最新ZigBee开题报告重点讲义资料.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateZigBee开题报告重点讲义资料附表2 山东建筑大学毕业论文开题报告表毕业论文开题报告表论文题目一、选题背景和意义在现代家居生活中，由于随着生活水平要求的不断提高，人们更加迫切希望能够检测和控制建筑内光环境、热湿环境、人居环境。同时，家庭及生活环境复杂造成的诸多不便，使得人们不能时刻驻留在建筑物内来确保各项设备是否处于正常运行状态。所以将采集到的数据传输到一个既能显示

2、又能表达的控制器的需求就显得迫切了，这样一来人们可以轻易的获取各项设备以及周围环境的信息，如果希望改变某一环境条件，只需要通过控制器将控制指令发送给现场指定模块进行特定操作，然后等待反馈信息即可。但是，在大量数据产生的同时，数据传输的问题也会随之被放大了，因为现场面积大、需要传输信息量大，使用传统的有线数据传输方式在暂用大量资源的情况下，却不能满足实际应用中会出现的多变的需求。而且当被测点处于运动状态、所处环境条件不允许或者无法铺设通信电缆时，势必会出现致数据无传输，此时便需要利用无线传输的方式进行采集数据的传输。近几年随着电子技术,传感器技术及通信技术的发展,推动了现代意义的无线传感器网络的

3、崛起,并且在军事、民用方面都得到了广泛的应用与成功。以ZigBee技术为核心的无线传感器网络以其低功耗、低速率、低成本,网络容量大、可靠性高的优势广泛应用于工业控制、现代化农业控制、数字家庭、智能楼宇监控、小区水电抄表等领域。无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。二、课题关键问题及难点1、应用IEEE802协议自组一个无线通信网络。2、

4、设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤。3、利用IAR进行软件仿真。三、调研报告（或文献综述）IEEE 802. 15. 4 标准作为ZigBee 协议和众多无线传感器网络的底层标准, 只定义了物理层( PHY) 和数据链路层的MAC 子层。PHY 层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC 子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。表1 是IEEE802. 15. 4 标准主要技术特征。IEEE 802. 15. 4 网络是指在个人自身操作空间内使用无线信道并通过IEEE 802. 15. 4 标准相互通信的一组设备的集合, 称为LR-WPAN。如图1所示, 在这个家庭智能化网络

5、中, 全功能器件( FFD: Full Function Device )拥有足够的存储空间来存放路由信息并且处理能力也较强; 简化功能器件( RFD: Reduce Function Device) 则内存较小, 功耗低。FFD 主要起网关作用, PAN 网络协调器是一个FFD 设备, 作为LR-WPAN 网的主控制器,除直接参与应用之外, 还要完成成员身份管理、链路转状态信息管理以及分组转发等任务。而RFD 是最基本的传感器节点, 用来捕获数据信息并传递给其范围内的网关节点。FFD 和RFD 互相组合, 可以共同协调工作, 不仅扩大了网络的覆盖范围, 同时由于RFD 的加入, 节省了整体功

6、耗。虽然网络拓扑结构的形成过程属于网络层的功能, 但IEEE802. 15. 4 为形成各网络拓扑结构提供了充分支持。IEEE802. 15. 4 定义的LR-WPAN 网络根据应用的需要可以组织成星型网络, 也可以组织成点对点网络, 如图4 所示。在星型结构中, 所有的设备都与中心设备PAN 网络协调器通信。在这种网络中, 网络协调器一般使用持续电力系统供电, 而其他设备采用电池供电。适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。与星型网络不同, 点对点网络只要彼此在对方的无线辐射范围之内, 任何两个设备之间都可以直接通信。点对点网络中也需要网络协调器, 负责实现管理链

7、路状态信息, 认证设备身份等功能。点对点网络模式允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据。可以构造更复杂的网络结构, 适合设备分布较广的应用, 比如工业检测与控制、货物库存跟踪和智能农业等方面。 星型网络以网络协调器为中心, 因此星型网络形成过程中, 第一步就是建立网络协调器。一个网络如何确定自己的网络协调器由上层决定。一种简单的策略是: 一个FFD 设备在第一次被激活后, 首先广播查询网络协调器的请求, 如果接收到回应说明网络中已经存在网络协调器, 再通过一系列认证过程, 设备就成为了这个网络中的普通设备。如果没有收到回应, 或者认证过程不成功, 这个FFD 设备就可以建立自己的网络, 并且成

8、为这个网络的网络协调器。网络协调器要为网络选择一个唯一的标识符, 该星型网络中的设备都是用这个标识符来规定自己的属主关系。不同星型网络之间的设备通过设置专门的网关完成相互通信。选择一个标识符后, 网络协调器就允许其他设备加入自己的网络, 并为这些设备转发数据分组。星型网络中的两个设备如果需要互相通信, 都是先把各自的数据包发送给网络协调器, 然后由网络协调器转发给对方。四、方案论证本设计以单片机为核心，根据设计的要求我们考虑了各功能层的几种设计方案，以求最佳方案。根据室内建筑智能环境控制器硬件系统的设计，可将本系统分为四个层次，第一个层次是网络层，它负责整个系统的通信，从而使各从节点能够与主控

9、制器进行数据和信息的交互；第二个层次是设备检测层，主要是由各传感器以及通信节点组成，负责对于整个室内建筑环境的检测以及设备对于命令是否应答；第三个层次是输出控制层，通过节点接受控制要求信息，发送到主控制器进行处理，再使相应的设备应答；第四个层次是人机接口层，通过该层次，用户能够随时并且方便的查看室内建筑环境的状况及参数，并对家具的部分环境进行调节。通信层设备检测层输出控制层人机接口层系统图一、通信层选择方案方案一：采用有线通信。以金属电线和光纤作为主要介质，通过将声音、文字信息、图像等数据转化成相关信号进行有效传输。出发点、接受点、相关协议也就是其信息传递过程中的三要素。此外，有线通信需要依靠

10、到导线才能进行信号交换，经过实体介质才能实现信号的成功传输，这种方式的通信方法具有很多优点，比如传输稳定、安全快速、抗干扰能力强等。因为周围环境对有线通信技术的传输影响力不是很大，所以在使用有线通信设备时很少会发生故障，且有线通信网络在进行传输和运送的时候，能够及时准确对数据进行检测，在发生故障时候能够及时得到解决和处理。除外，有线通信产生的辐射很小，对使用人员的身体健康也不会有很大的影响。我们可以将每个检测部件和执行部件通过综合布线的方式进行统一的管理和控制，以满足人们各项需求。方案二：采用无线通信。随着通信技术的迅速发展，人们提出了在人自身附近几米范围之内通信的需求，这样就出现了个人区域网

11、络（personal area network, PAN）和无线个人区域网络（wireless personal area network, WPAN）的概念。WPAN网络为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米范围内的多个设备通过无线方式连接在一起，使它们可以相互通信甚至接入LAN或Internet。而IEEE 802.15.4标准，是针对低速无线个人区域网络（low-rate wireless personal area network, LR-WPAN）制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一标准。基于这种标准，

12、我们可以在每个检测部件和执行部件处设置无线通信节点，通过使用802.15.4协议实现数据的交互和控制。 方案比较：对于方案一，在设备极少的情况下，可以采用有线网络。有线网络采用实体介质进行信息传输，具有较高的稳定性和抗干扰能力。此外，有线网络在技术方面较为成熟和简单，易于开发和使用。相比于方案一，由于是在室内家居中使用，不仅建筑面积有限，而且设备的数目较多，如果采用有线网络，那么必然将造成资源的浪费以及家居舒适度的下降。故综合比较我们采用方案二来进行网络的组建。二、设备检测层选择方案要求完成正常的PM2.5检测。考虑了三种方案。方案一：采用韩国SYHITECH公司的DSM501粉尘传感器，它的

13、特点有：PWM脉宽调制输出，采用粒子计数原理，可灵敏检测直径1微米以上的粒子，内置加热器可实现自动吸入空气，小尺寸重量轻，易安装使用。方案二：采用日本SHARP公司生产的GP2Y1010AU0F粉尘传感器，它的特点有：1.小型薄型封装（46.030.017.6毫米） 2.低功耗电流（Icc:20mA最大） 3.可以通过被检测到的灰尘的存在只用一个脉冲的测光 4.使从房屋灰尘烟雾区别 5.无铅兼容指令和RoHS方案三：采用英国alphasense公司的OPC-N2粉尘传感器，它采用先进的光学系统及精准地电子处理装置，提供快速精确的粒子数和粒径分布检测。同时它的电子装置通过SPI接口结合软件应用，

14、可直接在电脑或安卓手机上直观地显示各种尺寸微颗粒物的数量及分布，使用非常简便。方案比较：三种方案的粉尘传感器都广泛应用于生产生活中并且价格相差不大，但方案一的DSM501粉尘传感器具有体积小,重量轻,便于安装，保养简单,可以长期保持传感器的特性，非常适宜家居生活的使用，故采用方案一。三、输出控制层选择方案硬件方案：本设计方案是通过是以TI公司的CC2530为控制核心的射频节点，以一个节点作为主节点将各从节点所获得的信息在主节点进行汇总后，再下发到各个节点。其整体硬件系统图如下：主控制模块从节点从节点从节点PM2.5照度显示屏按键以及其他百叶窗报警背景音乐控制主模块部分：STM32CC2530L

15、CD液晶显示屏按键UART无线网络 主模块部分以STM32为核心，CC2530将汇集的信息通过UART的方式发送给STM32核心板。STM32将各项参数以及时间显示在LCD液晶屏上。通过按键触发中断的方式来选择不同的情景模式，并将情景模式的各项参数发送给各个设备。 PM2.5检测部分：CC2530PM2.5传感器音频驱动蜂鸣器无线协议该部分中，CC2530通过传感器测量空气中PM2.5的含量，如果大于设定的标准值，则马上开始报警，直到PM2.5的数值下降到设定值。并将该数值发送给主控制器。照度反馈控制模块：CC2530照度传感器电机及其驱动百叶窗无线协议该模块通过照度传感器将室内环境的照度值与

16、设定值进行比较，根据需要改变环境的照度。同时将照度值发送给主控制模块。音乐点播与控制模块：CC2530MP3芯片喇叭存储卡按键无线协议该模块使用N9200，N9200是一个提供串口的MP3 芯片，完美的集成了MP3、WMV 的硬解码。同时软件支持TF 卡驱动，支持电脑直接更新spi flash 的内容，支持FAT16、FAT32 文件系统。通过简单的UART串口指令或一线串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能。外加存储卡，让用户能够更大范围的选择音乐的类型。此外运用按键和无线网络，能够实现近端和远端的音乐控制。四、人机接口层选择方案方案一：LCD液晶显示屏。LCD 的构造是在两

17、片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身，自然光线是朝四面八方随机发散的，极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。方案二：OLED液晶显示屏。有机发光显示技术由非常薄的有机材料涂层和玻璃基板构成。当有电荷通过时这些有机材料就会发光。OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、可制作成挠曲式面板，符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板。由于是在家庭中使用，相比较于OLED，LCD在成本以及稳定性方面不亚于OLED，故在次方案中我们选择LCD来满足各项需要。五、进度安排进度安排如下： 第1周到第2周：资料查阅；第3周到第4周：确定系统方案，开题；第5周到第6周：器件选型，电路设计；第7周到第8周：系统制作第9周到第10周：软件设计；第11周到第12周：调试，论文撰写；第13周到第14周：论文撰写，答辩。六、指导教师意见 签字： 年 月 日七、教研室（或开题审查小组）意见 签字： 年 月 日-