基于ZigBee的智能窗簾控制系統(tǒng)電子信息工程專業(yè)

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1、題目：基于ZigBee的智能窗簾控制系統(tǒng) 摘 要 由于我國經(jīng)濟水平不斷突飛猛進(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已經(jīng)實打?qū)嵾M(jìn)入到人們的實際生活中，基于各種技術(shù)開發(fā)的窗簾控制系統(tǒng)越越來越多。本文就設(shè)計了一套基于ZigBee系統(tǒng)開發(fā)的智能窗簾控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)通過使用ZigBee技術(shù)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，ZigBee技術(shù)的具有低成本、距離短以及功耗低等特點，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)新點在于本文設(shè)計的這套智能窗簾控制系統(tǒng)具有自動

2、監(jiān)督、調(diào)節(jié)、警報的功能，非常貼近于實際生活需求，同時也在使用中非?？煽亢捅憬荩且惶桌硐氲闹悄艽昂熃鉀Q辦法，在實際應(yīng)用中和擴展性具有很好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞 ZigBee，智能窗簾，系統(tǒng)設(shè)計 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 15 第五章 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計 17 （一）系統(tǒng)主控制器 17 (二) ZigBee通信模塊 18 （三） 設(shè)計電路 19 （四） 室內(nèi)環(huán)境檢測模塊 19 （五）家電控制器模塊 19 第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn) 20 （一）嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn) 20 (二）ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn) 21 （三）溫度控制模塊軟件設(shè)計 21 第七章 結(jié)束語 23 參考文獻(xiàn) 24 第一章 緒論 （一）研究意義 在信息時代的今天，計算機技術(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)域中也越來越成熟。在最近今年，基于無數(shù)開發(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”簡單來說就是智能化的窗簾生活，通過這種系統(tǒng)，人們可以擺脫通過各種遙控器、按鈕來操作家里各種家電的生活習(xí)慣，從以往被動式手動對家電屬輸入各種命令的環(huán)境中擺脫出來，而是可以通過手機或電腦就可以輕易設(shè)定整個窗簾的環(huán)境，從而讓窗簾生活更加智能化和簡單化。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)定定時熱水器啟動、監(jiān)控攝像頭的監(jiān)控范圍、掃地機器人的工作程序等。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。本文就通過利用Zigbee來實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾系統(tǒng)的開發(fā)，從而來實現(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)光照強度，利用人體感應(yīng)模塊監(jiān)測人體變化，同時在系統(tǒng)中引入嵌入式技術(shù)和ZigBee技術(shù)對窗簾進(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)境的潮濕度以及對人規(guī)律的生活習(xí)慣極為有利，還能減少個人隱私泄露的風(fēng)險。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)測裝置能夠?qū)崟r采集數(shù)據(jù)制定更為合理的光線計劃，避免光照不科學(xué)對用戶健康造成影響。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)部分是連接各個家電的樞紐，由于我國大部分家庭的居住面積都在200平米以下，通過短距離的無線技術(shù)即可實現(xiàn)。因此，在智能窗簾系統(tǒng)中，利用無線通訊技術(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，通過利用無線短距離技術(shù)連接，并且并不需要對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行改造，僅僅是通過調(diào)制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可完成，所以安裝調(diào)試簡單。此外，還可以對未來可能引用的家電進(jìn)行擴展，所以也有很高的擴展性。通過這套窗簾網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)對整個室內(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線通信技術(shù)得以實現(xiàn)家庭智能化升級，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。 目前市場上應(yīng)用比較廣泛的無線通信技術(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，每個智能手

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

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，對于隔墻的環(huán)境中，控制性對不穩(wěn)定。 UWB也就是超寬頻技術(shù)，這種技術(shù)國內(nèi)大眾用得相對較少，它的特點是速度非常快，并且組網(wǎng)非?？欤曳€(wěn)定性好。但是這項技術(shù)還沒有在智能窗簾環(huán)境中得到有效應(yīng)用，所以目前也沒太好的解決方案。 ZigBee是一種雙向無線通信技術(shù)，它具有容量大、低功耗、易操作、成本低等特點。理論上可以同時管理控制255個終端，并且穩(wěn)定性和安全性相對較好。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，同時對穩(wěn)定性也有很強的要求。也就是說，低功耗、穩(wěn)定性強是智能化窗簾系統(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保證模塊和整套設(shè)備能夠正常運行。 嵌入式系統(tǒng)的作用是利用計算機和應(yīng)用對象相結(jié)合的系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于計算機硬件、軟件為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對于應(yīng)用對象的控制管理的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)包括了計算機系統(tǒng)、嵌入式模塊以及應(yīng)用設(shè)備。只有嵌入式系統(tǒng)相對優(yōu)良，才能更好的利用計算機來管理和操作各種家具電器等。可以說，嵌入式系統(tǒng)是計算機和各種家

15、電之間的一個窗口。 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)運營商利用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，更無法實現(xiàn)通信。本文設(shè)計的系統(tǒng)當(dāng)中，家庭網(wǎng)關(guān)之所以可以通過C/S模式與外網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器取得連接，是因為其通過了TCP/IP 協(xié)議；與此同時，位于以太網(wǎng)另一端的遠(yuǎn)程客戶端同樣通過該方式與轉(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)計的智能家具系統(tǒng)，通訊功能是通過外網(wǎng)運營商提供的服務(wù)來實現(xiàn)的。由于在普通的家庭中，網(wǎng)絡(luò)IP地址都是通過網(wǎng)絡(luò)運營商分配的，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)計中，通信模塊的設(shè)計師利用TCP/IP協(xié)議，并且通過C/S模式進(jìn)行信號傳輸，然后并連接到外網(wǎng)最后傳遞到外網(wǎng)服務(wù)器上。同時，在外網(wǎng)服務(wù)器，遠(yuǎn)程客戶端也是通過相同的傳輸模式連接到轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，通過這種方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端和家庭智能系統(tǒng)的連接。簡單理解就是，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)運營商的轉(zhuǎn)發(fā)

17、服務(wù)器就是服務(wù)器端。用戶要想實現(xiàn)遠(yuǎn)程對智能窗簾系統(tǒng)的控制和操作，就需要通過外網(wǎng)運行商的連接中轉(zhuǎn)，最后才能連接到智能窗簾系統(tǒng)中。 C/S模式簡單來說可以理解成客戶端/服務(wù)器端模式，目前開發(fā)的軟件系統(tǒng)，C/S模式也是常用的開發(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運行的，這樣能夠保證服務(wù)器端的符合相對較少，而且C/S模式能夠在任何一地的客戶端通過網(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)是一種通過無線傳輸?shù)牡退俾蕚鬏敿夹g(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、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型，也就是完全功能的FFD架構(gòu)以及簡化功能的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傳輸節(jié)點或者一個網(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)路由器的實現(xiàn)功能。RFD架構(gòu)智能是充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸節(jié)點，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)計是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾系統(tǒng)，通過Zigbee技術(shù)得以實現(xiàn)。本次設(shè)計的系統(tǒng)具備以下特點。 （1）安防功能。這項功能是智能系統(tǒng)對窗簾的安防設(shè)備進(jìn)行管理和控制，并實現(xiàn)對窗簾的安全防范功能，可以隨時對窗簾進(jìn)行檢測

19、，一旦發(fā)現(xiàn)意外情況，即可自動報警。 （2）舒適度自助調(diào)節(jié)功能。該功能是智能窗簾對空調(diào)設(shè)備進(jìn)行管理和控制，通過實施的監(jiān)測了解室外和室內(nèi)的溫度和濕度，并且根據(jù)需要達(dá)到室內(nèi)自動溫度、濕度調(diào)節(jié)的作用。 （3）調(diào)控功能。智能系統(tǒng)通過分析客戶的網(wǎng)絡(luò)或者手機信息發(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)即可通過網(wǎng)絡(luò)或手機像用戶發(fā)出警報信息。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)以上的功能，本次系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)/手機和用戶進(jìn)行通信，并且具有安防檢測系統(tǒng)、火警檢測系統(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)存等計算機設(shè)備，因此也具有了信息分析和

20、處理功能，根據(jù)實際使用另外可以擴展更多的應(yīng)用模塊。 (一) 系統(tǒng)功能需求分析 （1）在智能手機安裝相應(yīng)的程序就可以控制家電的開關(guān)，監(jiān)測家電工作狀況。 （2）住宅門口通常裝有4*4鍵盤，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門，如撬鎖、反復(fù)試驗密碼等，將會觸發(fā)窗簾系統(tǒng)的報警裝置，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)到一定密度的時候，將會觸發(fā)系統(tǒng)開啟抽風(fēng)機將室內(nèi)煙霧及時排放，必要時還會觸發(fā)系統(tǒng)的火災(zāi)報警裝置，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近，將會觸發(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)能否在長期運行中處于穩(wěn)定狀態(tài)至關(guān)重要，系統(tǒng)的容錯能力需要不斷提高，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 人們在日常生活當(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更好的使用體驗，制作窗簾系統(tǒng)的交互界面時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 本文設(shè)計的系統(tǒng)的要求是低成本、低功耗。由于目前計算機技術(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)備價格非常低廉。這些相對廉價

22、的硬件設(shè)備足夠滿足本次設(shè)計的智能窗簾系統(tǒng)的需要。在實際應(yīng)用中，本次設(shè)計采用的是嵌入式設(shè)計，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)計根據(jù)Zigbee無線技術(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)計的主要部分。因此，本文設(shè)計的智能窗簾系統(tǒng)主要是通過主控制器、無線傳輸節(jié)點以及通信模塊實現(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 傳感節(jié)點 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) 實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，是利用外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將用戶信息通過終端發(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)，并實現(xiàn)對各種相關(guān)窗簾設(shè)備的控制和操作。智能窗簾系統(tǒng)的主動報警則是上述過程的逆過程。 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家電，并且能夠通過外網(wǎng)將家中信息實時的傳遞給用戶。 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，而且在使用中穩(wěn)定性高且能夠快速的連接到外網(wǎng)。可以說使用效率得到了明顯的提升。同樣，Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)也由于低成本、低功耗、建網(wǎng)快、布局簡單等特點，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，且擴展性也非常強。 第5章 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計 本文設(shè)計的智能化窗簾系統(tǒng)需要利用主機控制與之連接的家電，通過網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)設(shè)備發(fā)送指令，因此為了實現(xiàn)二者之間的通信，提高信號傳輸質(zhì)量，需要在相關(guān)的家電當(dāng)中安裝通信模塊。從而就使得整個智能窗簾的各個家電、處理器和監(jiān)控設(shè)備能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接并通信，從而構(gòu)成了本次設(shè)計的智能化窗簾系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，是通過外網(wǎng)和用戶手機的通信

25、模塊進(jìn)行通信的。用戶通過外網(wǎng)中轉(zhuǎn)，從而遠(yuǎn)程實現(xiàn)和家中智能化系統(tǒng)的連接。 在本次設(shè)計中，主要用到的硬件部分包括了主處理器和開發(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，通過這些硬件提供的各種功能，從而實現(xiàn)智能窗簾系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 （一）系統(tǒng)主控制器 該設(shè)計對處理器進(jìn)行選擇時主要參照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，造價更為低廉。所以，為了保障系統(tǒng)性能，選擇MINI2440開發(fā)板更適合該設(shè)計。 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)就不需要再購買額外的

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)向各個應(yīng)用家電的各種數(shù)據(jù)，同時也將各種家電發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過網(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，該主板性價比極強，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，同時還具有高容量的內(nèi)存、閃存和內(nèi)部時鐘?？梢詫⒋罅刻幚砥鳙@得的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，此外該主板因為具有豐富的擴展接口，因此使得智能窗簾系統(tǒng)擁有了更多可擴

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。可以說，本次智能終端系統(tǒng)的硬件雖然絕對性能不高，但是絕對夠用，且具有低成本、高擴展、低功耗的特點，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，因此在經(jīng)濟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)計電路上就采用了RS-232

28、C的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計，這種設(shè)計也是目前非常成熟的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計，非常適合用來短距離通信設(shè)備的連接。 （4） 室內(nèi)環(huán)境檢測模塊 本次設(shè)計系統(tǒng)具有室內(nèi)溫度/濕度檢測功能，所以在實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境檢測功能時，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為T9287，這種型號的傳感器也是技術(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。該傳感器特點是電壓區(qū)間較寬且性能穩(wěn)定、測溫精度高，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)計的系統(tǒng)可以對各種家電進(jìn)行操控?？刂七@些家電的設(shè)備是通過繼電器來完成。本文用到的是固態(tài)繼電器。在結(jié)構(gòu)上，這種繼電器是無觸點開關(guān)，可以有效實現(xiàn)對各種家電的控制。這種繼電器具有可靠性強、開關(guān)速度快、使用簡單、使用壽命長等特點。 第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn) （一）嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn) 本文設(shè)計的窗簾系統(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。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TCP/IP協(xié)議，同時也需要支持WEB服務(wù)，滿足上述條件，用戶對智能窗簾系

30、統(tǒng)進(jìn)行訪問時，通過外網(wǎng)就可以實現(xiàn)。除此之外，引入嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)還可以實現(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，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)庫移入其中。選擇合適的嵌入式系統(tǒng)需要參考主機型號以及系統(tǒng)型號，有利于無線網(wǎng)絡(luò)更好地應(yīng)用其中。首先，在計算機當(dāng)中引入Linux系統(tǒng)安裝以太網(wǎng)卡，通過該系統(tǒng)也可以對主機的IP地址進(jìn)行設(shè)計。完成上述工作之后，可以開始搭建嵌入式WEB服務(wù)器。通過該服務(wù)器能夠?qū)蛻舳税l(fā)出的服務(wù)請求進(jìn)行實時監(jiān)聽，同時分析用戶發(fā)出請求的類別，回復(fù)相應(yīng)的動態(tài)頁面。發(fā)展至今天，實現(xiàn)動態(tài)頁面方法已經(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)過試驗，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，通常情況下數(shù)據(jù)庫都會和操作系統(tǒng)以及相關(guān)程序存放在同一位置，該類型數(shù)據(jù)庫不需要額外配置數(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，該類型數(shù)據(jù)庫最大的特點就是采用了引擎響應(yīng)模式。 經(jīng)過分析，SQLited嵌入式數(shù)據(jù)庫更適用于該設(shè)計，該類型數(shù)據(jù)庫規(guī)模相對較小，可以獨立進(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)計的小型化智能窗簾系統(tǒng)具有

32、較高的匹配度。 (二）ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn) 和傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，本次用到的ZigBee無線網(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)點和路由節(jié)點。通過ZigBee無線技術(shù)來構(gòu)建本次無線網(wǎng)絡(luò)的流程為： 首先，先確定一個節(jié)點為整個智能系統(tǒng)的主控制器節(jié)點，也就是協(xié)調(diào)器。該節(jié)點自動會進(jìn)行信息草廟，并且在2400MHz到2483MHz總共16個通道中選擇一個最合適，通常為傳輸率最快的通道。當(dāng)協(xié)調(diào)器向主機發(fā)送請求并創(chuàng)建PAN網(wǎng)絡(luò)，同時，協(xié)調(diào)器也會創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)鄰接標(biāo)，作用是存儲本網(wǎng)絡(luò)中其他路由節(jié)點的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。 其次，當(dāng)建立好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就會對其進(jìn)行監(jiān)聽。如果發(fā)現(xiàn)其他

33、路由器發(fā)送的請求時，協(xié)調(diào)器就會根據(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)點可以加入本網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會為其分配一個16位PAN網(wǎng)絡(luò)地址，從而作為唯一身份識別標(biāo)志，并將該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息添加到網(wǎng)絡(luò)鄰接表。其他節(jié)點的請求、通過流程也以此類推。通過這樣的方式，協(xié)調(diào)器就將家庭中各個家電節(jié)點都添加進(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智能窗簾網(wǎng)絡(luò)。 （三）溫度控制模塊軟件設(shè)計 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，然后對總線的相關(guān)設(shè)備節(jié)點進(jìn)行復(fù)位，從而啟動芯片。其次是甚至工作模式DSI8B20，并且等待主控制器發(fā)出測溫命令，當(dāng)測溫命令啟動后，溫度芯片JN5212開始工作并測量溫度，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)定對其進(jìn)行操作。 第七章 結(jié)束語 本次設(shè)計的基于物聯(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)計主要包括了： 在已經(jīng)學(xué)到的各種知識的前提下，通過大量文獻(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，并且對其特點、協(xié)議框架、應(yīng)用開發(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)計方案； 根據(jù)本次設(shè)計的需要，分析了能夠快速搭建系統(tǒng)的環(huán)境，通過選擇和分析后，采用了Linux系統(tǒng)，通過利用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SQLlte數(shù)據(jù)庫來構(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，從而較好的實現(xiàn)了用戶和家庭網(wǎng)絡(luò)之間的操作互動，從而實現(xiàn)了用戶可以遠(yuǎn)程對智能窗簾系統(tǒng)的訪問和各種操作的要求。 本次設(shè)計的智能窗簾系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目的，但是依然有很多不足，比如實時控制性能還有待進(jìn)一步提升、性能還相對不夠穩(wěn)定，功能還相對單一

36、，以后會更新升級。 參考文獻(xiàn) [1] 高守瑋，吳燦陽 .ZigBee 技術(shù)實踐教程 [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.計算機網(wǎng)絡(luò)-原理、應(yīng)用和實現(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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