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基于ZIGBEE网络的智能家居无线网络论文(DOC 23页)无线传感网络课程设计—基于Zigbee技术的智能家居无线传感网络专业：电子信息班级： 0742学生姓名：李昆鹏学号： 07指导教师：吴丹刘君玲信息工程学院目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文研究的主要内容 (3)第二章方案选择和结构设计 (4)第三章Zigbee协议的应用 (6)3.1 ZigBee协议分析 (6)3.2 ZigBee协议的应用领域 (7)3.3 ZigBee协议栈结构和原理 (7)3.4 ZigBee网络节点配置 (8)第四章系统硬件设计 (9)4.1 数据处理模块的结构设计 (9)4.2 DSP芯片TMS32OF2812的介绍 (10)4.3 数据处理模块外围电路设计 (11)4.4 数据处理模块辅助电路设计 (12)第五章系统软件设计 (13)5.1 zigBee无线传感网络的组建 (13)总结与展望 (17)参考文献第一章绪论1.1 课题研究的背景智能家居或称智能住宅，与智能家居的含义近似的还有家庭自动化、电子家庭、数字家园、家庭网络、网络家居，智能家庭/建筑。
智能家居概念的起源很早，但一直没有具体的建筑案例出现。
世界上第一套智能建筑系统于1984年在美国的康涅狄格州哈特福德市出现，当时是由美国联合科技公司改造了一座旧式大楼，对大楼的空调、电梯、照明等设备采用计算机进行监测控制。
从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
随着大量采用先进电子技术的家用电器的面市，住宅电子化出现。
上世纪80年代中期，将家用电器、通信设备和安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化的概念。
到了80年代末，通信技术的飞速发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，也就是智能家居的原型。
1997年，比尔.盖茨的智能豪宅历时七年终于建成，这幢建筑完全按照智能住宅的概念建造，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制。
机器人3课程设计（论文）题目：基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计摘要随着生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、生活日益信息化。
信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。
因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。
关键词: Zigbee ；Z-Stack；CC2530芯片；智能家居The Design of Smart Home Control System Based on ZigBee Technology TechnologyABSTRACTWith the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment.Information society has changed people’S lifestyle and work habits to makeintelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches moreand more people’S attention.Thereforethe topic about the integration andmanagement of various communication equipments in home，household appliancesand home security devices combined by the intelligent home c ontrol system remotel，has become a hot research point in recent years．Key words: Zigbee; Z-stack;CC2530;Smart Home目录1绪论 (1)1.1无线传感器网络 (1)1.1.1无线传感器网络概况 (1)1.1.2无线传感器的应用现状 (1)1.1.3无线传感器的未来前景 (2)1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络 (2)1.3论文结构 (3)2 Z-Stack协议栈 (4)2.1 Zigbee协议介绍 (4)2.1.1 Zigbee协议栈的结构 (4)2.2 Zigbee网络结构 (5)2.3 Z-Stack协议栈介绍 (6)2.3.1寻址 (6)2.3.2绑定 (9)2.3.3路由协议 (9)2.3.4数据发送函数 (10)2.3.5网络组建过程 (10)2.3.6数据接收函数 (10)3智能家居系统的实现 (13)3.1系统的整体介绍 (13)3.2系统硬件介绍 (13)3.2.1各类传感器模块 (13)3.2.2终端节点和数据汇聚模块 (15)3.3系统软件介绍 (16)3.3.1终端节点和数据汇聚模块软件设计 (16)3.3.2上位机（PC机）的监控界面 (18)4结论 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 绪论1.1无线传感器网络1.1.1无线传感器网络概况无线传感器网络是指大量的移动的或静止的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。
摘要摘要当今人们对环境越来越关注，不仅仅是室外环境，室内环境同样十分重要。
小到每家每户的小居室，大到矿井粮仓等室内环境，它们的安全是对人们健康及物质财富的一个保障。
随着信息技术的不断发展，无线通信技术和传感技术的结合产生了无线传感网络，它开始广泛用于环境监测。
本文就是利用ZigBee技术对室内环境监测系统的一个设计。
该系统以CC2530芯片为核心，组建了一个星型网络。
网络中使用4个传感器节点，对室内的温度、光照强度、可燃气体浓度进行监测。
同时还带有人体红外感应器，可以用于室内安全保障。
所有采集到的数据以无线的方式传给协调器。
该系统弥补了传统环境监测系统的不足，避免了有线方式下的布线困难等问题。
同时该系统的安装和维护成本低，并且一个节点兼容多个传感器，可以实现多种环境数据的采集。
论文首先介绍了无线传感网络，概述了各种短距离无线通信技术，重点介绍了ZigBee应用于此系统的优势。
然后从系统的硬件设计入手，介绍了各个节点及传感器的硬件设计。
紧接着与此对应的介绍了软件的设计。
重点概述了协议栈的使用和传感器程序的设计。
最后展示了调试运行的结果，证明了此系统是可行的。
关键词无线传感网络；ZigBee技术；CC2530；星型网络I燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractToday , people are increasingly concerned about the environment , not just about the outdoor environment , indoor environment is equally important. From small room in every family to the large barn and mine , their security is very important to people’s wealth and health. With the development of information technology , the combination of wireless communication and sensor technology produces the wireless sensor networks , which have been widely used in the environmental monitoring. In this paper , a design of system of indoor environmental monitoring will be introduced , which uses the technology of ZigBee.This system uses CC2530 as the core to form a star network. In the network four sensor nodes have been used to monitor the temperature , light intensity , the concentration of combustible gas. Besides this , human infrared sensor is also used for indoor security. All collected data are transmitted to coordinator wirelessly. This system can make up for the shortcoming of traditional environmental system , and avoid the difficulty of wiring. Besides this , the cost of installation and maintenance is low. And a node are capable of using multiple sensors , which can collect various environmental data.First , the paper introduce the wireless sensor networks , and have an overview of all kinds of short-distance wireless communication , the introduction highlights the technology of ZigBee. Then the paper introduce the hardware and software design of the system and four sensors. It focus on the using of protocol stack and the program of sensors. Finally it shows the result of operation , which demonstrate that the system is usable.Keywords Wireless sensor network ;The technology of ZigBee ; CC2530 ;Star networkII目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................. I I 第1章绪论. (1)1.1课题背景 (1)1.2室内环境监测国内外研究现状 (1)1.3本文研究内容和论文结构安排 (2)1.3.1本文研究内容 (2)1.3.2本文研究意义 (3)1.3.3论文结构安排 (3)第2章ZigBee技术特点及设计方案 (4)2.1无线传感网络概述 (4)2.2常见短距离无线通信技术及其比较 (5)2.3ZigBee技术特点 (6)2.4ZigBee无线传感网络 (6)2.4.1ZigBee网络设备类型 (6)2.4.2ZigBee网络拓扑结构 (7)2.5ZigBee协议体系结构 (7)2.6系统总体设计方案 (9)2.7本章小结 (10)第3章系统的硬件设计 (12)3.1搭建ZigBee无线传感网络 (12)3.2CC2530核心电路板设计 (13)3.3协调器电路设计 (14)3.3.1按键电路设计 (14)3.3.2电源电路设计 (15)3.3.3串口电路设计 (16)3.4CC2530数据采集节点电路设计 (16)3.4.1 温度传感器 (16)3.4.2MQ-2烟雾传感器 (17)III3.4.3光照强度传感器 (18)3.4.4HC-SR501人体红外传感器 (18)3.5本章小结 (18)第4章系统软件设计 (20)4.1软件开发环境 (20)4.2Z-stack协议栈 (21)4.2.1任务初始化 (21)4.2.2 协议栈的任务调度 (22)4.2.3时间管理 (22)4.2.4原语通信 (23)4.3数据采集节点程序设计 (24)4.3.1温度采集程序设计 (24)4.3.2 光照强度采集程序设计 (26)4.3.3 可燃气体浓度采集程序设计 (26)4.3.4人体红外感应程序设计 (27)4.4协调器节点程序设计 (27)4.5通信协议 (28)4.6数据的发送与接收 (29)4.7本章小结 (30)第5章调试与运行 (31)5.1组网效果 (31)5.2数据采集节点性能测试 (32)5.3运行结果分析 (33)5.4本章小结 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢...................................................................................... 错误！未定义书签。
基于Zigbee技术的电梯远程监控系统实现摘要:本文利用Zigbee无线传输技术实现电梯监控设备的远程组网,实现电梯运行状态参数的采集与监控,在保证信号稳定传输的前提下,提出来一种系统运营费用较低的电梯远程监控系统实施方案关键词:Zigbee 电梯远程监控1 引言随着社会的进步,经济的快速发展,我国电梯的保有量呈现爆发式增长的局势。
截至2010年底,我国电梯的数量达到160万台左右,并且还在以每年20%以上的速度快速增长。
电梯作为特种设备之一,在人们日常生活中发挥着越来越重要的作用。
但由于种种原因,电梯的安全事故不断发生,如北京“7.5”北京地铁自动扶梯事故,使得电梯安全问题越来越受到社会各方面的广泛关注。
作为电梯的监管部门,如何找到经济有效的技术手段,对电梯实施安全监管,成为摆在监管部门面前的一个重要课题。
2 Zigbee技术简介ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
简单的说,Zigbee是一种高可靠的无线数传网络,类似于CDMA和GSM网络。
Zigbee数传模块类似于移动网络基站。
通讯距离从标准的75m到几百米、几公里,并且支持无限扩展。
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,在整个网络范围内,每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信,每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立,因而,它必须具有简单,使用方便,工作可靠,价格低的特点。
而移动通信网主要是为语音通信而建立,每个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作为监控对象,例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控,还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。
第３０卷第３期 ２０１７年５月 濮阳职业技术学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｕｙａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖｏ１．３Ｏ Ｎｏ．３
Ｍａｙ．２０１７
基于Ｚｉｇｂｅｅ网 络节点的移动性支持 王瑞娜 （三门峡职业技术学院信息传媒学院，河南三门峡４７２０００）
摘要：Ｚｉｇｂｅｅ技术以其互联简单、低功耗的特点被广泛应用，但环境的多样化和复杂化增大了传感器的流动性，针对常见 的两种网络结构中节点移动带给网络的影响进行分析研究，模拟实验并给出仿真结果，测试显示网状路由适合于节点移动性强 的网络，树状路由更适合于静态网络。 关键词：Ｚｉｇｂｅｅ；路由策略；多节点移动性；仿真 中图分类号：ＴＮ９２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９１６１（２０１７１０３—００６９—０２
随着无线网络技术在不同方面的广泛应用。如 家庭医疗保健、医疗监控、消费电子、传感器和环境 传感器等，简单设备与许多传统有线服务都可以有 效地连接到无线网络中。同时还可在无线端设置不 同功能的应用程序。Ｚｉｇｂｅｅ技术就是更好的提供自 动化控制、管理设备和资产。实现无线网络管理开发 的有效技术。 Ｚｉｇｂｅｅ应用中，网络拓扑结构由于其节点移动 性和设备故障的发生会随时改变。前期无法预测。例 如在老年人健康监测中．通过健康监测传感器随时 将数据提供给医院。如果出现突发情况，监测器失 灵，路由协议要及时自适应改变，否则后果严重。本 文重点研究Ｚｉｇｂｅｅ网络的基本行为，预测各种网络 变化的可行性和适用性．分析节点设备移动性对 Ｚｉｇｂｅｅ网络路由协议的影响，为无线网络有效、可靠 的应用提供基础。 一、Ｚｉｇｂｅｅ网络概述 随着无线网络技术的快速发展，许多无线网络 连接技术应运而生，Ｚｉｇｂｅｅ标准就是实现无线网络 双向互连的一种无线通信技术。Ｚｉｇｂｅｅ技术可提供 更好的自动化控制和管理设备与资产的能力，还广 泛应用于电子消费、医疗监控和家庭保健、无线传感 定位等方面。 Ｚｉｇｂｅｅ技术规范是基于ＩＥＥＥ ８０２．１５．４的物理 层（ＰＨＹ）和媒体访问控制层（ＭＡＣ）建立起来的，而 上层协议分为网络层和应用层【 】（５ 。Ｚｉｇｂｅｅ网络协 议栈结构如图１所示：
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旺啪 。巧 ｔ［ Ｊ 图１ Ｚｉｇｂｅｅ协议栈结构 在Ｚｉｇｂｅｅ协议栈中，物理层分为３个频段共２７ 个信道，分别是数据传输速率为２５０ｋｂ／ｓ、工作频段 为２．４ＧＨｚ的ｌ６个信道；数据传输速率为４０ｋｂ／ｓ、工 作频段为９０２Ｈｚ的１０个信道；数据传输速率为 ２０ｋｂ／ｓ、工作频段为８６８Ｈｚ的１个信道。媒体访问控 制层的主要任务是采用载波侦听多路访问机制接人 无线信道。 上层协议中网络层主要定义参与Ｚｉｇｂｅｅ网络 每个节点的网络地址的分配，特别是Ｚｉｇｂｅｅ网络数 据传输中路由要确保节点分配地址的唯一性。在 Ｚｉｇｂｅｅ网络中，实现该功能包括三种类型设备：Ｚｉｇ— Ｂｅｅ协调器、ＺｉｇＢｅｅ路由器和ＺｉｇＢｅｅ终端设备。ＲＦＤ （全功能设备）只能作为终端设备，而一个ＦＦＤ（精简 功能设备）可以是一个Ｚｉｇｂｅｅ协调器或一个Ｚｉｇｂｅｅ
收稿日期：２０１７—０２—１７ 基金项目：２０１５年度河南省教育厅科学技术项目“基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ的家庭智能系统的设计及关键技术研究”（Ｎｏ．１５Ｂ５２００２６） 作者简介：王瑞娜（１９８４－），女，河南灵宝人，硕士，讲师，主要从事计算机应用技术研究。
一６９— 路由器［２ｌ（川砌）。协调器和路由器具有路由功能，可以 参与到任何网络的启动过程中，而ＲＦＤ终端设备不 能参与路由，必须依靠父节点来实现路由功能。 Ｚｉｇｂｅｅ应用层包括应用程序接Ｖ１和应用对象。应用 程序接口主要任务是维护绑定表，根据设备之间服 务和需求使设备互相匹配。转发消息；应用对象主要 任务是定义设备在网络中的角色、发现设备和决定 它们所提供应用服务的种类，发起和响应绑定请 求。 二、Ｚｉｇｂｅｅ网络路由移动性支持 Ｚｉｇｂｅｅ标准诞生后。其灵活多变、价格低廉、适 应不同环境的无线特性受到了广泛关注。许多学者 为了获得更好、可靠的网络应用对Ｚｉｇｂｅｅ网络的底 层规范、高层算法都进行了深入研究。例如：对Ｚｉｇ ｂｅｅ网络性能进行分析评估．测试现有标准的应用 价值，改进网络设备配置；如何将复杂网络额外的能 量消耗降至最低；如何进一步加强Ｚｉｇｂｅｅ网络中安 全编码机制，确保网络传输数据的安全性：对现有标 准中恢复机制的不可靠性进行研究，促使新标准能 够有及时响应的能力。但实际情况中，节点设备根据 其自身需求的不同会产生地理位置的改变，网络中 随着节点移动性的不断增加，这些节点需要重新寻 找父节点建立连接才能获取新的网络地址，频繁地 建立连接将加大路由开销，网络带宽需求增多。整个 网络陷入不稳定状态。 在现有Ｚｉｇｂｅｅ网络标准中，协调器和路由器虽 能积极参与到网络路由分配中，但终端设备传输数 据必须依靠它们的父节点获得正确的网络地址，进 而传输信息。一旦终端设备移动到其当前父路由器 范围以外，就需要从新的父路由器获取新的网络地 址，但终端设备不具有路由特性。它又不能通过现有 Ｚｉｇｂｅｅ网络路由器的恢复机制获得地址。这样，当找 不到路由时，就无法接收到源节点发送的数据，就会 将错误的路由信息传递回去，这就要考虑到不同环 境下如何选择适当的路由方案来进行恢复，解决节 点移动的问题【３】（砬 ） 三、仿真实验 为了更好地对节点移动性产生的影响进行研 究，可以采用仿真实验来衡量Ｚｉｇｂｅｅ网络中网状拓 扑结构和树状拓扑结构路由策略对节点移动性的优 劣。在不同的仿真环境中．将两种结构的节点传输率 和路由消耗进行对比。重点监测对不同类型节点改 变位置造成的影响。 由于Ｚｉｇｂｅｅ网络主要是进行低速率的数据传 一７０一 输，在本实验中模拟１０ｋｂｐｓ的ＣＢＲ流，网状拓扑和 树状拓扑网络中的节点都使用静态地址分配方案， 随机选择部分节点成为移动节点，整个网络中路由 器占７０％，终端设备占３０％。具体参数如下：网络大 小设定为５０ｍ ，节点个数为４０，传输范围１８ｍ，网络 启动时间４０ｓ，实验时间５００ｓ，传输速率１０ｐａｃｋｅｔｓ／ Ｓ，并发数据流数量２。 实验过程中采用数据包传输率与路由相对消耗 作为绩效评价矩阵，数据包传输率以网络中数据流 量平均值为基准，网络总消耗的归一化值表示为路 由相对消耗量… 。在运行应用程序设备阶段设置 触发机制，以获取目标网络地址。当路由错误数据包 被接收时，该机制被触发，获得新地址，尝试与目标 设备建立新的连接。Ｚｉｇｂｅｅ网络的路由方案分别选 择常见的网状路由结构与树状路由结构两种对比移 动节点产生的影响，移动节点随机选择，移动速度为 ｌｍ／ｓ。具体模拟以下两种情况的节点移动：数据发送 节点固定，接受节点移动；数据接收节点固定，数据 发送节点移动。经多次重复试验观察在上述两种情 况下路由器和终端设备的发送情况，移动节点比例 范围选择在０％至５０％之间，查看其路由消耗状况。 实验结果对比图如图２、３所示：
。 盏 蚴 淼棚 图２数据传输速率对比
图３ 网状与树状结构下路由开销对比 从图２所示的结果可以看出，在Ｚｉｇｂｅｅ网络中 设备类型对移动节点的传输率起决定性作用。Ｚ ｂｅｅ路由器发送数据量一般是终端设备的两倍，随 着移动节点百分比的不断增加。终端设备所受影响 更大，原因在于终端设备移动后需要连接到新的父 节点获取网络地址，增加了额外的关联时间降低了 数据传输率［５］（５０－５４）。图３结果表明，在Ｚｉｇｂｅｅ网络中随 着移动节点百分比的增加，路由设备（下转第８０页） 示线性时间序列．而ｂｅ ｇｏｉｎｇ ｔｏ不仅限于表达线性 序列，也与当时动作的状态有同步序列关系。以上系 统的功能意义对比清晰地展示了两者的差异，明确 这些差异有助于更好地理解和应用这两个将来时标 记。
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（上接第７０页）由于不断发送、接收和修复新节点消 息而产生大量的额外开销，而终端设备消耗则略低。 综合两种实验结果，当网络中移动节点较多时． 虽然网状路由开销比树状路由略高，但其设置的路 由恢复机制能在节点移动后尽可能短的时间内进行 修复，获得新的网络地址，这种情况下选择网状路由 要优于树状路由。在静态Ｚｉｇｂｅｅ网络的低数据传输 应用中，树状路由开销低，可作为首选方案。 Ｚｉｇｂｅｅ设备的移动性是其技术广泛应用的重要 基础。当网络静止时，网状结构和树状结构路由传输 数据包丢失现象都较少：当网络中设备移动性增大 时，都会有数据丢失现象。但网状路由要比树状路由 稳定性更强。因此，在设计路由拓扑结构时，应根据 不同情况选择合适的路由策略，移动性强、节点较多
