项目三小型家庭安防系统的设计.ppt
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1、项目二项目二 小型家庭安防系统的设计小型家庭安防系统的设计项目目标项目目标 能力目标 素质目标 重点难点项目目标项目目标能力目标能力目标 (1)能绘制安防系统功能结构图 (2)能绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图 (3)能为安防系统的网络设备选型 (4)能确定安防系统无线模块地址 (5)能选择合适的无线通讯方式 (6)能根据要求组建Zigbee无线传感网 (7)能管理Zigbee无线传感网络进行查阅各网络设备地址 (8)能完成安防系统无线传感器数据的采集 (9)能实现安防系统中不同传感器的数据传输项目目标项目目标素质目标素质目标 (1)具备无线网络技术的基本知识 (2)具备英语阅读能力,能用英
2、语阅读本专业文献 (3)具备跟踪新理论、新知识、新技术的能力 (4)具有创造意识和创新精神项目目标项目目标重点难点重点难点 (1)组建Zigbee无线传感网络 (2)管理Zigbee无线传感网络 (3)Zigbee无线传感网络的数据采集 (4)传感器的无线传输知识纲要知识纲要 ZIGBEE无线传感网络组建与管理、网络地址分配、数据检测、传感器无线传输项目分析项目分析当前的智能家庭住宅安防报警系统大部分是通过布线方式进行,这种有线方式布线麻烦,可扩展性较差,增加了开销而且容易产生布线盲区。本项目将现在普通的智能型的家庭住宅安全防范报警系统与ZigBee技术相结合,省去了网络布线,设计了基于Zig
3、Bee技术的小型家庭式无线智能型住宅安防报警系统。本项目所设计的住宅安防报警系统在进行实际调试的过程中表明基于ZigBee技术的智能型住宅安防报警系统充分利用了ZigBee无线网络相对于有线来说成本低、能耗小、网络容量大、可靠性高的特点,能够对险情进行实时、高效、准确的管理,有效地消除了隐患,且维护工作简单,大大提高了家庭住宅的安全性。本项目要求完成的设计系统可扩展的地方仍然很多,学生们扩展的重点可以放在与上位机相连,从而进一步接入互联网,实现智能家居安防报警系统的互联网控制。任务目录任务目录 任务1 绘制安防系统功能结构图 任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图 任务3 安防系统的网络设
4、备选型 任务4 确定安防系统无线模块地址 任务5 确定无线通讯方式 任务6 组建Zigbee无线传感网 任务7 管理Zigbee无线传感网络 任务8 安防系统无线传感器数据的采集 任务9 安防系统中传感器的数据传输任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图 任务描述 任务目标 知识学习 任务实施 任务小结任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图任务描任务描述述 通过对家居安防报警系统的现状资料的查阅,总结出现有安防报警系统中存在的不足,绘制出安防系统功能结构图提案。任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图任务目任务目标标 了解安防报警系统概念 理解
5、安防报警系统组成 确定智能网关的系统组成,并确定链接关系 绘制安防报警无线网络结构图任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图知识学知识学习习 1.安防报警系统概念 2. 安防报警系统的组成任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图知识学知识学习习 3. 3. 智能网关的系统组成智能网关的系统组成物联网由物(传感器、芯片)、网关、网络连接、云/数据中心组成。智能家庭网关是一个智能的嵌入式网络系统,包括硬件和软件两部分。(1)智能网关硬件(2)智能网关软件软件平台采用一种开放源码的Linux 操作系统,主要涉及到操作系统的裁剪与编译、驱动程序编写和系统主程序编写。任务
6、任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图知识学知识学习习 3. 3. 智能网关的系统组成智能网关的系统组成物联网由物(传感器、芯片)、网关、网络连接、云/数据中心组成。智能家庭网关是一个智能的嵌入式网络系统,包括硬件和软件两部分。(3)智能网关工作过程安防系统中网关的信息传送方向位分为上行和下行两种: 上行传输的是监测数据,下行传输的是控制命令。任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图知识学知识学习习 4. 4. 无线传感网系统组成无线传感网系统组成Zigbee 非常适合于家庭内部组网。而Wi-Fi 作为一种无线联网技术,最主要的优势在于不需要布线,不受布线条件的限
7、制,因此特别适合移动办公用户的需要。在安防系统中采用Wi-Fi 技术使得家庭内部网络与Internet 连接更加便捷,通过一台Wi-Fi 的手持终端设备就可以直接进入家庭网关,实现对家电设备的远程监控和智能控制。系统中家庭网关为Wi-Fi-ZigBee 的Web 服务器,它是ZigBee 协议、Wi-Fi 协议和以太网之间的转换接口,并负责建立和管理无线传感器网络以及实现外网的通信连接。Zigbee 扩展模块在家庭网关中作为网络协调器,Zigbee 网络协调器的主要功能是实现无线传感器网络的建立,任务任务1 绘制安防系统功能结构图绘制安防系统功能结构图任务实任务实施施任务任务1 绘制安防系统功
8、能结构图绘制安防系统功能结构图任务小任务小结结 在本次任务中主要讲述了安防系统系统的结构,智能网关与无线传感器网络的组成,为对于组建无线网络有了宏观的感受。任务任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图图 任务描述 任务目标 知识学习 任务实施 任务小结任务任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图图任务描述任务描述 通过提案,通过分析无线安防系统的通信技术,最终选择Zigbee无线通讯技术,本次任务要会指出安防系统的无线传感网的拓扑结构图任务任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图图任务目标任务
9、目标 掌握zigee技术的主要组网拓扑结构 掌握zigbee网络中不同节点的功能 了解安防系统系统常见zigbee组网方案任务任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图图知识学习知识学习 家庭安防系统常见家庭安防系统常见ZigbeeZigbee组网方案组网方案 家庭安防系统基层网络采用ZigBee无线组网技术实现家居系统内部网络,基础网络结构采用星型拓扑结构。通过ZigBee无线通讯模块与智能家电以及传感器构成家居内部网络的终端设备;使用FFD(Full Function Device)设备为家居内部ZigBee网络的中心协调器,负责建立和维护网络;在中心协调器
10、与中央控制服务器之间使用RS232串口通信实现连接,并通过PC 机与互联网相连任务任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图图任务实施任务实施 家庭安防系统拓扑结构图家庭安防系统拓扑结构图任务任务2 绘制安防系统无线传感网络拓扑结构绘制安防系统无线传感网络拓扑结构图图任务小结任务小结 在本次任务中向大家介绍了Zigee技术的几种不同的拓扑结构,三种不同节点的功能及设计理念。通过最终独立设计出Zigbee无线传感网络拓扑结构,项目组确定了Zigbee无线网络方案。任务任务3 安防系统的网络设备选型安防系统的网络设备选型 任务描述 任务目标 知识学习 任务实施 任务
11、小结任务任务3 安防系统的网络设备选型安防系统的网络设备选型任务描任务描述述 根据上述任务通过的提案,需要选择安防系统的网络硬件设备,我们根据需求在互联网上查找资料,找到合适的网络设备。画出Zigbee设备运行流程图。任务任务3 安防系统的网络设备选型安防系统的网络设备选型任务目任务目标标 熟悉Zigbee设备初始化及建立网络的程序流程任务任务3 安防系统的网络设备选型安防系统的网络设备选型知识学知识学习习 1. 无线网卡 2.无线AP 3.无线路由器 4.无线天线 5.家庭网关任务任务3 安防系统的网络设备选型安防系统的网络设备选型任务实任务实施施 在本安防系统系统中我们本别都选购了以下几种
12、设备: 1.无线网卡 2.无线路由任务任务3 安防系统的网络设备选型安防系统的网络设备选型任务小任务小结结 在本次任务中向大家介绍了常见的无线局域网的硬件设备。为组建网络奠定的基础。任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址 任务描述 任务目标 知识学习 任务实施 任务小结任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址任务任务描述描述 本任务是对安防系统Zigbee网络中的设备地址以及Zigbee网络中地址的分配机制进行的讲解,在讲述Zigbee网络中的地址类型之前,需要了解一下Zigbee网络中设备类型。然后才介绍了Zigbee网络中地址的分配机制。我们可以算
13、出各个网络设备的地址,然后在后面的任务中来验证地址分配的理论。任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址任务任务目标目标 掌握Zigbee网络中设备地址的类型 了解Zigbee网络中网址分配的计算公式 了解Zigbee网络中网络分配的过程 掌握公式中Lm、Cm、Rm在协议栈中对应的参数任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址知识知识学习学习 1. Zigbee网络中的设备地址任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址知识知识学习学习 2. Zigbee2. Zigbee无线网络中的地址分配机制无线网络中的地址分配机制分布式分配机制网络地址
14、是16位的,因此最多可以分配给65536个节点,地址的分配取决于整个网络的架构,整个网络的架构由以下3个值决定:网络的最大深度(Lm);每个父节点拥有的子节点最大数目(Cm)每个父节点拥有的子节点中路由器的最大数目(Rm)可以根据下面的公式来计算某父节点的路由器子设备之间的地址间隔Cskip(d):以上公式是用来计算Aparent这个父设备分配的第n个终端设备的地址An。任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址任务任务实施实施下面结合一个具体的例子来熟悉一下Zigbee网络节点地址的计算过程。网络的最大深度为Lm=3,每个父节点拥有的子节点最大数Cm=5,每个父节点拥有的子
15、节点中路由器的最大数目Rm=3.任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址任务任务实施实施路由器子设备之间的地址间隔Cskip(d=0)计算公式如下与路由器相连的3个路由器的网络地址计算公式如下:任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址任务任务实施实施终端节点的网络地址需要使用下面的公式:An=Aparent+Cskip(d)*Rm+n与路由器1相连的2个终端节点的网络地址计算公式:任务任务4 确定安防系统无线模块地址确定安防系统无线模块地址任务任务小结小结在本次任务中向大家介绍了Zigbee无线网络中的网络地址类型、分类;然后介绍了地址的分配机制以及zi
16、gbee协议中是采用什么样的数据结构来支持上述地址类型进行了讨论与分析。其中地址的分配过程分析是为了帮助大家理解Zigbee协议的地址分配机制,这部分内容在Zigbee协议栈里已经实现了,只需要使用分配好的地址进行网络通信即可。任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式 任务描述 任务目标 知识学习 任务实施 任务小结任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式任务描述任务描述 上面已经选择了网络设备,确定了无线模块地址,那么接下来我们要做的就是选择Zigbee的通讯方式,方式主要有三种点播、组播、广播。既然要确定选用哪种无线通信的方式。那么本任务主要先对三种通信方式做了介绍,然后对三种模式
17、进行网络通信实验。任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式任务目标任务目标 了解无线通信的三种方式 知道点播、组播、广播的特点和区别 掌握在实际情况中选择无线通讯方式的方法任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式知识学习知识学习 在Zigbee网络中进行数据通信主要有三种类型:广播(Broadcast)、单播(Unicast)和组播(Multicast)。任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式知识学习知识学习 Zigbee协议栈是如何实现上述通信方式的呢? 通俗点讲,Zigbee协议栈将数据通信过程高度抽象,使用一个函数完成数据的发送,以不同的参数来选择数据发送方式(广播、组播还
18、是单播)。任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式知识学习知识学习 Zigbee协议栈是如何实现上述通信方式的呢?(1)需要定义一个afAddrType_t类型的变量。afAddrType_t SendDataAddr;(2)将其addrMode参数设置为Addr16Bit。SendDataAddr.addrMode = (afAddrMode_t)Addr16Bit;SendDataAddr.addr.shortAddr = X X X X;其中X X X X代表目的节点的网络地址,如协调器的网络地址为0 x0000。(3)调用AF_DataRequest函数发送数据即可。AF_Data
19、Request(&SendDataAddr,)任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式任务实施任务实施 1.1.实现平台:实现平台:网蜂 ZigBee 节点 3 个以上。分别用于协调器、路由器、终端。 2.2.实验现象:实验现象:通过数据的相互传输来了解单播、组播、广播含义。掌握编程方法。任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式任务实施任务实施 3.3.实现平台:实现平台:实验依然使用我们熟悉的 SampleApp.eww 工程来进行。(1)单播(点对点通讯)afAddrMode_t函数SampleApp.c 文替换发送函数修改SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUS
20、TERID最后,别忘了在 SampleApp.c 函数声明里加入:void SampleApp_SendPointToPointMessage(void);任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式任务实施任务实施 3.3.实现平台:实现平台:(2)组播在 SampleApp.c 中加入 2 项内容:1、组播 afAddrType_t 的类型变量afAddrType_t Group_DstAddr;/组播通信定义2、组播内容的结构体:aps_Group_t WEBEE_Group;/分组内容组播参数配置定义组播号组播发送函数定义传输编号替换发送函数加入定义组播编号任务任务5 确定无线通讯方式
21、确定无线通讯方式任务实施任务实施 3.3.实现平台:实现平台:(3)广播广播就是任何一个节点设备发出广播数据,网络中的任何设备都能收到。组播的定义都是协议栈预先定义好的。所以我们直接来运用广播发送函数广播传输编号周期性广播函数接收ID广播方式发送数据任务任务5 确定无线通讯方式确定无线通讯方式任务小结任务小结 本任务对网络中的通信方式(单播、组播、广播)进行了讲解,同时给出类具体的实验,通过提供的实验代码的修改、编写,相信大家对 ZigBee 网络的单播、组播、广播有了一定的了解。在以后的实验和项目中我们会经常用的这三种数据传输方式。大家可以进一步了解函数的一些其他参数设置从而进一步深化。任务
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- 关 键 词:
- 项目 小型 家庭 系统 设计
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