基于zigbee智能家具的研究與設(shè)計(jì)

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1、類別科技發(fā)明編號＿＿＿安陽工學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目申請書項(xiàng)目名稱：基于ZigBee組網(wǎng)的智能家具系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)申請人：趙通學(xué)院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院學(xué)　　號：　201103030030　　聯(lián)系電話：　18211673203指導(dǎo)教師　　劉家磊起止年限：2014.4---2015.12二○一四年制一、立項(xiàng)依據(jù)（說明立項(xiàng)的理由）環(huán)境是人們賴以生存的必要條件，隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和提高，人們對自己的生活環(huán)境有了更高的要求，希望自己的生活環(huán)境健康、舒適。近些年，特別是人類在信息技術(shù)上的快速發(fā)展，

2、使得各種無線通信技術(shù)有了前所未有的突破，無線技術(shù)在智能家居上的應(yīng)用將越來越廣泛。因此，本文利用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)出了這種無線家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)（即終端節(jié)點(diǎn)）可以選擇溫度、濕度、亮度等傳感器，并且可以根據(jù)需求添加或減少傳感器節(jié)點(diǎn)。所以本文無線網(wǎng)絡(luò)終端模塊選用的CC2530芯片為平臺，以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。此芯片內(nèi)置8051內(nèi)核的單片機(jī)內(nèi)核，并有一定的內(nèi)存空間，故只要加上些少許外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)功能，無需再加單片機(jī)。在數(shù)據(jù)接收端（即協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)）收到的數(shù)據(jù)處理傳送到PC機(jī)上顯示

3、。為了讓用戶方便監(jiān)測數(shù)據(jù)，本文在PC機(jī)上設(shè)計(jì)了顯示界面，讓人們更加方便操作及監(jiān)測數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能正確獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。ZigBee即IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),是IEEE802.15工作組的標(biāo)準(zhǔn)之一,致力于實(shí)現(xiàn)一種適用于固定、便攜或移動設(shè)備使用的低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無線通信協(xié)議ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的,有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議,ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)

4、絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化(如圖1)。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)為4K字節(jié)或者作為Hub、路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點(diǎn),而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò),對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。ZigBee聯(lián)盟開發(fā)了安全層,以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識,而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點(diǎn)獲得。介質(zhì)訪問控制層網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定,IEEE802.15.4工作組負(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。圖1ZigBee協(xié)議層次定義結(jié)構(gòu)二、研究內(nèi)容（說明

5、項(xiàng)目具體研究內(nèi)容、方法，擬采用的技術(shù)路線等）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進(jìn)行調(diào)試、測試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)

6、上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。本系統(tǒng)由無線采集和無線控制兩部分組成,采集部分由CC2530單片機(jī)、SHT11溫濕度傳感器等組成,控制部分使用STM32單片機(jī)。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。

7、無線模塊的工作狀態(tài)可以通過發(fā)送控制指令使在休眠、工作模式之間轉(zhuǎn)換,最大限度的降低功耗。具體任務(wù)劃分如下：1、硬件設(shè)計(jì)主要包括：（1）溫濕度采集電路；（2）STM3232位單片機(jī)電路；（3）ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊（4）網(wǎng)絡(luò)接口模塊；（5）通信模塊2、軟件設(shè)計(jì)主要包括：（1）采集模塊（2）CPU處理模塊（3）ZigBee協(xié)議模塊（4）網(wǎng)絡(luò)通信模塊3、系統(tǒng)可靠性技術(shù)包括：（1）干擾產(chǎn)生的后果（2）STM32單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)（3）軟件抗干擾技術(shù)三、預(yù)期成果（說明技術(shù)指標(biāo)、預(yù)期成果和提供的形式等）

8、無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)擁有全面、可靠的環(huán)境信息采集分析能力。實(shí)現(xiàn)了環(huán)境信息監(jiān)測的精確性、全面性并且方便使用，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具有以下各種特點(diǎn)：(1)多對象監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要檢測多種環(huán)境信息，如：溫度、濕度、有害氣體濃度、光照強(qiáng)度等。這樣才能為用戶提供全面的環(huán)境信息參考。(2)多點(diǎn)監(jiān)測需要對同一環(huán)境參數(shù)在不同地點(diǎn)和不同時間分別進(jìn)行測量，這是因?yàn)榄h(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時間和空間上分布不具有均勻性，由此實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的全面性和高精度性，甚至有時需要對同一環(huán)境參數(shù)在多點(diǎn)進(jìn)行測量。(3)