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ZigBee电路设计及在智能家居中的应用

作　者: 张小威
导　师: 黄学军
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: ZigBee 电路设计 CC2530 智能家居传感器 Z-Stack
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着社会的进步和技术的迅速发展，人们对生活品质的要求不断提高，在家庭居住环境安全舒适的前提下，也希望其更加的智能化和人性化。目前市场上的智能家居产品多为有线组网，其在布线美观性和灵活扩展性方面都达不到要求，因此基于无线通信技术的智能家居是目前发展的总体趋势。短距离无线通信技术ZigBee凭借其功耗低、成本低、组网容量大等优点，成为目前最适合应用于无线组网智能家居系统的技术之一。ZigBee网络在智能家居系统中负责完成数据的无线收发和处理等任务。本文首先研究了ZigBee技术的技术特点、设备类型、网络拓扑结构以及ZigBee协议规范。在ZigBee节点硬件设计环节，本文采用TI公司的ZigBee无线通信芯片CC2530，完成了ZigBee射频模块电路和外围电路的设计，针对各个模块分别从实现功能、电路原理图、PCB设计几个方面进行了介绍，并对匹配网络的设计进行了详细介绍。在智能家居系统应用设计部分，本文提出了基于智能家居系统的功能需求和总体方案。在Z-Stack协议栈的基础上，针对不同的ZigBee节点类型进行了具体的程序设计，实现了ZigBee网络的组建。然后对智能家居系统中所需要的各种传感器和控制器进行了选型和设计，分别完成了信号采集和控制程序的编写，实现了家居环境下的温湿度、光强等信息的准确采集，门窗防盗和火灾预防的预警监测，和家居设备的智能化控制。最后通过将ZigBee网络与智能网关相结合组建智能家居系统，对ZigBee网络的功能实现、可靠性、以及功耗进行了测试。通过将ZigBee技术应用于智能家居系统中，使其在灵活性、可扩展性、功耗方面、室内美观等方面都体现出了一定优势，具有较高的应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题研究的背景  8
  1.2 智能家居的发展概况  8-9
  1.3 智能家居系统的组网技术及选择  9-11
    1.3.1 有线组网技术  9
    1.3.2 无线组网技术  9-11
  1.4 本文工作内容简介  11-12
第二章 ZigBee 技术概述  12-20
  2.1 ZigBee 技术特点  12-13
  2.2 ZigBee 设备类型及拓扑结构  13-14
    2.2.1 ZigBee 网络设备类型  13
    2.2.2 ZigBee 网络拓扑结构  13-14
  2.3 ZigBee 规范  14-19
    2.3.1 物理层  15-16
    2.3.2 数据链路层  16-17
    2.3.3 网络层  17-18
    2.3.4 应用层  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 ZigBee 节点硬件设计  20-42
  3.1 硬件设计总体规划  20-22
    3.1.1 芯片选型及介绍  20-22
    3.1.2 ZigBee 节点电路设计方案  22
  3.2 RF 模块电路设计  22-34
    3.2.1 芯片间 RF 差分信号线  24-25
    3.2.2 RF 信号到天线的匹配电路  25-33
    3.2.3 晶振电路  33-34
    3.2.4 电源去耦滤波电路  34
  3.3 RF 模块 PCB 板的整体实现  34-37
  3.4 外围电路设计  37-41
    3.4.1 电压转换电路  38-39
    3.4.2 串口通信电路  39-40
    3.4.3 LED 电路  40
    3.4.4 复位与 JTAG 接口电路  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 ZigBee 在智能家居系统中的应用设计  42-61
  4.1 系统总体方案设计  42-44
    4.1.1 智能家居系统功能需求分析  42
    4.1.2 智能家居系统组成  42-44
  4.2 开发环境介绍  44-49
    4.2.1 软件开发环境 IAR Embedded Workbench  44-45
    4.2.2 Z-Stack 协议栈简介  45
    4.2.3 Z-Stack 的运行机制  45-47
    4.3.4 Z-Stack 的寻址模式  47-49
  4.3 ZigBee 节点功能的实现  49-53
    4.3.1 协调器节点程序设计  49-51
    4.3.2 路由器程序设计  51-52
    4.3.3 终端节点程序设计  52-53
  4.4 数据采集和控制终端节点设计  53-60
    4.4.1 温湿度采集节点设计  53-56
    4.4.2 光照采集节点设计  56-57
    4.4.3 可燃气体检测节点设计  57-58
    4.4.4 红外入侵检测节点设计  58-59
    4.4.5 电子锁控制节点设计  59-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章智能家居系统搭建与系统测试  61-68
  5.1 ZigBee 网络组建  61-63
  5.2 智能家居系统演示平台搭建  63-65
  5.3 网络性能测试  65-66
  5.4 功耗测试  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
参考文献  70-72
致谢  72

ZigBee电路设计及在智能家居中的应用

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