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基于ZigBee的智能家居安防系统

作　者: 褚欣媛
导　师: 李铁鹰
学　校: 太原理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 智能安防 ZigBee技术 无线传感器网络 远程报警
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


智能家居的概念很早就被提出,但受限于当时的科技水平及其高成本,一直无法完全实现。近年来,计算机技术、自动化技术等科学技术迅猛发展,使融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统得到了成功应用,尤其是将无线网络技术应用到智能家居系统,有力提升了技术,大大降低了成本,进一步推动了智能家居系统在市场上的发展前景。智能安防系统是智能家居系统中较为重要的子系统,一个自动的、高效的、及时的家居安防系统对防范煤气泄漏爆炸、火灾发生、盗窃抢劫和保护户主外出时的家居安全具有重要意义。新兴的ZigBee技术成本低、功耗小,能够自动组网,自由嵌入各种设备,扩展性能较强,可以快速准确地检测故障并予以修复,优势明显,因此,本文在此基础上设计了一个基于ZigBee技术的智能家居安防系统。本文详细阐述了ZigBee的技术优点、网络拓扑结构、协议架构以及数据传输方式,在此基础上根据家居环境和成本功耗,无线安防网络结构选择簇型网络拓扑结构。TI公司的CC2530片上系统相比于CC2430具有更大的缓存和存储容量,通信距离可达400m,因此被用作组建无线安防网络,终端节点采集家居环境信息,通过无线传输、多跳路由汇总到协调器并上传到监测中心,设定各种传感器的临界报警值,实现安防系统的功能。本文对各种安防传感器进行了选型和硬件设计,对电源电路、天线以及CC2530的外围电路和GPRS模块的设计方案和实现功能进行了描述。随后在IAR开发环境和Z-Stack协议栈基础上对ZigBee组网、协议栈运行方式、串口数据传输、节点间的通信以及终端节点数据信息的采集进行了深入研究。在上位机方面,使用Visaul Basic6.0软件平台实现了实时数据显示界面,并通过GPRS网络完成了远程报警功能。本文最后对无线传感网络功能做了简单的实验测试。本文设计的智能家居安防系统可以自动组网,具有很高的灵活性,节点可以随时断开加入网络并灵活变换位置,传感器网络规模大,盲区较少,精确度较高,具有高鲁棒性,因此在市场上有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  12-13
    1.2.1 国内外研究现状  12-13
    1.2.2 智能家居发展趋势  13
  1.3 无线通信技术  13-15
  1.4 基于ZigBee的智能安防系统的优点  15-16
  1.5 本文的研究内容  16-17
第二章 ZigBee简介  17-31
  2.1 ZigBee技术概述  17-20
    2.1.1 ZigBee技术起源  17
    2.1.2 ZigBee技术优点  17-20
  2.2 ZigBee网络拓扑  20-22
  2.3 ZigBee协议架构  22-28
    2.3.1 物理层(PHY)规范  23-25
    2.3.2 媒体访问控制层(MAC)服务规范  25-26
    2.3.3 应用层规范  26
    2.3.4 网络层(NWK)规范  26-27
    2.3.5 安全服务规范  27-28
  2.4 ZigBee数据包格式  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 智能家居安防报警系统总体设计  31-35
  3.1 智能家居安防系统结构  31-32
  3.2 智能家居安防网络拓扑选择  32-33
  3.3 智能家居安防网络中各节点功能  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章 智能家居安防系统硬件设计  35-53
  4.1 CC2530片上系统  35-40
    4.1.1 CC2530简介  35-37
    4.1.2 CC2530功能介绍  37-40
    4.1.3 CC2530外围电路设计  40
  4.2 协调器硬件电路设计  40-44
    4.2.1 CC2530与PC机串口电路设计  40-42
    4.2.2 CC2591  42
    4.2.3 天线及巴伦匹配电路的设计  42-44
    4.2.4 电源电路  44
  4.3 终端节点设计  44-49
    4.3.1 煤气检测传感器  45-47
    4.3.2 热释电红外传感器  47
    4.3.3 超声波传感器  47-48
    4.3.4 玻璃破碎传感器  48-49
  4.4 GPRS模块  49
  4.5 本章小结  49-53
第五章 智能家居安防系统软件设计  53-77
  5.1 ZigBee网络软件设计  53-64
    5.1.1 嵌入式集成开发环境  53
    5.1.2 Z-Stack协议栈简介  53-57
    5.1.3 OSAL操作系统  57-60
    5.1.4 ZigBee无线网络的组网流程  60-63
    5.1.5 ZigBee无线网络中的地址分配机制  63-64
  5.2 ZigBee协调器软件设计  64-67
    5.2.1 串口收发程序设计  65-66
    5.2.2 协调器控制执行机构  66-67
  5.3 ZigBee路由器软件设计  67-68
  5.4 ZigBee终端节点软件设计  68-71
  5.5 上位机软件设计  71-75
    5.5.1 串口程序设计  73-74
    5.5.2 GPRS模块与上位机的通信  74-75
  5.6 本章小结  75-77
第六章 实验测试  77-81
  6.1 实验设计  77-78
  6.2 实验结果  78-80
  6.3 本章小结  80-81
第七章 总结和展望  81-83
  7.1 论文工作总结  81-82
  7.2 工作展望  82-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
攻读硕士学位期间发表的学术论文  89

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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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