智能家居监测系统的设计.doc

1、 石家庄铁道大学毕业设计 智能家居监测系统的设计 Design of The Intelligent Home Furnishing Mornitorning System 2014 届 电气与电子工程 学院 专 业 工业 自动化 学 号 20102543 学生姓名 指导教师 完成日期 2014 年 6 月 1 日 毕业设计成绩单 学生姓名 学号 20102543 班级 电 1002-2 专业 工业自动化 毕业设计题目 智能家居监测系统的设计 指导教师姓名 指导教师职称 副教授 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人 得分 答辩小组长 得分 成绩： 院长签字： 年 月 日 毕业设计任务书 题目

2、 关于 Zigbee 的智能家居监测系统的设计 学生姓名 学号 20102543 班级 电 1002-2 专业 工业 自动化 承担指导任务单位 电气与电子工程学院 导师 姓名 导师 职称 副教授 一、主要内容 1.了解 Zigbee 基本模块 ； 2.了解 ZStack 协议 ； 3.熟悉 Zigbee 模块的功能及在 ZStack 协议下的实现 。 二 、 基本要求 1.了解 Zigbee 主要模块的功能； 2.在 Zigbee 模块上实现 ZStack 协议； 3.信号采集以及对上位机进行发送。 三 、应收集的资料及参考文献 1.Zigbee 模块的相关参数 ； 2.ZStack 协议的相

3、关内 容 。 四 、进度计划 1.第 1 周至第 4 周 收集资料，熟悉设计环境，比较系统设计方案； 2.第 5 周至第 8 周 确定系统总体设计方案； 3.第 9 周至第 12 周 设计，优化，仿真，调试，完成设计； 4.第 12 周至第 16 周 整理论文，准备答辩。 教研室主任签字 时间 年 月 日 毕业设计开题报告 题目 智能家居监测系统的设计 学生姓名 学号 20102543 班级 电 1002-2 专业 工业 自动化 一、 研究背景 现代社会，人们越来越忙碌，生活节奏 越来越快，人们对于舒适生活的要求也变得越来越强烈。智能家居控制系统可以提供更好的处理方案，既快捷又省力，还能提供舒

4、适健康的环境。Zigbee可以用来检测室内温度、湿度，进而控制空调的运行，同时它又加强了处理紧急情况了能力，增加了住户的安全感，从而提高生活质量。 Zigbee的低能耗与高效率，大大满足了智能家居的要求，使用起来快捷方便，节能高效，它对于改善现代人类的生活质量，创造舒适、安全、便利的生活有着非常重要的意义。 二、 国内外研究现状 自从世界上第一栋智能建筑 1984 在美国出现后，西方国家先后提出了各种智能家 居照明方案，在这方面美国一直处于领先水平。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年， 50%以上的新房将具有一定的 “智能型家居 ”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智

5、能家居系统将比比尔 .盖茨耗资 6000 万美元的高端别墅便宜得多。 近年 来，以美国微软公司以及摩托罗拉俄日收的一批国际知名企业，先后跻身于智能家居的研究与开发中，例如：微软的 “梦之家 ”、 IBM 的 “家庭主任 ”、摩托罗拉的 “居所之门 ”等。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。 在国外大型企业研发的同 时，国内厂商也已开始智能家居产品的研发与生产，尤其是一些大公司凭借自己在资金与技术方面的又是，在低端产品市场上占据了相当重要的地位。比如清华同方的 e.home 事业部、北京的德达创先集团、伤害艾智系统有限公司等都在研发智能家居系统的相关产品

6、。尤其是在最近几年基于 Zigbee 的智能家居系统发展迅速，各个公司的 Zigbee产品正如雨后春笋一般迅速出产，智能家居正在逐步覆盖各个阶层。 目前，国内的这些智能家居系统还处于萌芽的阶段。近些年来，在各个大公司和媒体的大力宣传下，我国的家居环境监测行业开始起步，已经有一些前瞻 性很强的公司在从事此类系统的开发。另外，国内亦有些电器厂家也在市场上推出了自主的智能家居系统，类似的系统在家居环境的监测中均可以实现各种功能。 三、 主要工作及采用的方法 1 采用实验方法进行方案论证，模拟 Zigbee 无线网络实现智能家居网络； 2.对 Zigbee 无线技术进行深入的研究，并通过分析 Zigb

7、ee 技术及智能家居的特点，去定了智能家居内部的网络拓扑，寻址方式，消息类型等特征 ； 3.以 51 单片机射频收发芯片 CC5230 为核心搭建了一套 Zigbee 网络硬件平台，并通过与Zigbee 协议栈 的接口实现数据传输，并对 Zigbee 的主要功能进行了测试 ； 4.总结评估设计，进行改进。 四、预期达到的 结果 掌握 Zigbee 模块的参数功能与 ZStack 协议 ， 实现数据采集 模块与芯片的数据 传输并向上位机发送无线数据 。 指导教师签字 时间 年 月 日 摘 要 随着嵌入式计算、传感器、无线通信等技术的飞速发展，无线传感网被广泛应用于环境监测、军事国防和工农业控制等

8、诸多领域，已成为电子信息技术发展的一个热点。 CC2530 是 TI 公司针对 Zigbee 的无线传感网芯片解决方案，具有功耗低，可靠性高，组网简单等优势。基于 CC2530 和 Zigbee 协议，设计了温湿度数据采集系统 。在干扰环境下测试表明，网络具有较强的鲁棒性和自组能力。 本 课题 主要介绍基于 CC2530为核心的家庭环境监测系统的硬件电路设计和软件流程设计，实现了在家庭环境中对温度、湿度 、烟雾的监测 。将温度、湿度的 信息量经过单片机处理后 通过无线发送给上位机 。本设计使用 Zigbee 无线网络协议，将系统参数传输及控制，可与上位机实时通讯和监控。 关键词： CC2530

9、 传感器 Zigbee 环境监测 ABSTRACT With the rapid development of embedded computing, sensor, wireless communication technology, wireless sensor network is widely used in environmental monitoring, military defense, industrial and agricultural control fields, has become a hotspot in the development of electron

10、ic information technology. CC2530 is a wireless sensor network chip for Zigbee TI solution, with low power consumption, high reliability, simple networking advantages. CC2530 and based on Zigbee protocol, design the temperature and humidity data acquisition system, the software algorithm coordinator

11、 and ordinary nodes are given respectively, tested in interference environment, the network has strong robustness and self-organizing ability. This paper mainly introduces the design of hardware circuit and software flow design of family environment monitoring system based on CC2530 as the core, rea

12、lizes in the home environment of temperature, humidity. Among them, the analog temperature, humidity, light sensor through the SCM processing output control action corresponding adjusting the corresponding parameters; SCM outputs corresponding protection control: instantaneous over current protectio

13、n. This design uses Zigbee wireless network protocol, the system parameters of transmission and control, is also available with a PC real-time communication and monitoring. Key words: CC2530 Sensor Zigbee Environmental Monitoring 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 本文研究背景与意义 . 1 1.2 智能家居环境监测系统的特点 . 1 1.3 国内外发展现状及分

14、析 . 2 1.4 典型无线网络技术介绍 . 2 1.4.1 Zigbee 技术 . 2 1.4.2 Wi-Fi 技术 . 3 1.4.3 蓝牙技术 . 3 1.5.1 本文主要研究内容 . 3 1.5.2 本文主要研究创新点 . 4 第 2 章 Zigbee 技术综述 . 5 2.1 Zigbee 技术介绍 . 5 2.2 Zigbee 技 术的特点 . 6 2.3 Zigbee 网络设备组成和网络结构 . 6 2.4 Zigbee 协议分析 . 7 2.4.1 网络层 (NWK) . 7 2.4.2 应用层 (APP) . 8 第 3 章 家居环境监测系统方案 . 11 3.1 系统结构

15、. 11 3.2 系统功能定义 . 12 3.3 系统设计要求 . 12 第 4 章 家居环境监测系统硬件设计 . 14 4.1 系统电源电路 . 14 4.2 Zigbee 芯片 CC2530 . 15 4.3 家居环境参数采集模块 . 15 4.3.1 数字温湿度传感器 DHT11 . 15 4.3.2 烟雾传感器 MQ-2 . 16 4.4 CC2530 通讯 . 17 4.5 LCD 液晶显示模块 . 18 第 5 章 系统软件设计 . 19 5.1 Zigbee 无线通讯协议 . 19 5.2 温湿度传感器程序 . 20 5.3 烟雾传感器程序 . 20 第 6 章 系统性能测试与评

16、述 . 21 6.1 硬件测试 . 21 6.2 软件测试 . 21 第 7 章 结论与展望 . 22 7.1 结论 . 22 7.2 展望 . 22 总结 . 23 参考文献 . 24 致谢 . 25 附录 . 26 附录 A 外文文献 . 26 附录 B 中文翻译 . 34 附录 C 程序 . 39 石家庄铁道大学毕业 设计 1 第 1 章 绪论 1.1 本文研究背景与意义 千百年来，人类都在关注着自身的生活和居住条件，并努力改善和提高之。随着工业革命和信息技术革命的成功，进入 21 世纪后，人类的各种技术包括通信技术、计算机网络、控制理论、互联网等都有了很大的发展，另外，经济的发展也使我

17、们都希望居住在一个舒适的家居环境中，只有这样我们的生活才会更好，身体才 会健康。由于人们又了这种想法，由此智能家居系统也就越来越多的被人们所重视了。研究人员希望能通过这种新的技术将家居中各种智能化的设备、家用电器和家庭安防设备等整合一个智能化的系统上进行资源共享、分析、控制和管理这些设备，控制这些设备来对家居中的环境参数符合人们舒适居住使用的要求，营造一个良好的环境，从而可使用户能够居住在一个更高要求的环境中。 本文研究设计了一种智能家居环境监测子系统，实现对家庭环境的实时监测，实时为用户提供可靠并且全面的环境信息。智能家居系统中一个非常重要的部分就是本文所研究的环境监测子系统 。在这个系统中

18、，人们可以获得实时的居住环境信息，如温度和湿度、各种有害气体的浓度、光照强度、火灾信息等。同时，此系统中传感器所得到的环境参数可以为其它家居设备做决策参考，最终由智能家居系统实现对家庭环境的智能调节，比如，当测量到的光照强度高于用户设定的一定值的时候，系统就将启动自动窗帘系统的马达，自动将窗帘关到一定程度，以降低室内的光强度，适合居住；又如，当温度值偏低时，系统就将启动空调设备进行工作，来增高室内温度。因此，智能家居系统为用户提供了安全、舒适、便捷生活的环境，从而使环境监测子系统成为了智能家居 系统的一个非常重要关键部分与基本环节，能否拥有一个好的智能家居系统的关键在于能否设计出好环境监测子系统，这对改善人们生活环境的舒适度有非常重要的意义。 1.2 智能家居环境监测系统的特点 无线环境监测系统拥有全面、可靠的环境信息采集分析能力。为了实现环境信息监测的精确性、全面性并且方便使用，本文的环境监测系统应具有以下各种特点： (1)多对象监测，环境监测系统需要检测多种环境信息，如：温湿度、有害气体浓度、光照强度等。这样才能为用户提供全面的环境信息参考。