基于ZigBee的智能窗簾控制系統(tǒng)電子信息工程專(zhuān)業(yè)

《基于ZigBee的智能窗簾控制系統(tǒng)電子信息工程專(zhuān)業(yè)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于ZigBee的智能窗簾控制系統(tǒng)電子信息工程專(zhuān)業(yè)（23頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、題目：基于ZigBee的智能窗簾控制系統(tǒng) 摘 要 由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷突飛猛進(jìn)，人們的物質(zhì)生活也得到了極大的提升，并且在科技告高速發(fā)達(dá)的今天，人們也越來(lái)越依賴于科技，并且將這種科技的便捷植入到家庭窗簾當(dāng)中。在最近幾年，智能窗簾從之前的口號(hào)已經(jīng)實(shí)打?qū)嵾M(jìn)入到人們的實(shí)際生活中，基于各種技術(shù)開(kāi)發(fā)的窗簾控制系統(tǒng)越越來(lái)越多。本文就設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的智能窗簾控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)通過(guò)使用ZigBee技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，ZigBee技術(shù)的具有低成本、距離短以及功耗低等特點(diǎn)，十分適合于1000平方米以下的智能化窗簾系統(tǒng)使用。本文創(chuàng)新點(diǎn)在于本文設(shè)計(jì)的這套智能窗簾控制系統(tǒng)具有自動(dòng)

2、監(jiān)督、調(diào)節(jié)、警報(bào)的功能，非常貼近于實(shí)際生活需求，同時(shí)也在使用中非?？煽亢捅憬?，是一套理想的智能窗簾解決辦法，在實(shí)際應(yīng)用中和擴(kuò)展性具有很好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞 ZigBee，智能窗簾，系統(tǒng)設(shè)計(jì) Abstact As China's economic level continues to advance by leaps and bounds,with the rapid development of science and technology, people are increasingly relying on science and technology a

3、nd implanting the convenience of this technology into family curtains.In recent years, smart curtain from the previous slogan has been real into the actual life of people, based on a variety of technology developed curtain control system more and more.This paper designs a set of intelligent curtain

4、control system based on ZigBee system.This system is developed and designed by using ZigBee technology. ZigBee technology has the characteristics of low cost, short distance and low power consumption, and is very suitable for the intelligent curtain system below 1000 square meters.The innovation of

5、this paper is that the intelligent curtain control system designed in this paper has the functions of automatic supervision, adjustment and alarm, which is very close to the needs of real life. At the same time, it is very reliable and convenient in use. It is an ideal solution for intelligent curta

6、in, and has a good application prospect in practical application and expansion. Key words ZigBee, intelligent curtain, system design 目錄 第一章 緒論 7 （一）研究意義 7 （二）研究目的意義 7 第二章 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 8 （一）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊 8 （二）協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊 10 （三）通信模塊技術(shù) 11 第三章 系統(tǒng)需求分析 13 (一) 系統(tǒng)功能需求分析 14 （二）性能需求分析 14 （三）用戶界

7、面及其他需求分析 14 第四章 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì) 15 第五章 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) 17 （一）系統(tǒng)主控制器 17 (二) ZigBee通信模塊 18 （三） 設(shè)計(jì)電路 19 （四） 室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)模塊 19 （五）家電控制器模塊 19 第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 20 （一）嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 20 (二）ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 21 （三）溫度控制模塊軟件設(shè)計(jì) 21 第七章 結(jié)束語(yǔ) 23 參考文獻(xiàn) 24 第一章 緒論 （一）研究意義 在信息時(shí)代的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，各種新技術(shù)、新理論每天都有新的發(fā)展。尋常百姓也在這

8、種技術(shù)“紅利”下享受到了前所未有的便捷和舒適，并且這種技術(shù)在窗簾應(yīng)用領(lǐng)域中也越來(lái)越成熟。在最近今年，基于無(wú)數(shù)開(kāi)發(fā)技術(shù)的智能化窗簾系統(tǒng)也受到了人們的關(guān)注和歡迎。 “智能窗簾”簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是智能化的窗簾生活，通過(guò)這種系統(tǒng)，人們可以擺脫通過(guò)各種遙控器、按鈕來(lái)操作家里各種家電的生活習(xí)慣，從以往被動(dòng)式手動(dòng)對(duì)家電屬輸入各種命令的環(huán)境中擺脫出來(lái)，而是可以通過(guò)手機(jī)或電腦就可以輕易設(shè)定整個(gè)窗簾的環(huán)境，從而讓窗簾生活更加智能化和簡(jiǎn)單化。人們甚至可以不必在家里就可以遠(yuǎn)程設(shè)定各種設(shè)定從而滿足人們的需求，比如設(shè)定定時(shí)熱水器啟動(dòng)、監(jiān)控?cái)z像頭的監(jiān)控范圍、掃地機(jī)器人的工作程序等。這些操作在之前的生活中都是不可想象的。 此外

9、，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能窗簾理論、技術(shù)的不斷成熟和完善，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾系統(tǒng)也是目前非常人們的智能窗簾解決方案之一。本文就通過(guò)利用Zigbee來(lái)實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)曾經(jīng)人們難以企求的理想化窗簾生活。 （二）研究目的意義 利用敏感度較高的光敏電阻感應(yīng)室內(nèi)光照強(qiáng)度，利用人體感應(yīng)模塊監(jiān)測(cè)人體變化，同時(shí)在系統(tǒng)中引入嵌入式技術(shù)和ZigBee技術(shù)對(duì)窗簾進(jìn)行控制，改變了傳統(tǒng)的人為控制方式，更加智能、方便，有利于簡(jiǎn)化我們的生活，讓我們感受到科技的魅力。 窗簾的智能控制能有效控制居住環(huán)境的潮濕度以及對(duì)人規(guī)律的生活習(xí)慣極為有利，還能減少個(gè)人隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。利用智能系統(tǒng)調(diào)控窗簾

10、可以在我們的日常生活當(dāng)中融入更多的科技元素，提高我們的生活質(zhì)量。監(jiān)測(cè)裝置能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)制定更為合理的光線計(jì)劃，避免光照不科學(xué)對(duì)用戶健康造成影響。除此之外，利用智能系統(tǒng)控制還可以控制室內(nèi)潮濕度，還可以有效地降低用戶隱私泄露幾率。 第二章 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) （一）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊 在智能窗簾系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)部分是連接各個(gè)家電的樞紐，由于我國(guó)大部分家庭的居住面積都在200平米以下，通過(guò)短距離的無(wú)線技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。因此，在智能窗簾系統(tǒng)中，利用無(wú)線通訊技術(shù)，將窗簾可以用到的各種家電設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及安防設(shè)備進(jìn)行相連，從而就構(gòu)成一整套的家庭信息采集和控制的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。這套環(huán)境可以將家里的廚電、客廳電器、衛(wèi)生電

11、器、插座、監(jiān)控裝置等進(jìn)行相連，通過(guò)利用無(wú)線短距離技術(shù)連接，并且并不需要對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行改造，僅僅是通過(guò)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可完成，所以安裝調(diào)試簡(jiǎn)單。此外，還可以對(duì)未來(lái)可能引用的家電進(jìn)行擴(kuò)展，所以也有很高的擴(kuò)展性。通過(guò)這套窗簾網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)室內(nèi)環(huán)境的控制和管理。 智能窗簾環(huán)境的核心就是利用了短距離無(wú)線通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)家庭智能化升級(jí)，甚至讓傳統(tǒng)的家電變得“有生命力”，從而告別了繁瑣的逐一指揮控制家電的生活。 目前市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣泛的無(wú)線通信技術(shù)包括了藍(lán)牙、紅外技術(shù)、WIFI技術(shù)、超寬頻技術(shù)和ZigBee技術(shù)。本文就對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行逐一講解。 首先是藍(lán)牙技術(shù)，這種技術(shù)已經(jīng)非常成熟，每個(gè)智能手

12、機(jī)都具有藍(lán)牙技術(shù)，應(yīng)用也比較簡(jiǎn)單，而且使用時(shí)并不需要對(duì)頻段進(jìn)行申請(qǐng)，而且藍(lán)牙模塊得成本也相對(duì)便宜，并且體積非常小巧。但是缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)容量小，在智能窗簾中，就面臨擴(kuò)展性困難，同時(shí)，安全性也不高，容易被外界所破解，一旦被破解，主人就會(huì)失去對(duì)整個(gè)家的家電的控制權(quán)。 紅外技術(shù)也是一種非常成熟的技術(shù)，它是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是搭建智能環(huán)境的成本便宜，并且功耗低。但是缺點(diǎn)是智能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，不能點(diǎn)對(duì)面。因此從理論上就無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化窗簾系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 WIFI技術(shù)是通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)普及到每個(gè)家庭中。優(yōu)點(diǎn)是搭建幾乎零成本，通過(guò)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以很簡(jiǎn)單組成智能化窗簾系統(tǒng)。但是缺點(diǎn)是安全性相對(duì)較

13、差，同藍(lán)牙一樣，一旦被外界破解，所有窗簾電器就全部喪失控制權(quán)，而且WIFI的穩(wěn)定性要差，對(duì)于隔墻的環(huán)境中，控制性對(duì)不穩(wěn)定。 UWB也就是超寬頻技術(shù)，這種技術(shù)國(guó)內(nèi)大眾用得相對(duì)較少，它的特點(diǎn)是速度非?？?，并且組網(wǎng)非常快，且穩(wěn)定性好。但是這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有在智能窗簾環(huán)境中得到有效應(yīng)用，所以目前也沒(méi)太好的解決方案。 ZigBee是一種雙向無(wú)線通信技術(shù)，它具有容量大、低功耗、易操作、成本低等特點(diǎn)。理論上可以同時(shí)管理控制255個(gè)終端，并且穩(wěn)定性和安全性相對(duì)較好。因此非常適合應(yīng)用在小范圍內(nèi)（300平米以下）的智能化窗簾系統(tǒng)中。 （二）協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊 由于智能窗簾系統(tǒng)中，通常是24小時(shí)不間斷

14、工作，因此系統(tǒng)中的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊就必須要長(zhǎng)期工作，所以就要求智能化窗簾系統(tǒng)在使用中要具備低功耗的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性也有很強(qiáng)的要求。也就是說(shuō)，低功耗、穩(wěn)定性強(qiáng)是智能化窗簾系統(tǒng)的基本條件，因此為了達(dá)到這一設(shè)計(jì)要求，整套系統(tǒng)就需要有協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，利用嵌入式處理器、內(nèi)存等物理設(shè)備以及嵌入式程序來(lái)保證模塊和整套設(shè)備能夠正常運(yùn)行。 嵌入式系統(tǒng)的作用是利用計(jì)算機(jī)和應(yīng)用對(duì)象相結(jié)合的系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)硬件、軟件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于應(yīng)用對(duì)象的控制管理的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)包括了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式模塊以及應(yīng)用設(shè)備。只有嵌入式系統(tǒng)相對(duì)優(yōu)良，才能更好的利用計(jì)算機(jī)來(lái)管理和操作各種家具電器等?？梢哉f(shuō)，嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)和各種家

15、電之間的一個(gè)窗口。 圖1：嵌入技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 （三）通信模塊技術(shù) 這篇文章設(shè)計(jì)的智能窗簾系統(tǒng)主要是利用外網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程控制端二者之間的通信。通常情況下，家庭內(nèi)部的IP 地址是由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商利用DHCP 進(jìn)行分配，外網(wǎng)和家庭網(wǎng)關(guān)之間不可以直接進(jìn)行連接，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)通信。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)當(dāng)中，家庭網(wǎng)關(guān)之所以可以通過(guò)C/S模式與外網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器取得連接，是因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)了TCP/IP 協(xié)議；與此同時(shí)，位于以太網(wǎng)另一端的遠(yuǎn)程客戶端同樣通過(guò)該方式與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器取得連接，致使家庭網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程控制客戶端二者之間處于通信狀態(tài)，用戶也可以利用遠(yuǎn)程客戶端控制與之連接的相關(guān)設(shè)備。家庭網(wǎng)關(guān)以及遠(yuǎn)程控

16、制客戶端在整個(gè)通信環(huán)節(jié)中扮演著客戶端的角色，而轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器在該環(huán)節(jié)中則扮演著服務(wù)器端的角色 。 本次設(shè)計(jì)的智能家具系統(tǒng)，通訊功能是通過(guò)外網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供的服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于在普通的家庭中，網(wǎng)絡(luò)IP地址都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商分配的，這些IP并不能直接連接到家智能窗簾系統(tǒng)并中。所以，在本次設(shè)計(jì)中，通信模塊的設(shè)計(jì)師利用TCP/IP協(xié)議，并且通過(guò)C/S模式進(jìn)行信號(hào)傳輸，然后并連接到外網(wǎng)最后傳遞到外網(wǎng)服務(wù)器上。同時(shí)，在外網(wǎng)服務(wù)器，遠(yuǎn)程客戶端也是通過(guò)相同的傳輸模式連接到轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端和家庭智能系統(tǒng)的連接。簡(jiǎn)單理解就是，智能窗簾系統(tǒng)和遠(yuǎn)程客戶端是常規(guī)的客戶端，而外網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的轉(zhuǎn)發(fā)

17、服務(wù)器就是服務(wù)器端。用戶要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)智能窗簾系統(tǒng)的控制和操作，就需要通過(guò)外網(wǎng)運(yùn)行商的連接中轉(zhuǎn)，最后才能連接到智能窗簾系統(tǒng)中。 C/S模式簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以理解成客戶端/服務(wù)器端模式，目前開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，C/S模式也是常用的開(kāi)發(fā)模式之一，程序理念中，C/S模式的服務(wù)器端和客戶端的程序是分開(kāi)運(yùn)行的，這樣能夠保證服務(wù)器端的符合相對(duì)較少，而且C/S模式能夠在任何一地的客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器端進(jìn)行連接，而不像B/S模式智能在局域網(wǎng)總使用，所以應(yīng)用范圍有了極大的拓展。 (4） Zigbee技術(shù) Zigbee技術(shù)是一種通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)牡退俾蕚鬏敿夹g(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、吞吐數(shù)據(jù)量

18、大。Zigbee技術(shù)根據(jù)使用功能分成了兩種類(lèi)型，也就是完全功能的FFD架構(gòu)以及簡(jiǎn)化功能的RFD架構(gòu)。FFD架構(gòu)可以和任何設(shè)備進(jìn)行通信，并且也可以將自身作為一個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)或者一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，從而將RFD架構(gòu)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，從而具備傳統(tǒng)路由器的實(shí)現(xiàn)功能。RFD架構(gòu)智能是充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸節(jié)點(diǎn)，并和FFD進(jìn)行通信，并且將自身獲得的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞到RFD中。 第三章 系統(tǒng)需求分析 本次設(shè)計(jì)是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾系統(tǒng)，通過(guò)Zigbee技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)。 （1）安防功能。這項(xiàng)功能是智能系統(tǒng)對(duì)窗簾的安防設(shè)備進(jìn)行管理和控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的安全防范功能，可以隨時(shí)對(duì)窗簾進(jìn)行檢測(cè)

19、，一旦發(fā)現(xiàn)意外情況，即可自動(dòng)報(bào)警。 （2）舒適度自助調(diào)節(jié)功能。該功能是智能窗簾對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行管理和控制，通過(guò)實(shí)施的監(jiān)測(cè)了解室外和室內(nèi)的溫度和濕度，并且根據(jù)需要達(dá)到室內(nèi)自動(dòng)溫度、濕度調(diào)節(jié)的作用。 （3）調(diào)控功能。智能系統(tǒng)通過(guò)分析客戶的網(wǎng)絡(luò)或者手機(jī)信息發(fā)送的各種命令，從而做出的各種反饋行為。 （4）通信/報(bào)警功能。如果智能窗簾發(fā)生火災(zāi)、煤氣泄漏等情況，系統(tǒng)即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)像用戶發(fā)出警報(bào)信息。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)以上的功能，本次系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/手機(jī)和用戶進(jìn)行通信，并且具有安防檢測(cè)系統(tǒng)、火警檢測(cè)系統(tǒng)、室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。而且本次系統(tǒng)有處理器和內(nèi)存等計(jì)算機(jī)設(shè)備，因此也具有了信息分析和

20、處理功能，根據(jù)實(shí)際使用另外可以擴(kuò)展更多的應(yīng)用模塊。 (一) 系統(tǒng)功能需求分析 （1）在智能手機(jī)安裝相應(yīng)的程序就可以控制家電的開(kāi)關(guān)，監(jiān)測(cè)家電工作狀況。 （2）住宅門(mén)口通常裝有4*4鍵盤(pán)，用戶只有輸入正確密碼才可以進(jìn)入室內(nèi)。若有不法分子采用非正常手段開(kāi)門(mén)，如撬鎖、反復(fù)試驗(yàn)密碼等，將會(huì)觸發(fā)窗簾系統(tǒng)的報(bào)警裝置，能夠有效地防止不法分子入室盜竊。 （3）室內(nèi)出現(xiàn)濃煙或者煙霧達(dá)到一定密度的時(shí)候，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)將室內(nèi)煙霧及時(shí)排放，必要時(shí)還會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警裝置，能夠有效地預(yù)防火災(zāi)發(fā)生，保障人身安全。 （4）若幼年孩童和窗戶的距離過(guò)近，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)將窗戶關(guān)閉，避免出現(xiàn)幼年孩童墜樓

21、事故。 （二）性能需求分析 智能窗簾系統(tǒng)能否在長(zhǎng)期運(yùn)行中處于穩(wěn)定狀態(tài)至關(guān)重要，系統(tǒng)的容錯(cuò)能力需要不斷提高，有利于改善系統(tǒng)性能，提高智能窗簾系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。 （三）用戶界面及其他需求分析 人們?cè)谌粘Ｉ町?dāng)中需要使用大量電子設(shè)備，所以與系統(tǒng)相連接的設(shè)備也在智能窗簾系統(tǒng)當(dāng)中也扮演著重要角色。為了能夠給用戶帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)，制作窗簾系統(tǒng)的交互界面時(shí)要盡可能與用戶使用習(xí)慣相貼合，有利于用戶迅速適應(yīng)系統(tǒng)。 第四章 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的要求是低成本、低功耗。由于目前計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種相關(guān)設(shè)備的成本有了非常明顯的下降，甚至有些設(shè)備價(jià)格非常低廉。這些相對(duì)廉價(jià)

22、的硬件設(shè)備足夠滿足本次設(shè)計(jì)的智能窗簾系統(tǒng)的需要。在實(shí)際應(yīng)用中，本次設(shè)計(jì)采用的是嵌入式設(shè)計(jì)，由于這種技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在功能應(yīng)用、性能上都已經(jīng)非常穩(wěn)定和成熟，并且相關(guān)的可嵌入式設(shè)備也非常多，因此就具備了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，并且也使得相關(guān)成本有了很好的控制。 本次設(shè)計(jì)根據(jù)Zigbee無(wú)線技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的要求。Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是本次設(shè)計(jì)的主要部分。因此，本文設(shè)計(jì)的智能窗簾系統(tǒng)主要是通過(guò)主控制器、無(wú)線傳輸節(jié)點(diǎn)以及通信模塊實(shí)現(xiàn)。本次系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 PC端 用戶終端 基站 智能窗簾 末端采控節(jié)點(diǎn) 傳感節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)關(guān) 圖1：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控系統(tǒng)總體結(jié)

23、構(gòu) 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，是利用外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將用戶信息通過(guò)終端發(fā)送信息到外網(wǎng)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，然后將信息傳輸?shù)街悄艽昂熛到y(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各種相關(guān)窗簾設(shè)備的控制和操作。智能窗簾系統(tǒng)的主動(dòng)報(bào)警則是上述過(guò)程的逆過(guò)程。 在這套智能窗簾系統(tǒng)中，嵌入式處理器和通信組網(wǎng)技術(shù)的良好使用起到了關(guān)鍵的作用，從而有效的連接了窗簾各個(gè)家電，并且能夠通過(guò)外網(wǎng)將家中信息實(shí)時(shí)的傳遞給用戶。 在這套智能化窗簾系統(tǒng)中，所用到的嵌入式設(shè)備不僅具有成本低廉、功耗低的特點(diǎn)，而且在使用中穩(wěn)定性高且能夠快速的連接到外網(wǎng)?？梢哉f(shuō)使用效率得到了明顯的提升。同樣，Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)也由于低成本、低功耗、建網(wǎng)快、布局簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，有效的完善和提升了智能

24、窗簾系統(tǒng)的可靠性和安全性，并且由于同一的通信標(biāo)準(zhǔn)，在管理和維護(hù)上也非常簡(jiǎn)單。也正是這些合適的設(shè)備，使得整套系統(tǒng)的搭建和應(yīng)用都比較合理，且擴(kuò)展性也非常強(qiáng)。 第5章 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的智能化窗簾系統(tǒng)需要利用主機(jī)控制與之連接的家電，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)設(shè)備發(fā)送指令，因此為了實(shí)現(xiàn)二者之間的通信，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量，需要在相關(guān)的家電當(dāng)中安裝通信模塊。從而就使得整個(gè)智能窗簾的各個(gè)家電、處理器和監(jiān)控設(shè)備能夠通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接并通信，從而構(gòu)成了本次設(shè)計(jì)的智能化窗簾系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，是通過(guò)外網(wǎng)和用戶手機(jī)的通信

25、模塊進(jìn)行通信的。用戶通過(guò)外網(wǎng)中轉(zhuǎn)，從而遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)和家中智能化系統(tǒng)的連接。 在本次設(shè)計(jì)中，主要用到的硬件部分包括了主處理器和開(kāi)發(fā)板以及通信硬件模塊、外圍電路。這些硬件也構(gòu)成了智能窗簾硬件環(huán)境，通過(guò)這些硬件提供的各種功能，從而實(shí)現(xiàn)智能窗簾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 （一）系統(tǒng)主控制器 該設(shè)計(jì)對(duì)處理器進(jìn)行選擇時(shí)主要參照STM32F103C8T6處理器方案，利用上述方案選擇出的處理器能耗更低、占據(jù)空間更小，造價(jià)更為低廉。所以，為了保障系統(tǒng)性能，選擇MINI2440開(kāi)發(fā)板更適合該設(shè)計(jì)。 STM32F103C8T6處理器方案的作用是提供了一套完整的通用系統(tǒng)的外設(shè)，這樣整套系統(tǒng)就不需要再購(gòu)買(mǎi)額外的

26、外設(shè)設(shè)備，這樣不僅降低了系統(tǒng)構(gòu)建成本同時(shí)也有效的減少了系統(tǒng)設(shè)備體積。此外，STM32F103C8T6處理器方案能夠處理和分析系統(tǒng)向各個(gè)應(yīng)用家電的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)也將各種家電發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提交到用戶手中。 MINI2440主板是STM32F103C8T6處理器方案的配套主板，該主板性價(jià)比極強(qiáng)，該主板具有穩(wěn)定的內(nèi)核電源以及復(fù)位芯片，這樣就保證了整套系統(tǒng)能夠24小時(shí)不間斷穩(wěn)定工作。此外，MINI2440主板還包括了豐富的接口和外圍電路，同時(shí)還具有高容量的內(nèi)存、閃存和內(nèi)部時(shí)鐘?？梢詫⒋罅刻幚砥鳙@得的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，此外該主板因?yàn)榫哂胸S富的擴(kuò)展接口，因此使得智能窗簾系統(tǒng)擁有了更多可擴(kuò)

27、展的硬件基礎(chǔ)。而且， MINI2440主板自身還帶有LED顯示屏，用戶借此可以觀察硬件工作的情況?？梢哉f(shuō)，本次智能終端系統(tǒng)的硬件雖然絕對(duì)性能不高，但是絕對(duì)夠用，且具有低成本、高擴(kuò)展、低功耗的特點(diǎn)，因此非常適合窗簾智能化系統(tǒng)的應(yīng)用。 (二) ZigBee通信模塊 ZigBee通信模塊為智能化窗簾無(wú)線傳輸提供了豐富的解決方案，并且ZigBee模塊具有高度集成的特點(diǎn)，因此在經(jīng)濟(jì)成本上也有了極大的壓縮，非常適合低成本、高性能的智能窗簾系統(tǒng)的搭建和應(yīng)用。 （3） 設(shè)計(jì)電路 由于本次智能窗簾系統(tǒng)的控制器和通信模塊之間的連接必須要用到各種串口，因此在設(shè)計(jì)電路上就采用了RS-232

28、C的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)也是目前非常成熟的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)，非常適合用來(lái)短距離通信設(shè)備的連接。 （4） 室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)模塊 本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有室內(nèi)溫度/濕度檢測(cè)功能，所以在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)功能時(shí)，也必須要用到溫度傳感器。本次智能系統(tǒng)采用的溫度傳感器的型號(hào)為T(mén)9287，這種型號(hào)的傳感器也是技術(shù)非常成熟，且應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛的設(shè)備。由于目前智能床干起的技術(shù)也在不斷進(jìn)步，也朝著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方向發(fā)展，因此也具有了很多總線協(xié)議，比如1-Wire、SMBus、12C等。本文這套T9287傳感器就采用的是1-Wire總線協(xié)議。該傳感器特點(diǎn)是電壓區(qū)間較寬且性能穩(wěn)定、測(cè)溫精度高，因此適合不同區(qū)域的家庭

29、智能窗簾系統(tǒng)使用。 （五）家電控制器模塊 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以對(duì)各種家電進(jìn)行操控?？刂七@些家電的設(shè)備是通過(guò)繼電器來(lái)完成。本文用到的是固態(tài)繼電器。在結(jié)構(gòu)上，這種繼電器是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)各種家電的控制。這種繼電器具有可靠性強(qiáng)、開(kāi)關(guān)速度快、使用簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) （一）嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 本文設(shè)計(jì)的窗簾系統(tǒng)引入了嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)，也是該系統(tǒng)的一大創(chuàng)新點(diǎn)。利用嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)可以使系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、外部網(wǎng)絡(luò)以及手機(jī)之間處于通信狀態(tài)。首先，系統(tǒng)引入的嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)TCP/IP協(xié)議，同時(shí)也需要支持WEB服務(wù)，滿足上述條件，用戶對(duì)智能窗簾系

30、統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，通過(guò)外網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)。除此之外，引入嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)二者之間的地址轉(zhuǎn)換，豐富了系統(tǒng)功能。要想在系統(tǒng)中引入嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)首先需要搭建嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，之后再建立WEB服務(wù)器，完成上述操作之后將嵌入式應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)移入其中。選擇合適的嵌入式系統(tǒng)需要參考主機(jī)型號(hào)以及系統(tǒng)型號(hào)，有利于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)更好地應(yīng)用其中。首先，在計(jì)算機(jī)當(dāng)中引入Linux系統(tǒng)安裝以太網(wǎng)卡，通過(guò)該系統(tǒng)也可以對(duì)主機(jī)的IP地址進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成上述工作之后，可以開(kāi)始搭建嵌入式WEB服務(wù)器。通過(guò)該服務(wù)器能夠?qū)蛻舳税l(fā)出的服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)分析用戶發(fā)出請(qǐng)求的類(lèi)別，回復(fù)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)頁(yè)面。發(fā)展至今天，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頁(yè)面方法已經(jīng)拓

31、展至多種，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)由CGI技術(shù)、ASP技術(shù)以及PHP技術(shù)等，均能夠滿足系統(tǒng)需求。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，CGI和Linux的匹配度更高，在該環(huán)境下更為適用，所以此處采用CGI技術(shù)。完成上述操作之后就可以引入嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，通常情況下數(shù)據(jù)庫(kù)都會(huì)和操作系統(tǒng)以及相關(guān)程序存放在同一位置，該類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)不需要額外配置數(shù)據(jù)引擎，利用相關(guān)程序就可以進(jìn)行調(diào)用其中的數(shù)據(jù)。相較于普通數(shù)據(jù)庫(kù)，該類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)最大的特點(diǎn)就是采用了引擎響應(yīng)模式。 經(jīng)過(guò)分析，SQLited嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)更適用于該設(shè)計(jì)，該類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模相對(duì)較小，可以獨(dú)立進(jìn)行操作，靈活度較高，不需要進(jìn)行額外配置就可以嵌入使用，和本文設(shè)計(jì)的小型化智能窗簾系統(tǒng)具有

32、較高的匹配度。 (二）ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 和傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，本次用到的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在構(gòu)建智能窗簾系統(tǒng)中也需要用到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。通過(guò)ZigBee無(wú)線技術(shù)來(lái)構(gòu)建本次無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的流程為： 首先，先確定一個(gè)節(jié)點(diǎn)為整個(gè)智能系統(tǒng)的主控制器節(jié)點(diǎn)，也就是協(xié)調(diào)器。該節(jié)點(diǎn)自動(dòng)會(huì)進(jìn)行信息草廟，并且在2400MHz到2483MHz總共16個(gè)通道中選擇一個(gè)最合適，通常為傳輸率最快的通道。當(dāng)協(xié)調(diào)器向主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求并創(chuàng)建PAN網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，協(xié)調(diào)器也會(huì)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)鄰接標(biāo)，作用是存儲(chǔ)本網(wǎng)絡(luò)中其他路由節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。 其次，當(dāng)建立好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就會(huì)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。如果發(fā)現(xiàn)其他

33、路由器發(fā)送的請(qǐng)求時(shí)，協(xié)調(diào)器就會(huì)根據(jù)路由器提供的信息進(jìn)行審核，從而決定是否允許該節(jié)點(diǎn)可以加入本網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)為其分配一個(gè)16位PAN網(wǎng)絡(luò)地址，從而作為唯一身份識(shí)別標(biāo)志，并將該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息添加到網(wǎng)絡(luò)鄰接表。其他節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求、通過(guò)流程也以此類(lèi)推。通過(guò)這樣的方式，協(xié)調(diào)器就將家庭中各個(gè)家電節(jié)點(diǎn)都添加進(jìn)去。 最后，協(xié)調(diào)器制定網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并將協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)鄰接表，從而就可以管理和控制整個(gè)智能窗簾網(wǎng)絡(luò)。 （三）溫度控制模塊軟件設(shè)計(jì) 智能窗簾系統(tǒng)的溫度控制模塊工作流程如圖2所示。 圖2：溫度控制模塊軟件工作流程 溫度控制模塊的工作流程首先是處理溫度芯片

34、JN5121，并將其芯片初始化，然后對(duì)總線的相關(guān)設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位，從而啟動(dòng)芯片。其次是甚至工作模式DSI8B20，并且等待主控制器發(fā)出測(cè)溫命令，當(dāng)測(cè)溫命令啟動(dòng)后，溫度芯片JN5212開(kāi)始工作并測(cè)量溫度，當(dāng)讀取溫度值后將信息反饋到控制器后，主控制器就可以根據(jù)之前設(shè)定對(duì)其進(jìn)行操作。 第七章 結(jié)束語(yǔ) 本次設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)緩解下的智能窗簾系統(tǒng)是一套結(jié)合了ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、TCP/IP協(xié)議和CGI技術(shù)的智能系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)主要包括了： 在已經(jīng)學(xué)到的各種知識(shí)的前提下，通過(guò)大量文獻(xiàn)資料的了解和學(xué)習(xí)，掌握了ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的理論和應(yīng)用，并且對(duì)其特點(diǎn)、協(xié)議框架、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等內(nèi)容進(jìn)行了良好的學(xué)習(xí)和研

35、究，并且提出了基于ZigBee技術(shù)的智能窗簾的設(shè)計(jì)方案； 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要，分析了能夠快速搭建系統(tǒng)的環(huán)境，通過(guò)選擇和分析后，采用了Linux系統(tǒng)，通過(guò)利用STM32F103C8T6處理器以及MINI2440主板等硬件以及嵌入式WEB服務(wù)器和嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLlte數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)構(gòu)建本次智能窗簾系統(tǒng)的軟件和硬件環(huán)境； 構(gòu)建了基于Linux系統(tǒng)的嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而較好的實(shí)現(xiàn)了用戶和家庭網(wǎng)絡(luò)之間的操作互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了用戶可以遠(yuǎn)程對(duì)智能窗簾系統(tǒng)的訪問(wèn)和各種操作的要求。 本次設(shè)計(jì)的智能窗簾系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目的，但是依然有很多不足，比如實(shí)時(shí)控制性能還有待進(jìn)一步提升、性能還相對(duì)不夠穩(wěn)定，功能還相對(duì)單一

36、，以后會(huì)更新升級(jí)。 參考文獻(xiàn) [1] 高守瑋，吳燦陽(yáng) .ZigBee 技術(shù)實(shí)踐教程 [M]. 北京航空航天出版社,2009,6:27~56. [2] 馬維華.嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2006:1~7. [3] 王衛(wèi)亞,孫大躍.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-原理、應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007,7:50~66. [4] Khanh Tuan Le. Transceiver design for IEEE802.15.4 and ZigBee compliant systems. Microwave Journal,200

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