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基于ZigBee技术的无线智能家居系统设计

作 者: 盛立
导 师: 李国洪
学 校: 天津理工大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: MC13224 ZigBee技术 智能家居
分类号: TP273.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


随着城市化的推进和人们对生活要求的提高,楼宇自动化、智能家居逐渐成为人们对未来住宅的要求;计算机技术和无线通信技术的高速发展为无线智能家居的实现提供了技术保障。智能家居系统将各种家用电器设备通过无线网络组成一个有机体,进行统一管理,使居家环境更加安全、智能、舒适。ZigBee技术作为新兴的无线通信技术,具有传统的有线技术及其他无线通信技术无法比拟的优点,适合对家居系统中分散的传感器、执行器进行无线组网,在智能家居系统中将得到广泛的应用。本文阐述了家居系统的国内外现状,分析了无线通信技术在家居应用中的前景。通过对各种有线组网技术和无线组网技术的对比分析,说明了ZigBee应用在无线家居中的优势,并对ZigBee技术理论、协议栈、网络拓扑等基础理论知识进行了分析和研究。本文设计了无线家居系统中的通信节点的硬件实现和软件开发,采用一个协调器(中心节点)和若干终端设备组成的星型网络拓扑结构。硬件部分首先设计了MC13224核心的基于无线通信最小系统,在最小系统的基础上开发了中心节点、温度检测节点、窗帘节点等。中心节点硬件包括串口转USB电路、LCD显示模块、键盘模块和网络状态的指示模块。温度检测模块采用DS18B20作为温度传感器,窗帘模块采用步进电机进行驱动,光照采集节点采用光敏电阻作为传感器。在软件部分主要采用BeeKit软件包配置各个节点的协议栈,通过IAR 5.20编译后移植到MC13224中,实现网络通信软件的功能。介绍了中心节点、窗帘控制节点、温度节点的功能及其软件软件运行流程,根据节点所完成的功能,开发相应的应用程序。开发了简单的上位机管理界面,可以利用计算机方便的管理家居网络系统。最后通过对温度节点的测试,说明了本论文ZigBee无线家居网络的可行性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9
  1.2 课题的研究目的和意义  9-10
  1.3 国内外相关技术发展现状  10-11
    1.3.1 国外智能家居的发展状况  10-11
    1.3.2 国内智能家居的发展现状  11
  1.4 智能家居系统组网技术  11-13
    1.4.1 智能家居系统  11
    1.4.2 有线技术  11-12
    1.4.3 无线技术  12-13
    1.4.4 无线组网技术的发展趋势  13
  1.5 本课题研究内容  13-15
第二章 智能家居系统方案和ZigBee 技术  15-26
  2.1 家居系统方案的选择  15-16
  2.2 ZigBee 技术特点  16-17
  2.3 ZigBee 协议  17-22
    2.3.1 物理层  18-19
    2.3.2 MAC 层  19-20
    2.3.3 网络层  20-22
  2.4 ZigBee 设备  22
  2.5 ZigBee 网络拓扑结构  22-25
  2.6 小结  25-26
第三章 智能家居网络硬件节点的设计  26-41
  3.1 硬件系统方案  26-28
    3.1.1 完备功能节点设计  26-27
    3.1.2 简单功能设备  27-28
    3.1.3 控制芯片的选择  28
  3.2 中心节点硬件设计  28-34
    3.2.1 MC13224 性能介绍  28-29
    3.2.2 MC13224 模块的最小系统  29-31
    3.2.3 串口转USB 部分  31
    3.2.4 LCD 显示模块  31-33
    3.2.5 键盘模块  33-34
    3.2.6 状态显示电路  34
  3.3 温度检测节点硬件设计  34-36
  3.4 窗帘控制节点硬件设计  36-39
  3.5 光照检测节点硬件设计  39-40
  3.6 小结  40-41
第四章 智能家居系统的软件设计  41-51
  4.1 ZigBee 协议栈实现  41-43
    4.1.1 基于BeeKit 的ZigBee 协议通信节点解决方案  41-42
    4.1.2 IAR5.20 编译协议栈  42-43
  4.2 中心节点软件设计  43-47
  4.3 窗帘控制节点软件设计  47-48
  4.4 温度检测节点软件设计  48-50
  4.5 小结  50-51
第五章 上位机软件设计  51-54
  5.1 上位机通信功能概述  51
  5.2 软件界面的开发及运行结果  51-54
第六章 总结  54-55
  6.1 总结  54
  6.2 存在的问题  54-55
参考文献  55-58
发表论文和科研情况说明  58-59
致谢  59-60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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