关于Zigbee的智能家居环境监测系统的设计毕业论文_1.docx

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1、关于Zigbee的智能家居环境监测系统的设计毕业论文关于Zigbee的智能家居环境监测系统的设计毕业论文目录第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国外发展现状及分析(2)1.4典型无线网络技术介绍(2)1.4.1Zigbee技术(2)1.4.2Wi-Fi技术(3)1.4.3蓝牙技术(3)1.5.1本文主要研究容(3)1.5.2本文主要研究创新点(4)第2章Zigbee技术综述(5)2.1Zigbee技术介绍(5)2.2Zigbee技术的特点(6)2.3Zigbee网络设备组成和网络构造(6)2.4Zigbee协议分析(7)2.4.1网络层(N

2、WK)(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系统构造(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)4.2Zigbee芯片CC2530(15)4.3家居环境参数收集模块(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)4.4CC2530通讯(17)4.5LCD液晶显示模块(18)第5章系统软件设计(19)5.1Zigbee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述(21)6.1硬件测

3、试(21)6.2软件测试(21)第7章结论与瞻望(22)7.1结论(22)7.2瞻望(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)第1章绪论1.1本文研究背景与意义千百年来，人类都在关注着本身的生活和寓居条件，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，经济的发展也使我们都希望寓居在一个舒适的家居环境中，只要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。

4、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分享、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寓居使用的要求，营造一个良好的环境，进而可使用户能够寓居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，人们能够获得实时的寓居环境信息，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能够为其它家居设备做决策参

5、考，最终由智能家居系统实现对家庭环境的智能调节，比方，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，以降低室的光强度，合适寓居；又如，当温度值偏低时，系统就将启动空调设备进行工作，来增高室温度。因而，智能家居系统为用户提供了安全、舒适、便捷生活的环境，进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、可靠的环境信息收集分析能力。为了实现环境信息监测的

6、准确性、全面性并且方便使用，本文的环境监测系统应具有下面各种特点：(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。 (2)多点监测，需要对同一环境参数在不同地点和不同时间分别进行测量，这是由于环境中各种环境信息不同的时间和空间上分布不具有均匀性，由此实现监测的全面性和高精度性，甚至有时需要对同一环境参数在多点进行测量。(3)系统灵敏，当有新的环境参数被要求测量时，系统的可扩展性要求灵敏，方便增加节点，以降低成本1。1.3国外发展现状及分析随着经济的发展和我们生活质量的提高，智能家居的智能化要求也是愈来愈高，智能家居

7、亦成了近几年来学者们的一个研究热门。现有的智能家居产品大部分是以有线网络作为家庭的部网络，有线网络布线费事，终端节点数量多而需要数量庞大的电缆，而无线通讯技术能很好的解决以上问题。国际上的家庭智能化系统已经构成集中以有线为基础的标准，包括有：美国的X-10CEBus、欧洲的EIB、日本的HBS等。目前，国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场起步，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能够实现各种功能。固然如今的各种有线技术亦能够对

8、环境信息进行监测与处理，让各种监测设备之间进行连接通信。但当采用有线技术方案时，根据智能家居环境监测系统的特点，它存在一些缺点，如下面几项所示。(1)系统布线费事。采用有线技术时，对各个监测点分别进行布线将是一份复杂庞大的工作，十分是当系统监测对象的数量较多时更是如此，又容易毁坏家庭之前装修的完好性；(2)安装与维护成本高。在安装系统时，需要安装大量的线缆，家居装修建材等，十分是当用户要需要增加节点以增加系统功能时，更是要重新对其进行布线。(3)系统可扩展性差。增加或减少新的监测对象必将要求系统具有良好的软件与硬件扩展性。硬件可扩展性是有线技术方案的主要技术难点之一2。(4)移动性较差。由于有

9、线的束缚和影响，其美观性较无线系统差，不利于家居的后续装修。1.4典型无线网络技术介绍1.4.1Zigbee技术Zigbee技术主要用于低数据传输速率并且传输距离要求不是很远的各种通信设备之间3。Zigbee的名字主要来源于蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来传递所发现的食物的位置、距离和方向等信息，一只一只的传递下去，此种技术与蜜蜂的这种通信方式相类似。Zigbee联盟则于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半导体公司共同公布加盟Zigbee技术联盟，以研发名为Zigbee的新一代无线通信标准。而在2006年作为中国通信行业龙头的华为公司亦参加了此联盟。1.4.2Wi-Fi技术Wi-

10、Fi是由一个名为“无线以太网相容联盟(WirelessEthernetCompatibilityAlliance,WECA)的组织所发布的业界术语，中文翻译为“无线相容认证。Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频段工作，所支持的速度达54Mbps(802.11n工作在2.4Ghz或者5.0Ghz，理论最高速度600Mbps)。但随着技术的进步，其速度在目前看来较慢，现逐步退出市场主流。热门是通过将访问节点安装在互联网连接上来创立的。这个访问节点通过无线信号将信息传到互联网上，一般覆盖到200米以。固然Wi-Fi有覆盖围较广等特点，但是其的基带协议和射频协议比拟复杂，实现成本较高，而且其功耗

11、比拟大，根本上知足不了电池供电的要求。1.4.3蓝牙技术爱立信公司制定了初始的蓝牙技术，此技术一开场是爱立信公司在1994年的一个研究移动和其他配件期间进行的低功耗、低成本的无线通信连接方法的方案。1999年正式公布蓝牙1.0版，确定了使用频段，最高数据传输速度达，和红外技术相比，蓝牙有着较高的传输速率，而且不需要像红外线那样进行口对口的连接才能传输数据，所有的蓝牙终端基本上只要在有效的围使用，就随时能够进行连接收发数据。1.5本文主要研究容及创新1.5.1本文主要研究容随着我国经济和科技的迅猛发展，人们的生活水准越来提高，日常家居的环境更遭到了人们的关注。近年来随着家庭装修时工业板材及其他有

12、毒气体释放源的使用，室的环境不容乐观。这就要求有各种有害气体监测功能的家居环境监测系统参与，为我们营造一个安全健康的家居环境。(1)Zigbee协议的介绍。主要介绍了Zigbee协议中各个部分的组成和数据构造，并对各层中的重点容进行了具体的分析； (2)本文以无线传感网络为基础，以Zigbee技术纽带，具体设计出的家居环境监测系统中的两种节点-协调器节点(控制中心)和传感器节点。在协调器节点中，本文实现了电源、串口通信、PCB天线等主要电路的设计；而在传感器节点中，由于其与协调器类似，故仅针对不同的环境信息，设计出了不同的传感模块；(3)本论文还设计了串口调试操作界面，能够方便用户的调试和使用

13、，由此用户就能够实时的了解到家庭中个中环境信息的参数。1.5.2本文主要研究创新点本文利用Zigbee技术，以实现无线系统的组网，能够为家居环境提供多地点、多对象的监测，由于Zigbee技术的自组网性，在增加或减少监测终端时系统灵敏性较大。同时此系统还省去了繁琐的有线系统布线对家居美观性的损害。终端通过显示器及数据上传到智能家居系统能够实时显示并控制空气净化器等为家居环境，实现健康家居。第2章Zigbee技术综述Zigbee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，根据此协议的规定，Zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的一种名叫Zigbee的舞

14、蹈，由于通过持续不断地跳这种舞蹈来实现对新发现的食物或其他信息的传递，换句话讲蜜蜂是依靠这样的通信方式来实现了一个通信网络，而每个个体则是网络中的一个节点。这样做的好处是不需要专门的通信蜜蜂，通过信息接力就完成了整个通信，进而实现了蜜蜂的低成本、低数据速率、自组织、低功耗、近距离、低复杂度等的信息传递方式。受蜜蜂的这种特殊的通信方式的启发，Zigbee技术的研究也主要是在低速率、低功耗通信领域进行应用，亦能够低成本地嵌入各种设备中组成庞大的网络。总而言之Zigbee技术就是一种低功耗，低成本的无线网络通信技术。2.1Zigbee技术介绍Zigbee技术主要用于低数据传输速率并且传输距离要求不是

15、很远的各种通信设备之间。Zigbee的名字主要来源于蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来传递所发现的食物的位置、距离和方向等信息，一只一只的传递下去，此种技术与蜜蜂的这种通信方式相类似。Zigbee联盟则于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半导体公司共同公布加盟Zigbee技术联盟，以研发名为“Zigbee的新一代无线通信标准，而在2006年作为中国通信行业龙头的华为公司亦参加了此联盟。截至目前，该联盟大约已有约27家成员企业，所有这些公司都参加了负责开发Zigbee协议物理层和媒体控制层技术标准的工作组。Zigbee联盟负责开发网络层及以上的协议。Zigbee协议则比蓝牙技术、高速

16、率个人区域网或802.11x无线局域网等技术更简单而实用。Zigbee使用的是波段，采用了跳频技术，这和蓝牙技术类似，能够讲是同族兄弟了。但相比之下，Zigbee协议比蓝牙更简单、速率更慢、功率及费用也更低。Zigbee的基本速率是，传输半径可扩大到400米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。此外，单个Zigbee无线模块就可与254个节点互联，若网络中参加路由节点，则网络最大承载量可支持65535个节点设备互联。由于它的低延迟和低功耗性能优越性，所以在支持鼠标、键盘等电脑周边产品和家庭自动化仪器等低速率应用时能够比蓝牙做地更好，人们更希望能在无线玩具、传感器网络、家庭监控、工业监控和安全系统等诸多领域拓展Zigbee的应用。