1、本科毕业论文（20 届）基于 ZigBee 协议的智能灯控系统所在学院 专业班级 光电工程与光通信 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要I摘 要随着科技的发展，人民生活水平的提高，人们对住宅的要求也越来越高，智能家居就是为解决人们的这一要求诞生的。照明是建筑的重要组成部分，人们对房屋舒适度的需求不断增多，智能照明行业发展前景可期。作者经过对智能照明系统相关技术的分析和市场调研，针对上述问题提出了一个基于 Android 平台和 WIFI 无线网络的智能家居照明系统的解决方案。该系统使用一个 Android 手机作为控制中心，CC2530 作为无线收发器，通过 WIFI 无线
2、网络，从而达到对照明系统控制的目的。本智能照明系统设计方案基本可以满足用户对照明控制的功能需求，同时由于采用了 WIFI 无线技术，大大降低了整个系统的成本。 关键字：智能照明系统，Android，CC2530ABSTRACTIIABSTRACTWith the development of science and technology to improve peoples living standards, people demand more and more comfortable houses, smart home is to solve this requires . Lighti
3、ng is an important part of the building, the demand of comfortable houses continues to increase , intelligent lighting industry with a bright future. On the intelligent lighting system through related technology analysis and market research, to address the problem presented a solutions based on Andr
4、oid platform and WIFI wireless network smart home lighting systems . The system uses an Android phone as the control center, CC2530 as wireless transceivers, via WIFI wireless network, so as to achieve the purpose of the lighting system control. The intelligent lighting system design to meet the bas
5、ic needs of lighting control for users , but thanks to the WIFI wireless technology, which greatly reduces the cost of the entire system.Key Words:Intelligent lighting system， Android， CC2530目 录III目 录第 1 章 引言 .11.1 智能灯控系统的研究背景 .11.2 课题的研究价值及意义 .11.3 智能灯控系统的研究现状 .21.4 课题重点研究内容 .2第 2 章 理论基础 .42.1 Andr
6、oid 系统 .42.1.1 Android 系统架构 .42.1.2 Android Framework 框架 .62.1.3 Android 的生命周期 .72.1.4 Android 开发软件 Eclipse.82.2 ZigBee 技术 .92.2.1 无线通信技术比较 .102.2.2 ZigBee 协议栈 .112.2.3 ZigBee 开发模块 .132.3 Socket 通信 .152.3.1 Socket 中重要的 API.162.3.2 Socket 的连接过程 .16第 3 章 手机客户端的设计与实现 .183.1 UI 界面设计 .183.1.1 几种常用控件的实现 .
7、193.1.2 人机交互 UI 实现 .253.2 Socket 通信的实现 .33第 4 章 硬件的设计与实现 .464.1 硬件电路设计 .464.1.1 CC2530 芯片的优势 .464.1.2 LED 模块 .474.1.3 天线模块 .484.1.4 串口模块 .484.2 硬件编程中的通信协议 .494.2.1 数据通信的报文格式 .494.2.2 功能码设置 .50第 5 章 系统测试 .525.1 UI 测试 .535.2 网关到 ZigBee 的测试 .565.3 系统整体测试 .58第 6 章 结束语 .60目 录IV6.1 本文总结 .606.2 本系统展望 .60参考
8、文献 .61致 谢 .64外文资料原文 .65外文资料译文 .70第 1 章 引言1第 1 章 引言由于计算机的不断发展，智能家居系统也随之诞生。智能家居是利用网络技术，通信技术，综合布线技术结合人体工程学原理，融合个性需求将家中使用的家电如冰箱，空调，电视，暖气，安防等有机的结合在一起，通过智能控制终端统一控制和管理，实现“以人为本”的全新家居理念 1。而照明是建筑的重要组成部分，随着人们生活水平的提高，对房屋舒适度的需求不断增多，智能照明行业发展前景可期。 1.1 智能灯控系统的研究背景智能家居 2是人类住宅的一场新革命，在我国高科技和信息技术正在由智能大厦走向智能住宅小区，进而走进家庭。
9、现代社会的家庭正在以家庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境，作为一个理想的目标来追求 3。照明是建筑的重要组成部分，随着人们生活水平的提高，对房屋舒适度的需求不断增多，智能照明行业发展前景可期。作为楼宇和家庭智能化的重要组成部分，智能照明市场份额也将随之不断增加，产业发展迎来突破 4。此外，伴随我国房地产市场的不断发展，家用智能照明系统也将进入快速发展时期。ZigBee Light Link（ZLL）智能照明市场前景乐观 5。本智能家居系统，主要是基于 Zigbee 网络节点的智能家居系统。 ZigBee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议，根据国际标准规
10、定，ZigBee 技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。它成本低，可扩展性强，功耗低，灵活性强，开放高效，安全可靠而且可以实现远程终端控制，真正满足了用户智能家居化的需求。1.2 课题的研究价值及意义此项目的智能灯饰，主要是基于 Android 平台和 Zigbee 网络节点的智能家居系统，它具有成本低，功耗小，可扩展性强，灵活性强，开放高效，安全可靠的特点而且可以实现远程终端控制，真正满足了用户智能家居化的需求。它还能取第 1 章 引言2代目前市场上的 43MMHZ、WIFI、蓝牙等五项技术灯控方案，只要遵循 ZLL 标准协议的灯具都可以兼容使用，所以具有较高的实用价值。1.3 智能灯控系
11、统的研究现状智能照明的这些功能决定了它的应用价值，国内外已有一些领域已经展开应用。智能照明现在在国外应用的比较多一些，像日本的医院，通过智能照明系统，实现了符合昼夜节律的照明，使得住院人员的生活周期保持稳定，同时实现了节能 6。上海世博会也用到了智能照明系统，国内的一些公司在这方面也做的不错。例如昌骏科技就推出了 50-100m2，100-200m 2，100-200m 2，以及别墅的智能灯控解决方案；针对酒店他们还提供客房的早安情景，浪漫情景和娱乐情景的灯控方案。国奥村花园酒店作为目前世界唯一以北京奥运会及奥林匹克文化为主题的酒店，位于北京国奥村内。国奥村即北京奥运会赛时的奥林匹克运动员村（
12、奥运村），是 2008 年奥运会、残奥会各国运动员、官员住地及会议场所。这个酒店也是采用了当时先进的智能灯控系统。1.4 课题重点研究内容论文介绍的是基于 Android 平台和 WIFI 无线网络的智能家居灯控系统解决方案。其中涉及 Android 平台的应用开发技术、无线通信技术、远程控制技术。论文中所设计的智能家居灯控系统是以 Android 手机作为控制端，以 WIFI 无线模块组成室内网络作为信息传输网络，从而达到对家庭中的灯饰进行集中控制和管理的目的 7。课题的重点内容有： (1) 了解并分析国内外智能灯控系统的研究现状，对比世界上主流智能灯控系统系统的优势和不足，挖掘人们对智能灯
13、控系统新的需求，提出具有较全功能且价格便宜的解决方案，给出系统的总体设计和详细设计。 (2) 手机端的人机交互界面设计。一个良好的人机交互界面无疑是对顾客最直观，最具吸引力的。智能家居本来就是为了方便用户生活，所以设计智能家居人机交互界面首要原则是要操作方便，其次还应该遵循用户原则、信息量小原则、帮助提示原则和媒体最佳组合原则。 第 1 章 引言3(3) 手机和 CC2530 的通信设计。本智能家居解系统决方案的控制中心主要是安卓手机。安卓手机通过 WIFI 信号发送控制命令，控制命令通过网关进行TCP/IP 和 ZIGBEE 的协议转换，最后经过协议转换的命令控制 CC2530 芯片。 (4
14、) TCP/IP 和 ZIGBEE 协议的转换。(5) 智能家居系统测试，论文中首先分别对智能家居系统的各个模块进行了测试，各个模块运行正常后，再对智能家居总体进行了简单的测试。第 2 章 理论基础4第 2 章 理论基础2.1 Android 系统Android 系统是基于 Linux 内核的开源操作系统，自 2007 年 Google 向外展示这款名为 Android 的操作系统，从此 Android 便开始逐渐占领全球手机平板市场。截止 2013 年 9 月，全球使用 Android 系统的移动设备已经超过 10 亿台，智能手机市场占有率在 76%。 系统之所以选择 Android 操作系
15、统，一是因为它现在极大的市场占有率，二是它的优点：它开放性好，有强大的开发软件者的支持，让消费者有很多软件可以使用；摆脱了运营商的束缚，用户可以更加方便的连接网络；丰富的硬件选择，由于 Android 的开放性，厂商们推出了各种各样的产品，却不影响兼容性；不受任何限制的开发，Android 平台为第三方开发商提供了一个很自由，宽泛的环境，众多的软件由此而生；无缝结合的 Google 应用，Android 平台无缝的结合了 Google 服务如地图、邮件、搜索等。 2.1.1 Android 系统架构一个平台要成为一个优秀的平台，它必须得有一个成熟的系统架构所支撑。众所周知，Android 系统
16、现在已经占据大部分市场份额，可见其系统的优秀性和成熟性。图 2-1 为 Android 系统架构图。 分层架构在系统架构中广泛使用，Android 系统也是采用的分层架构，大概可以分为四层，从上至下依此为：应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层以及 Linux 内核层。下面分别简单介绍下这四层： （1）应用程序层 应用程序层是 Android 系统架构的最上面一层。Android 平台之所以能取得成功，不仅仅是因为其是一个好的操作系统，还因为其包含了很多优秀的应用程序，如：拨号程序、web 浏览器程序、图片浏览器程序、摄像机程序等。Android 的这些程序都是由 java 语言开发的，开发
17、人员也可以自己编写自己的应用程序来替代这些程序，这样的方式使得 Android 操作系统更加的灵活和个第 2 章 理论基础5性化，这点不同于其他手机操作系统是把这些软件固化在系统内部，无法更改。 （2）应用程序框架层 应用程序框架层是 Android 系统很重要的一层，很多应用程序的核心功能都是通过这一层来实现的，它是程序员进行 Android 应用开发的基础。该层中实现了很多组件，程序员可以直接使用这些组件来进行快速的应用程序的开发，也可以继承这些组件来实现具有自己个性的一些应用程序 8。从图 2-1 中不难看出，Android 的应用程序框架层里面主要包括：Activity Manager
18、(活动管理器)、Window Manager(窗口管理器 )、Content ProvIDer(内容提供器)等。（3）系统运行库层 从图 2-1 中可以看出， Android 平台的系统运行库这层分为两部分：系统库和 Android 运行时。以下简单介绍下这两部分：a） 系统运行库：系统运行库支撑着应用程序框架层，是应用程序框架层和 Linux 内核层之间的桥梁，它起着连接这两层的重要作用。系统运行库主要分为如下几个部分：Surface Manager 、Media Framework 等 b） Android 运行时是由核心库和 Dalvik 虚拟机组成，Android 应用程序时采用 Java 语言编写，程序在 Android 运行时中执行。（4）Linux 内核层 Android 系统的内核是基于 Linux2.6 的，因此 Android 系统的一些核心系统服务如内存管理、网路协议、驱动模型、进程管理、安全性等都依赖于 Linux 内核。 图 2-1 为 Android 系统架构图
