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基于Zigbee的智能家居系统的研究与实现

作　者: 李广路
导　师: 邓平
学　校: 西南交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 智能家居 Zigbee C51RF-3-PK ZStack VB6.0
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


智能家居融合自动控制、计算机网络、通信技术于一体,将家庭中各种设备通过家庭网络连接到一起,向人们提供智能、舒适的居住环境。传统的智能家居系统解决方案大都采用有线技术,存在需要布线、安装费用高等缺点。近年来短距离无线通信技术得到了迅猛发展,与有线技术相比拥有诸多优势如灵活性、低成本等。因此,将短距离无线通信技术应用于智能家居系统成为未来的发展趋势。ZigBee是一新兴短距离无线通信技术,主要用在监测和控制领域,其自身的技术优势,例如低复杂度、低功耗等,正好满足智能家居系统对家庭网络通信技术的要求。目前,市场上支持Zigbee技术的芯片,例如TI公司的CC2430、飞思卡尔公司的MC13XX系列等,价格非常便宜,有望使智能家居系统的成本大大降低。本文首先在深入分析Zigbee协议原理的基础上,结合一般智能家居系统的需求分析,给出了一种基于Zigbee的智能家居系统的整体设计方案；然后,以成都无线龙通讯公司的C51RF-3-PK开发系统为硬件平台搭建了控制中心(Zigbee网络协调器)、路由节点、终端节点三类节点的硬件模型,以TI公司的ZStack协议栈为软件基础,设计了控制中心、路由节点、终端节点三类节点的软件系统；接着,利用这三类节点对基于Zigbee的家庭网络子系统进行了模拟,并利用Zigbee协议分析仪对家庭网络子系统进行数据抓包分析,验证了设计的正确性；最后,采用Visual Basic6.0设计了智能家居系统的监控子系统。监控子系统可以对家庭网络子系统进行实时监控,当发现家庭网络子系统的报告数据不在安全区间内时,监控子系统通过发送报警邮件等方式向用户报警；用户通过监控子系统的远程监控程序同本地监控程序建立TCP连接进而远程控制家庭网络子系统。此外,监控子系统还将家庭网络子系统的报告数据存放到后台数据库中,便于查询和分析。本文设计的基于Zigbee的智能家居系统不仅具备传统智能家居系统具有的功能,而且克服了传统智能家居系统需要布线等缺点,其监控子系统还具有自动发送报警邮件等实用功能,具有一定的先进性和实用价值。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 智能家居系统概述  11-12
  1.2 智能家居系统的国内外发展状况  12-14
    1.2.1 智能家居系统的国外发展状况  12-14
    1.2.2 智能家居系统的国内发展状况  14
  1.3 课题的研究意义  14-16
  1.4 论文内容安排  16-17
第2章 Zigbee技术及智能家居系统  17-33
  2.1 Zigbee技术概述  17-19
    2.1.1 Zigbee技术起源  17
    2.1.2 Zigbee设备类型及工作频段  17-18
    2.1.3 Zigbee网络结构  18-19
  2.2 Zigbee协议分析  19-28
    2.2.1 PHY层  19-21
    2.2.2 MAC层  21-23
    2.2.3 NWK层  23-26
    2.2.4 APL层  26-28
  2.3 基于Zigbee的智能家居系统  28-32
    2.3.1 系统需求分析  28-30
    2.3.2 系统方案设计  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 家庭网络子系统的设计与实现  33-55
  3.1 开发平台简介  33-36
    3.1.1 硬件平台C51 RF-3-PK简介  33-34
    3.1.2 软件平台ZStack简介  34-36
  3.2 控制中心的设计与实现  36-43
    3.2.1 控制中心的硬件模型  36
    3.2.2 控制中心的功能确定  36
    3.2.3 控制中心的软件设计  36-43
  3.3 终端节点的设计与实现  43-49
    3.3.1 终端节点的硬件模型  43
    3.3.2 终端节点的功能确定  43-44
    3.3.3 终端节点的软件设计  44-49
  3.4 路由节点的设计与实现  49-50
  3.5 家庭网络子系统的验证  50-54
  3.6 本章小结  54-55
第4章 监控子系统的设计与实现  55-74
  4.1 监控子系统的功能描述  55
  4.2 监控子系统的整体布局  55-56
  4.3 监控子系统的前端界面  56-57
  4.4 监控子系统的模块划分  57-58
  4.5 各模块的设计与实现  58-73
    4.5.1 串口控制模块的设计与实现  58-60
    4.5.2 数据处理模块的设计与实现  60-64
    4.5.3 数据存储模块的设计与实现  64-68
    4.5.4 报警模块的设计与实现  68-70
    4.5.5 远程控制模块的设计与实现  70-73
  4.6 本章小结  73-74
第5章 总结与展望  74-76
  5.1 总结  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读硕士期间发表的论文  80

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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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