC帧,帧头序列的长度可以通过寄存器的设置来改变。可以采用16位CRC校验来提高数据传输的可靠性。发送或接收的数据帧被送入RAM中的128字节的缓存区进行相应的帧打包和拆包操作。[5]1.3GSM技术简介GSM全名为：GlobalSystemforMobileCommunications，中文为全球移动通讯系统，俗称全球通，由欧洲开发的数字移动电话网络标准，它的开发目的是让全球各地共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。GSM系统包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM-1900、1900MHz等几个频段。GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰