基于ZigBee智能窗帘控制系统9篇基于ZigBee智能窗帘控制系统 论文题目：基于ZigBee的智能家居系统设计专业：控制理论与控制工程研究生：李雁景（签名）指导老师：王再英（签名）摘要随着社会的发展，下面是小编为大家整理的基于ZigBee智能窗帘控制系统9篇,供大家参考。
篇一：基于ZigBee智能窗帘控制系统
题目：基于ZigBee的智能家居系统设计专业：控制理论与控制工程研究生：李雁景（签名）指导老师：王再英（签名）摘要随着社会的发展，人们对家居环境的要求日益提高，智能家居系统利用现代IT技术，将与家居生活中安全相关的各种子系统有机地结合在一起，为人们生活提供了更安全、更舒适、更便利的生活空间。有线智能家居系统灵活性差、不宜扩展，而基于无线网络的智能家居系统克服了有线智能家居系统的缺点，更加灵活实用。本文选用了具有低功耗、低速率、低成本、近距离等一系列优势的ZigBee技术组建智能家居系统，该系统采用星形网络拓扑结构，具有自组网、自修复、传感器节点动态加入、自动报警功能。整个系统包括硬件和软件设计两个部分，硬件设计由ZigBee无线模块、电源模块、终端节点模块等几部分组成。ZigBee模块采用的是CC2430芯片作为核心部件，CC2430的特性已经超过了IEEE802.15.4标准的要求，在选择性和灵敏度上具有优异的性能，可确保短距离通信的有效性和可靠性。系统软件设计主要包括Z-Stack协议栈设计和ZigBee模块相关部分的设计。基于通用性和便于开发的考虑，采用了TI公司的Z-Stack协议栈，其主要特点就是兼容性，完全支持IEEE802.15.4/ZigBee的CC2430片上系统解决方案。经过试验调试最后实现了灯光控制、电动窗帘控制、人体红外探测、气体检测和温度显示的功能，通过这些功能的实现，说明ZigBee在智能家居系统的应用上具有很重要的价值。关键词::::智能家居系统；ZigBee；CC2430；Z-Stack；研究类型::::应用研究Subj ectSubj ectSubj ectSubj ect::::TheTheTheTheSmartSmartSmartSmartHomeHomeHomeHomeSystemSystemSystemSystemDesignDesignDesignDesignBasedBasedBasedBasedononononZigBeeZigBeeZigBeeZigBeeSpecialtySpecialtySpecialtySpecialty::::ControlControlControlControlTheoryTheoryTheoryTheoryandandandandControlControlControlControlEngineeringEngineeringEngineeringEngineeringNameNameNameName::::LiLiLiLiYanj ingYanj ingYanj ingYanj ing（SignatureSignatureSignatureSignature）InstructorInstructorInstructorInstructor::::WangWangWangWangZaiyingZaiyingZaiyingZaiying（SignatureSignatureSignatureSignature）ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTAsweallknowthatp eop le’sdemandforhomeenvironmentisincreasingwiththedevelop mentofsociety.Thesmarthomesystemcomb inesallthesub -systemtogetherwhichrelatedtothesafetyofhomelifeb ymodernITtechnology,soastop rovideamuchsafer,morecomfortab leandmoreconvenientlife.Comp aredwithwiredsmarthomesystemisp oorinflexib ilityandexp ansib ility,smarthomesystemb asedonwirelessnetworkovercomestheshortcomingsofthetraditionalsmarthomesystem.Thisp ap erselectedZigBeetechnologywhichhaslowp ower,lowrate,low-cost,shortrangeandaseriesofotheradvantagestob uildsmarthomesystem.Andthesystemcanj ointhesensornodesdynamically,self-organizingnetwork,self-healingandautoalarmforusingstartnetworktop ology.Thesystemdesignconsistsofhardwareandsoftware.Thehardwaredesigniscomp osedofZigBeewirelessmodules,p owermodule,terminalnodesmoduleandsoon.WeuseCC2430asthecorecomp onentinZigBeemodule,whosep rop ertiesexceedtherequirementsofIEEE802.15.4standard.Theexcellentp erformanceontheselectivityandsensitivitycanensurethevalidityandreliab ilityofshort-distancecommunication.SystemsoftwaremainlyincludesthedesignofZ-Stackp rotocolstackandrelevantp artsofZigBeemodule.Toconsidertheversatilityandeasydevelop mentwechooseTI"sZ-Stackb ecausewhosemainfeatureisthecomp atib ility,andwhichfullsup p ortfortheIEEE802.15.4andCC2430.Afterdeb uggingitfinallyrealizeslightingcontrol,electriccurtaincontrol,infrareddetection,gasdetectionandtemp eraturedisp lay.Bythesefeatures,itp rovesthatZigBeeap p licationofsmarthomesystemhasaveryimp ortantvalue.KeyKeyKeyKeyWordsWordsWordsWords::::SmartHomeSystemZigBeeCC2430Z-StackThesisThesisThesisThesis::::Ap p licationResearch
目录I目录1绪论.........................................................................................................................................11.1国内外相关技术研究现状...............................................................................................11.1.1国内外智能家居系统现状........................................................................................11.1.2无线局域网发展及研究现状....................................................................................21.2智能家居系统的特点以及设计中考虑因素...................................................................21.2.1有线智能家居系统的特点和不足............................................................................21.2.2无线智能家居系统设计主要考虑的因素................................................................31.3智能家居系统中无线通信技术的选择...........................................................................31.4本课题的研究背景和意义...............................................................................................41.5本论文的主要研究内容及各章节安排...........................................................................51.5.1主要研究内容............................................................................................................51.5.2章节安排....................................................................................................................52基于ZigBee的智能家居系统总体规划................................................................................72.1系统总体规划...................................................................................................................72.1.1网络拓扑结构选择....................................................................................................82.1.2配置文件设计............................................................................................................82.2智能家居系统...................................................................................................................82.3智能家居系统中的ZigBee..............................................................................................92.3.1ZigBee概述................................................................................................................92.3.2ZigBee协议架构........................................................................................................92.3.3ZigBee设备类型......................................................................................................132.3.4ZigBee网络拓扑......................................................................................................142.4ZigBee网络地址分配机制............................................................................................152.4.1随机分配机制..........................................................................................................152.4.2分布式分配机制......................................................................................................152.5数据传输.........................................................................................................................162.5.1终端设备向协调器传送数据..................................................................................162.5.2协调器传出数据......................................................................................................172.5.3对等传输数据..........................................................................................................182.6本章总结.........................................................................................................................183智能家居系统的硬件设计...................................................................................................19
目录II3.1ZigBee模块设计............................................................................................................203.2电源电路设计.................................................................................................................213.3传感器节点设计.............................................................................................................223.3.1人体热释红外传感器节点......................................................................................223.3.2气体传感器节点......................................................................................................233.4电动窗帘控制节点.........................................................................................................253.5本章小结.........................................................................................................................264智能家居系统的软件设计..................................................................................................274.1智能家居系统软件设计.................................................................................................274.1.1Z-Stack......................................................................................................................274.1.2在OSAL中添加自己的任务..................................................................................274.2ZigBee模块相关软件设计............................................................................................284.2.1ZigBee模块协调器建网过程..................................................................................294.2.2ZigBee模块终端节点入网过程..............................................................................304.2.3ZigBee协调器工作流程.........................................................................................324.2.4传感器节点工作流程..............................................................................................334.2.5控制节点工作流程..................................................................................................344.3本章小结........................................................................................................................355系统调试结果和分析...........................................................................................................365.1系统调试环境.................................................................................................................365.1.1硬件调试环境..........................................................................................................365.1.2软件调试环境..........................................................................................................365.2系统调试结果.................................................................................................................365.2.1系统调试..................................................................................................................365.2.2终端设备调试...................................
篇二：基于ZigBee智能窗帘控制系统
号：TP273
密级：
公开
硕 士 学 位 论 文
基于STM32和ZigBee的智能家居下位机系统的研究与设计基于STM32和ZigBee的智能家居下位机系统的研究与设计
研 究 生：
王晓东 指导教师：
石学文
副教授 培养单位：
工学院 一级学科：
控制科学与工程 二级学科：
控制理论与控制工程 完成时间：
2015 年 4 月 10 日 答辩时间：
2015 年 6 月 8 日 研 究 生：
王晓东 指导教师：
石学文
副教授 培养单位：
工学院 一级学科：
控制科学与工程 二级学科：
控制理论与控制工程 完成时间：
2015 年 4 月 10 日 答辩时间：
2015 年 6 月 8 日 万方数据
硕 士 学 位 论 文 硕 士 学 位 论 文 控 制 科 学 与 工 程 控 制 科 学 与 工 程 王 晓 东 王 晓 东 曲 阜 师 范 大 学 曲 阜 师 范 大 学 万方数据
曲阜师范大学研究生学位论文独创性声明 （根据学位论文类型相应地在“□”划“√”）
本人郑重声明：此处所提交的博士□/硕士□论文《基于 STM32 和 ZigBee的智能家居下位机系统的研究与设计》，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名：
日期：
曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书 （根据学位论文类型相应地在“□”划“√”）
《基于 STM32 和 ZigBee 的智能家居下位机系统的研究与设计》系本人在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间，在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部或部分内容。
作者签名：
日期：
导师签名：
日期：
万方数据
摘要
I摘要
随着当前经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对生活质量有了越来越高的要求，在这样的大背景下，智能家居系统应运而生。在过去的十年里，随着物联网的发展，智能家居系统已经有了比较大的发展，但是由于技术和成本的限制，目前为止，智能家居系统还不能广泛的被人们所使用。因此，一种简单便捷，方便实用，经济实惠的智能家居系统成为人们的迫切需要。而随着物联网的飞速发展，设计一套成本相对低廉的智能家居系统成为了可能。
为了满足人们对智能家居系统的需要，本文利用物联网技术，设计开发了一套功能实用、成本相对低廉的智能家居下位机系统，只需添加上位机部分，比如 PC 机的客户端或者移动客户端，即可组成一套完整的智能家居系统，上位机的客户端可以接收数据或者下发指令。由于在这套系统中没有进行上位机的设计，所以在这里使用 socket toll 工具进行接收数据和下发指令。
本文主要从硬件和软件两方面对这套系统进行了研究：
（1）硬件电路主要包括网关和 ZigBee 网络系统。网关电路板选用的主控芯片是STM32 系列芯片，通讯模块为 SIM900 模块，负责通过 GPRS 向上位机发送数据。ZigBee网络系统包括一个协调器和六个终端节点，协调器通过排针插接在网关电路板上，六个终端节点分别是温湿度采集模块、人体红外探测模块、烟雾浓度探测模块、风扇控制模块、直流电机驱动模块和 LED 灯控制模块。协调器和终端节点的主控芯片都是 cc2530，另外终端节点上都有不同的传感器。整个系统的工作流程为：终端节点上的传感器采集数据，然后通过 ZigBee 网络发送给协调器，协调器通过串口把数据发送给网关。网关接收数据之后，再通过 GPRS 模块发送给上位机，上位机利用 socket toll 接收并显示数据。也可以通过 socket toll 下发指令，然后通过网关发送给终端节点，使终端节点执行开关灯、风扇、直流电机等动作。
（2）软件实现部分的编程环境是 Keil MDK 和 IAR。
MDK-ARM 是专为微控制器应用而设计的编程软件，不仅简单易学，而且功能强大，能够很好的满足大多数的嵌入式编程应用。IAR Systems 是全球领先的嵌入式系统开发工具。本系统采用 C 语言编程，C 语言具有简洁紧凑、灵活方便的特点。系统采用模块化编程，极大的提高了系统的编程效率，为程序的修改和升级提供了方便。
这套系统的主要功能有检测温湿度、烟雾浓度、是否有人经过和开关灯、开关风扇、开关直流电机（模拟窗帘的开关）。由于上位机部分不在本文的研究范围之内，所以所有的数据显示和指令的下发都借助于 socket toll 工具。在实际应用中只需要编写一个上位机的客户端来取代 socket toll 工具进行数据的接收和显示即可。
关键字：智能家居，下位机，STM32，cc2530，GPRS
万方数据
Abstract
IIAbstract
Nowadays, with the rapid development of economy and the improvement of people"s living standards, people"s life quality is becoming more and more highly requested. Under such a big background, intelligent housing system comes into being. Intelligent housing system has already had a considerable development with the development of the Internet of things over the past decade. However, intelligent housing system is not widely used so far due to the limitation of technology and cost. Therefore,a convenient, practical and economical intelligent housing system becomes the urgent need of people. With the rapid development of the Internet of things, it becomes possible to design a set of intelligent housing system which is relatively inexpensive. In order to satisfy people"s need for intelligent housing system, this paper developed a lower machine part of intelligent housing system by using the Internet of things technology. The lower machine part is of practical functioning and price moderate. The system can be used as a complete set of intelligent housing system when we add the client computer or mobile client which can receive data and issue instructions. Since we didn’t do the design of upper machine parts in the system, so we use socket tool to receive data and issue instructions. This paper studied the system mainly from the two aspects of hardware and software: (1)The hardware circuit consists mainly of the gateway and the ZigBee network system. We use stm32 series chips as the main control chip of the circuit board of the gateway and sim900 module as the communication module, which is responsible for sending data to the upper machine parts by GPRS. The ZigBee network system consists of a coordinator and six terminal nodes. The coordinator was plugged into the printed circuit boards of the gateway by pin headers. Six terminal nodes are the temperature and humidity monitoring module, the body infrared detection module, the concentration of the smoke detection module, fan control module, DC motor driving module and LED lamp control module. The main control chip of the coordinator and terminal nodes is cc2530 and each terminal node has different sensors. The workflow of the system is that the ZigBee network send data which are collected by the sensors on the terminal nodes to the coordinator, and then the coordinator send data to the gateway via a serial port. The gateway will send these data to the upper machine parts by GPRS as soon as it receives data. The upper machine part uses socket toll to receive and display the data. The users can also issue instructions through the socket toll and then send the instructions to the terminal nodes through the gateway. The terminal nodes will perform actions like opening and turning off the lights, fans and DC motor, etc as instructed. (2)We adopt Keil MDK and IAR software for the programming and debugging 万方数据
Abstract
IIIenvironment. MDK - ARM is specially designed for applications of microcontroller. It is not only easy to learn and to use, but also powerful enough to satisfy the most embedded applications. IAR Systems is the world leader tool in the development of embedded system. The programming language of the system is the C language which is readable and of high flexibility. The system adopts modular programming method which can improve the efficiency of programming greatly and is easy to modify and upgrade the programs.
Functions of the system are to collect the temperature and humidity data ,to detect the smoke concentration , to detect whether there is someone go via the place and to open or turn off the lights, fan and switches of dc motor ( the switch of the analog curtain). The upper machine part is not in the scope of the research, so we use the socket toll to display data and issue instructions. We just need to write a client of the upper machine part to replace the socket toll tools to receive and display data in practical applications. Keywords:
Intelligent housing system, The lower machine part ,STM32, cc2530,GPRS
万方数据
目录
I目 录
摘
要 .............................................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................................................ II 第一章 绪论 ................................................................................................................................... 1 1.1 智能家居概述 ................................................................................................................... 1 1.2 智能家居在国内外的发展现状 ....................................................................................... 1 1.3 课题的研究背景和意义 ................................................................................................... 2 1.3.1 课题研究的背景 .................................................................................................... 2 1.3.2 课题研究的意义 .................................................................................................... 2 1.4 本文研究的主要内容 ....................................................................................................... 2 第二章 系统概述 ........................................................................................................................... 4 2.1 系统功能概述 ................................................................................................................... 4 2.2 系统总体结构概述 ........................................................................................................... 5 2.2.1 系统整体架构设计 ................................................................................................ 5 2.2.2 传感层 .................................................................................................................... 5 2.2.3 网络层 .................................................................................................................... 6 2.2.4 应用层 .................................................................................................................... 6 2.3 数据通信流程概述 ........................................................................................................... 6 第...
篇三：基于ZigBee智能窗帘控制系统
章绪论1 01课题研究的背景第一章绪论在新材料制作技术、网络通讯技术以及控制工程的发展和进步的带动下，有着快速发展并能广泛的应用在生活之中当数智能控制这一部分，而智能控制在现代控制设备系统的应用最为普遍，越来越得到人们的青睐【-]。科技迅速进步的同时使得人们的整体生活水平有着质的飞跃，人们不再满足过去的老套生活环境【2]，这就对现在的居住空间环境有了更高的要求，在享受高新技术给我们带来的方便、智能和安全的同时也要让家居环境更加舒服和便利，这是生活水平进步必要的发展过程。智能控制科学给我们带来更加智慧的生活方式，而窗帘是家庭生活中必不可少的家居产品，它让人们的居住环境更加舒适的同时也保护了人们的隐私。目前我们所居住的建筑空间风格，对窗帘的设计要求也越来越高，新颖、方便、智能又美观的窗帘正中人们下怀，既能解决每天手动打开关闭的麻烦又可以显示出生活的品味，所以窗帘的智能控制系统很快就会普及在日常生活当中。我相信在不久的将来，也会应用到普通住宅、酒店饭店、办公楼等不同的场合，智能自动窗帘有着非常广阔的市场前景和发展前途，我们应该加重对这方面产品的研究。人们生活水平的提高，就意味着人们对居住环境提出了更高的要求，这也是社会发展的必然规律。对于我们国家来说，科学发展处于初步发展阶段，各类的科技产品是不能和发达国家相比的，人们的生活境况开始富裕，新兴的智能产品也是刚刚略有起色。但是我们相信智能系统必定有着广阔的发展前途智能系统不仅可以为我们营造出一种高效、舒适、安逸的居住环境，而且还可以带动一系列的产业的发展。良好的发展环境、广阔的发展市场将会使得智能控制产业包含的更多的功能大放异彩。处身设地的想，我们以及我们周围的人的生活观念和消费观念都在发生了变化，这归根结底是科技的发展给我们带来的变化。计算机技术还有嵌入式技术的不断发展，家电的智能化越来越高，其中自动窗帘的设计可以使人们感受新技术带来的方便，不需要手动开拉而是完全的智能控制，不仅简捷而且彰显品味。在自动控制系统中包含着有依据光线强度再自动控制的单元，万方数据基于嵌入式和Zigbee的智能窗帘控制系统设计与实现在光度发生变化时进行亮度的自动调节，让人们更加适应环境的变化，感受智能科技带来的社会进步，智能控制窗帘运用而生。在科技水平高西方发达国家，智能窗帘早己应用千家万户【3】。然而在我国，这项技术还是高端前沿产品，所以一套全面智能并且价格合理的智能窗帘是我们必须要推广的。1．2智能窗帘控制系统国内外发展状况实际上电动窗帘【4】这项技术产品在西方发达国家早已得到了运用。在10年之前，在我国的市场上已经出现了电动窗帘的痕迹，由于价格和技术的原因一直没有推广。而近几年，随着电机控制技术的不断发展，又加上技术本身的成熟价格也在下降，电动窗帘又逐渐活跃在我国市场之中。对电动窗帘技术而言大同小异，但是售价差距很大，在几百到几千元不等。从智能窗帘成就这方面来讲，其中以欧美为主的发达国家推出的新型隔音窗帘，它是用细长条隔音薄膜构成的[5】，这种新式窗帘里面到外面，可以组成持续的隔音通道，因此对隔音具有很好的效果。在美国研发出一款节能翻转式窗帘，主要有高耐力的涤纶物织和含有反光能力的铜箔组成起来的，它是利用铜箔上增加保护层[s】，因此达到节能的效果。与此同时，降低了玻璃和窗帘间的空气对流，例外增加了太阳能发电系统，白天把直射到窗帘上的光线进行吸收，通过能源转换技术，把太阳能转换为窗帘需要的电能，运用这种技术，在晴天这种窗帘可以发50W的电能，可以通过锂电池进行储能。这样可以维持室内的凉爽感觉和看到外面的风景。在21世纪初，英国一家大型公司研制一款窗帘，它把计算机技术和传感器技术融入其中，可以根据人们的需求定制相应的功能，比如遥控操作，定时开关等。在智能产业中，智能自动窗帘可以说是一个新兴起来的产业，在国内不断迅速成长。由于有较高的实用性，在较短的时间里能够实现功能的多样化，而且它人性化的控制设计被越来越多的人接受，也许在以后的发展中也可能超越国外技术。其实在中国也有不少的厂家生产自动控制窗帘，而且在中国这个行业的发展性质与其他产业是完全不同的。目前，智能控制窗帘已经慢慢走近中国的千家万户，相信在不久的将来更会普及到每家每户。万方数据
第一章绪论1．3课题研究的意义进入21世纪以后，现代科学技术的迅速进步，尤其是现代网络通信技术、智能控制技术还有新型材料技术在生活中的厂、’’泛使用[6]。在很大程度上改善了人们的生活环境。目前智能自动窗帘成为了家居装饰的一种潮流，人们会摒弃以前的装修观念，追赶时尚智能的潮流。以现代的科技情况我们可以看出，智能自动窗帘[4】必定可以成为国内广泛使用的家居产品之一[7]，它有着非常广阔得发展空间。虽说我国的科技发展的时间比较短，科技产品和发达国家相比差距也很大，智能系统也是刚开始在我国兴起。但是，智能控制系统[8]具有宽广的使用前途，智能系统在为我们创造出高效、舒服、便利的居住环境的同时，也能带动一大批新兴产业的发展。1．4本文研究内容本文设计综合目前控制系统存在的缺陷，设计出一款具有安全、易扩展和成本低等特点的基于嵌入式和Zigbee智能窗帘控制系统，整个控制系统采用了模块化设计思想[9】，各个采集电路与信号处理部分运用连接关系组成一个完整的控制系统，这样设计控制系统可以降低研发费用同时也降低了系统设计难度。本课题的设计思路是基于核心控制器STM32F103C8T6为系统的开发平台，设计出相对应的匹配电路，完成了电源转换电路、信号采集电路、数据传输电路、数据处理电路、信号输出电路和上位机通信电路[1。]，其中采集的信号利用Zigbee技术传输，上位机通信近距离利用WIFI进行传输，远程采用GSM短信进行数据通信。本文共分为六个章节，具体内容安排如下：第一章为绪论，绍了智能窗帘控制系统的背景和意义[【l】，另外阐述了国内外智能窗帘控制系统发展情况。第二章重点阐述了控制系统总体方案设计【12l，主要论述了系统的功能描述和总体网关架构方案设计【12]，并对系统中无线网络通信技术方案的选择做了详细说明以及系统用到的关键技术进行详细的阐述。第三章详细的介绍了智能窗帘控制系统硬件平台搭建，介绍了本课题使用的单片机系统的设计原理，以及ARM处理器最小系统的描写。还有主控电路设计万方数据
基于嵌入式和Zigbee的智能窗帘控制系统设计与实现和信号采集电路设计及相应匹配电路绘制，完成了整个系统硬件电路设计。第四章详细的介绍了智能窗帘控制系统软件平台搭建[13】，主要介绍本课题所需要的软件部分的相关内容，例如对软件平台的功能要求、开发工具的需要、软件开发的编译环境等。第五章介绍了系统测试与结果分析，这是系统完成的一个整体的测试，对设计的数据测试、通信测试、整体的完整性测试，得出结果并分析不足之处。最后阐述本课题的主要成果和分析误差和需改进的地方，待进一步的完善和研究。第六章对本文的研究内容和最后设计的控制系统进行了总结[，4]以及本系统后续的研究方向进行展望。4万方数据
篇四：基于ZigBee智能窗帘控制系统
gbee 技术 Zigbee 简介 Zigbee 是基于 IEEE802. 15. 4 标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、 低功耗的无线通信技术。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee) 是靠飞翔和“嗡嗡” (zig) 地抖动翅膀的“舞蹈” 来与同伴传递花粉所在方位信息， 也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、 低复杂度、 自组织、 低功耗、 低数据速率、 低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域， 可以嵌入各种设备。
简而言之， ZigBee 就是一种便宜的， 低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee 概述 ZigBee 是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee 协议从下到上分别为物理层(PHY) 、 媒体访问控制层(MAC) 、 传输层(TL) 、 网络层(NWK) 、 应用层(APL)等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循 IEEE 802. 15. 4 标准的规定。
ZigBee 网络主要特点是低功耗、 低成本、 低速率、 支持大量节点、 支持多种网络拓扑、 低复杂度、 快速、 可靠、 安全。
ZigBee 网络中设备的可分为协调器(Coordinator) 、 汇聚节点(Router) 、 传感器节点(EndDevice) 等三种角色。
Zigbee 特性 ①低功耗。
在低耗电待机模式下， 2 节 5 号干电池可支持 1 个节点工作 6～24 个月， 甚至更长。
这是 ZigBee 的突出优势。
相比较， 蓝牙能工作数周、 WiFi 可工作数小时。
②低成本。
通过大幅简化协议(不到蓝牙的 1/10) ， 降低了对通信控制器的要求， 按预测分析， 以 8051 的 8 位微控制器测算， 全功能的主节点需要 32KB 代码， 子功能节点少至 4KB 代码， 而且 ZigBee 免协议专利费。
每块芯片的价格大约为 2 美元。
③低速率。
ZigBee 工作在 20～250kbps 的速率， 分别提供 250 kbps(2. 4GHz) 、40kbps(915 MHz) 和 20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率， 满足低速率传输数据的应用需求。
④近距离。
传输范围一般介于 10～100m 之间， 在增加发射功率后， 亦可增加到 1～3km。这指的是相邻节点间的距离。
如果通过路由和节点间通信的接力， 传输距离将可以更远。
⑤短时延。
ZigBee 的响应速度较快， 一般从睡眠转入工作状态只需 15ms， 节点连接进入网络只需 30ms， 进一步节省了电能。
相比较， 蓝牙需要 3～10s、 WiFi 需要 3 s。
⑥高容量。
ZigBee 可采用星状、 片状和网状网络结构， 由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理 254 个子节点； 同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成 65000 个节点的大网。
⑦高安全。
ZigBee 提供了三级安全模式， 包括无安全设定、 使用访问控制清单(Access Control List,
ACL)
防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码， 以灵活确定其安全属性。
⑧免执照频段。
使用工业科学医疗(ISM) 频段， 915MHz(美国) ,
868MHz(欧洲) ,
2.
4GHz(全球) 。
Zigbee 应用及前景 随着国内经济的高速发展， 城市的规模在不断扩大， 尤其是各种交通工具的增长更迅速， 从而使城市交通需求与供给的矛盾日益突出， 而单靠扩大道路交通基础设施来缓解矛盾的做法已难以为继。
在这种情况下， 智能公交系统(AdvancedPublicTransportationSystems， APTS) 也就应运而生， 并且成为国内研究的热点。在智能公交系统所涉及的各种技术中， 无线通信技术尤为引人注目。而 ZigBee 作为一种新兴的短距离、 低速率的无线通信技术， 更是得到了越来越广泛的关注和应用。
市场上也出现了大量与 ZigBee 相关的各种产品， 根据统计分析表明：
zigbee 虽然广受推崇， 但是在数据中， 推出 zigbee 相关产品的中小型企业在 2012 年的发展并不可观。
ZigBee 并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争， 它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场， 它有着广阔的应用前景。
ZigBee联盟预言在未来的四到五年， 每个家庭将拥有 50 个 ZigBee 器件， 最后将达到每个家庭 150 个。
其应用领域主要包括：
◆家庭和楼宇网络：
空调系统的温度控制、 照明的自动控制、 窗帘的自动控制、煤气计量控制、 家用电器的远程控制等。
◆工业控制：
各种监控器、 传感器的自动化控制。
◆商业：
智慧型标签等。
◆公共场所：
烟雾探测器等。
◆农业控制：
收集各种土壤信息和气候信息。
◆医疗：
老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。
篇五：基于ZigBee智能窗帘控制系统
ZigBee 技术的嵌入式 Web 智能家居远程监控系统设计说明书一、系统概述 1. 智能家居 智能家居又称为智能住宅，
在国外常用 Smart Home 表示。
与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、 电子家庭（Electronic Home、 E-home）、数字家园（Digital Family）、 家庭网络（Home Net/Networks for Home）、 网络家居（NetworkHome）、 智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building）
等。
智能家居系统利用先进的计算机技术、 网络通讯技术、 综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起， 通过统筹管理， 让家居生活更加舒适、安全。
智能家居可以提供全方位的信息交换功能， 帮助家庭与外部保持信息交流通畅， 优化人们的生活方式， 增强家居生活的安全性， 甚至为各种能源费用节约资金。
2. 本系统拟研究内容 通过 Web Service 从网络获取天气预报并在只能终端显示， 辅助智能设备决策，例如窗帘的开关， 空调温度的调节。
基于 NFC 技术的门禁系统， 将 NFC 手机模拟为门禁卡。
目前， 各种智能家居系统的设计多以有线为主， 但有线技术并不适用于智能家居的普及， 安装难度大以及价格昂贵的缺点限制了其发展。
因此无线通信技术应用到智能家居中必将成为将来的发展趋势和潮流。
本项目对家居设备通过 ZigBee 进行无线组网，
把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 在因特网上设立一个"无线视频网关"WEB 服务器， 可供外部访问； 将家居信息如温度进行实时的显示并进行后续的利用控制； 同时将收集各处传输进来的数字视频进行后续的处理和识别。
对基于ZigBee 技术对嵌入式 Web 的智能家居远程监控系统进行研究和设计。对家居设备通过 ZigBee 进行无线组网， 把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 在因特网上设立一个"无线视频网关"WEB 服务器， 可供外部访问。
实现将家居信息如温度进行实时的显示并进行后续的利用和控制； 同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。
如入侵检测， 人脸检测和识别等。
二、
系统功能 1. 视频采集、 人脸识别、 远程监控 2. 天气预报
3. 门禁 三、
系统总体设计方案 1. 开发板参数 1) Real6410 开发板 本项目所使用开发板为 Real6410 开发板， 采用三星公司的 ARM11 内核的处理器 S3C6410.开发板上还集成了 123 M 的 DDR 内 存以及 1 GB NandFlash, 同时预留了 256 kNorFlash.底板上还提供两个四线 RS-232 串口，
一个 USBHOST 接口， 一个 10 M/100 M 自适应以太网接口等外设。
2) NFC 门禁系统开发板 PN532 是 NXP 最近推出的一款 NFC 芯片， 支持读卡器模式和卡模式（需要卡芯片 Smart MX）， 支持 TypeA、 TypeB、 TypeC 三个标准， 内部带一个MCU51， 支持命令方式， 可以直接跟 PC 机串口连接就成为一个 NFC/RFID 读卡器， 简单方便， 成本低， 性能好。
电路板天线经过数学公式的计算， 达到最佳的匹配效果， 3.3v 供电， 读卡距离控制在 4cm 内。
读卡器通过串口和电脑连接， 上位机可以使用 libnfc， libnfc 是一个开源的软件， 功能特别强大， 实现了很多 nfc 的功能， 例如读卡器初始化、 建立连接、 传输数据等等。
2. 系统架构设计 本项目主要完成智能家居的环境变量和视频信号的监控。
整个系统包括一块ARM1 1
开发板， 一个 1 6 位单片机， 2 个 USB 的 CMOS 摄像头； 一台 PC 机（运行客户端的监控程序）
根据功能的不同， 整个系统可划分由视频采集模块、 数据压缩、 编码模块和视频监控 PC 等组成。
采集模块包括 USB 摄像头；
数据的压缩编码由 ARM1 1
处理器完成；
视频监控 PC 完成视频客户端的功能； PC 机完成对开发系统的程序开发、 调试等。
图 1
为系统的组成结构。
图 1
系统组成结构 1) WEB 服务器端设计 首先为 ARM 开发板定制一个合适的 Linux 内 核（ 内核版本：
Linux 2.6.28）， 然后对其进行裁剪， 使其具有基本内核功能， 同时保留 TCP/IP 协议栈， 串口协议以及相应的视频编解码模块， 使系统利用尽量少的硬件资源来满足任务的处理工作。
然后是开发一个运行于 Linux 下的 WEB 服务器程序，其实现的基本功能是通过 USB 摄像头的图像数据采集， 完成对视频信息的获取、 压缩和编码（具体的编码标准为当前较为流行的 H264 编码）。
然后通过TCP/IP 协议将数据打包发送到网络， 同时利用 Socket 实现服务器监听功能，这样就可以接受来自客户机的监控请求。
具体的工作内容如下：
USB 摄像头的驱动程序移植；
H264 视频编码程序移植；
视频采集和传输的应用程序的设计；
通过 ZigBee 获取传感器相关信息。
图 2 为 WEB 服务器的工作流程。
ARM 通过网页采集的视频图像， 此视频即可以通过网页显示， 也可以通过相应基于 I386 或 Linux 的监控软件进行查看。
图 2 WEB 服务器工作流程图 2) 客户机终端监控软件的设计 客户机终端监控软件采用 MFC 编写，
可实现来自 WEB 服务器端的实时视频预览、 视频录制、 视频截图及传感器参数的实时显示等功能。
程序采用多线程技术：
一个线程进行视频信息的解码和播放功能， 另一个线程实现视频录制功能。
另外还采用了视频信息叠加的方法， 可以对环境变量进行屏幕叠加， 能在录制时完成信息的录制和再现。
四、
系统关键技术 1. 用 ZigBee 传输传感器信息 ZigBee 是 IEEE 802.15.4 协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、 低功耗的无线通信技术。
IEEE-802.15.4 规范是一种经济、 高效、 低数据速率（<250 kbps）、 工作在 2.4 GHz 和 868/928 MHz 的无线技术，
用于个人区域网和对等网络。
本项目 使用 ZigBee 完成传感器信息的传输。
传感器信息由一端ZigBee 接收后发送至另一端 ZigBee,然后传入 RS232 串口中。
具体传输模型如图3 所示。
图 3 传感器信息通过 ZigBee 传输模型 2. DirectShow 视频采集 DirectShow 是微软公司在 ActiveMovie 和 Video forWindows 的基础上推出的新一代基于 COM （ComponentObject Model）
的流媒体处理的开发包。
DirectShow 技术对处理图像序列或用摄像机捕获的序列尤其有用。
本项目使用 VC 开发基于DirectShow 技术实现视频采集。
通过#pragmacomment（lib, "winmm.lib"）
链接静态库 winmm.lib,便可以实现 windows 多媒体编程。
3. 多线程技术及 Socket 通信 智能家居系统客户机监控软件采用 MFC 编写。
其中关键技术包括多线程以及Socket。
监控软件中包括 previewVideo 线程（ 通过函数 UINTpreviewVideo（LPVOID videoCtl）
实现）
实现视频的预览功能以及 recordVideo 线程（ 通过函数 UINT recordVideo （LPVOIDvideoCtl）
实现）
实现视频录制功能。
打开摄像头后通过AfxBeginThread （previewVideo,&m_video）
函数启动 previewVideo 视频预览线程，
用户便可以通过监控软件预览视频图像。
当用户点击录制视频按钮时，
首先通过函数 SuspendThread（pVideoThread->m_hThread）
挂起 previewVideo 视频预览线程，
然后通过函数 AfxBeginThread （recordVideo,&m_video）启动 recordVideo 视频录制线程。
当 用 户 点 击停止录制按钮时，
软件通过函 数 ResumeThread （pVideoThread->m_hThread）
恢复 previewVideo 视频预览线程。
终端监控软件通过 previewVideo 线程以及 recordVideo 线程便能很好的实现客户机的视频预览和视频录制功能。
线程模型如图 4 所示。
图 4 线程模型
智能家居系统使用 Socket（）
实现客户机与服务器之间的通信。
通过 USB 摄像头采集数据， 对数据进行获取、 压缩和编码后通过 TCP/IP 协议将数据打包发送到网络， 同时在服务器端创建 Socket（）
进行监听， 来接受客户机的请求。
当客户机发送 connect（）
连接请求后， 服务器通过 accept（）
接收客户机连接请求。
然后服务器与客户机之间通过 send（）
函数和 recv（）
函数实现发送、 接收数据。Socket（）
通信模型如图 5 所示。
图 5 Socket 通信模型 4. 入侵检测 为了减少网络传输和系统的压力， 在视频采集端， 每采集一次图像就对采集的数据进行一次处理。
该函数设定一个图像发生变化的阈值 c_lim it,然后将图像所有像素之差与阈值 c_lim it 进行比较， 如果大于阈值 c_lim it,则认为图像发生了变
化， 否则即认为没有变化， 则不将该次采集的图像数据写入 JPEG 文件保存， 这样可以极大地提高视频存储的能力， 同时减少各资源的浪费。
5. 利用 openCV 库实现人脸检测 OpenCV 是 Intel 公司面向应用程序开发者开发的计算机视觉库， 其中包含大量的函数用来处理计算机视觉领域中常见的问题， 例如运动分析和跟踪、人脸识别、3D 重建和目标识别等。
在 openCV 函数可编程过程中， CvSize 和 IpImage 是两个比较常用的结构。CvSize 结构表示矩形尺寸的结构， 结构中分别定义了矩形的宽度和高度。
IpImage 结构主要针对视觉方面处理。
五、
扩展功能简介 1. Web Service 的集成 Web 服务是一种服务导向架构的技术， 通过标准的 Web 协议提供服务， 目的是保证不同平台的应用服务可以互操作。
根据 W3C 的定义， Web 服务（Web service）
应当是一个软件系统， 用以支持网络间不同机器的互动操作。
网络服务通常是许多应用程序接口（API）
所组成的，它们透过网络， 例如国际互联网（Internet）
的远程服务器端， 执行客户所提交服务的请求。
因为该系统是基于嵌入式 Web 的， 所以可以调用有关天气预报的 Web Service获取温度、 湿度、 紫外线强度等天气信息， 辅助智能家居系统设备的决策， 例如窗帘、 空调等的自动化操作。
2. 基于 NFC 技术的门禁系统 NFC 是 Near Field Communication 缩写， 即近距离无线通讯技术。
由飞利浦公司和索尼公司共同开发的 NFC 是一种非接触式识别和互联技术， 可以在移动设备、消费类电子产品、 PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。
通过 NFC 技术， 可以完全替代基于 RFID 的门禁系统。
RFID 射频域大， 容易造成干扰。
但 NFC 技术通过对天线衰减设计， 通信指只允许 4cm 及更短。
手机上的 NFC 芯片可以实现模拟卡的功能， 将手机模拟为门禁卡， 这样进门的时候刷一下手机就行， 避免了用户专门携带门禁卡的麻烦。
篇六：基于ZigBee智能窗帘控制系统
业控制计算机》 ２０１８ 年第 ３１ 卷第 ３ 期目前我国的智能家居存在操作复杂功能单一，系统缺乏稳定性和可靠性且存在严重的安全问题。因而，如何在增强智能家居的功能和稳定性同时，增强安全性和适应性，降低成本，改善用户体验，成为我国现阶段智能家居发展的重中之重。1 家庭网关的总体设计和工作流程系统主要包括 ＡＲＭ９ 处理器 Ｓ３Ｃ２４４０ 、 ＺｉｇＢｅｅ 协调器、ＺｉｇＢｅｅ 终端设备（如灯光、人体红外、门锁、烟雾传感器、红外伴侣等），整个系统的工作过程按照通信的双向性分为两个方面：一方面为用户通过手机或者电脑的操作发出控制命令，通过 Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ 将信息发送至智能 ＡＲＭ 网关，智能网关通过串口将信息发送至协调器，协调器通过 ＺｉｇＢｅｅ 将命令发送至终端节点，并最终执行相应命令；另一方面，终端节点将各传感器采集到的信息通过 ＺｉｇＢｅｅ 上传到协调器，协调器再通过串口发送到智能网关，网关将这些信息通过 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 发送到云端服务器同时完成信息更新。2 智能家居硬件平台设计２．１ 智能家居系统整体硬件结构如图 １ 所示为设计的硬件结构主要包括主控模块，触摸屏显示模块，存储模块和 ＺｉｇＢｅｅ 无线传输模块， Ｗｉ－Ｆｉ 模块。主控为整个嵌入式家庭网关的核心部分，利用 Ｗｉ－Ｆｉ 协议将网关通过 Ｗｉ－Ｆｉ 模块连接到 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网络，便于接收手机或者电脑发来的信息。利用 ＺｉｇＢｅｅ 协议将终端节点与协调器连接用于接收主控发来的信息。为了实现低功耗高性能的设计目的，采用ＡＲＭ９２０Ｔ 为核心的 ３２ 位 ＲＩＳＣ 微处理器 Ｓ３Ｃ２４４０ 作为主控制器。采用 ＺｉｇＢｅｅ 作为家庭网络的通信方式是因为 ＺｉｇＢｅｅ 是一种低复杂度、低功耗、低成本、自组网的双向无线通讯技术。２．２ ＺｉｇＢｅｅ 模块的硬件设计ＺｉｇＢｅｅ 无线传输是该系统的关键， ＺｉｇＢｅｅ 模块的质量影响着系统无线传输数据的稳定性。调研发现市场的主流 ＺｉｇＢｅｅ芯片主要由 ＴＩ 公司和 Ｆｒｅｅｓｃａlｅ 公司生产，经过多方面比较，选择开发更为方便、功能丰富的 ＴＩ 公司生产的芯片。经过对比 ＴＩ 的 ＺｉｇＢｅｅ 芯片 ＣＣ２５３０ 和 ＣＣ２５９２ ，结合自身的需求选择 ＣＣ２５３０ 芯片作为智能家居的通信芯片。参考 ＴＩ 推荐的电路设计，提出 ＣＣ２５３０＋ＲＦＸ２４０１Ｃ 的电路设计，满足通信的距离和功耗低等要求。图 ２ 为设计的原理图。经过测试 ＺｉｇＢｅｅ 模块通信距离可以穿墙 ２～３ 层，满足家庭网络的通信要求。图 ２ ＣＣ２５３０＋ＲＦＸ２４０１Ｃ 原理图２．３ ＺｉｇＢｅｅ 终端模块的设计实现智能家居情景化和智能设备的联动运行离不开传感器，对于智能家居系统来说，传感技术的应用可以更直观、更实时地捕捉家庭内部的环境变化，通过大数据的上传与分析，指挥家庭内部设备的自动调节和响应，帮助智能家居由功能预设的智能遥控属性发展成根据人的行为自动运行的真正的智能家居。更高精度和功能集合的传感技术，会进一步提升智能家居系统和产品的应用体验。本系统所设计的智能家居终端模块均利用上述设计的 ＺｉｇＢｅｅ 模块作为 ＭＣＵ ，设计的终端设备主要包括温湿基于嵌入式 ＡＲＭ 与 ＺｉｇＢｅｅ 技术的智能家居系统Ｓｍａｒｔ Ｈｏｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＡＲＭ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ Ｔｅｃｈｎｏlｏｇｙ李晨曦 吕 志 翟 超 （中国科学技术大学工程科学学院，安徽 合肥 ２３００２７ ）摘要：针对目前智能家居存在的问题，设计了一个基于 ＡＲＭ 和 ＺｉｇＢｅｅ 以及 Ｗｉ－Ｆｉ 的智能家居系统，该系统以ＡＲＭ９２０Ｔ 嵌入式处理器 Ｓ３Ｃ２４４０ 为核心， ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 为实时操作系统，采用 ＺｉｇＢｅｅ 与 Ｗｉ－Ｆｉ 相融合的通信技术，在实现智能家居的低功耗，低成本、自组网、安全性的同时又满足家电个性化控制的需求。通过测试，该系统具有良好的可靠性、实用性和扩展性。关键词：智能家居， Ｓ３Ｃ２４４０ ，入式 ＡＲＭ 技术， ＣＣ２５３０ ， ＺｉｇＢｅｅAbstract:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏlｖｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂlｅｍｓ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ,ａ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ,ＺｉｇＢｅｅ ａｎｄ Ｗｉ－Ｆｉｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔａｋｅｓ ＡＲＭ９２０Ｔ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｓ３Ｃ２４４０ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ,ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ ａｓ ｒｅａl－ｔｉｍｅｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ,ａｎｄ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏlｏｇｙ ｏｆ ＺｉｇＢｅｅ ａｎｄ Ｗｉ－Ｆｉ．Ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａlｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ lｏｗ－ｐｏｗｅｒ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ,lｏｗ－ｃｏｓｔ,ｓｅlｆ－ｎｅｔｗｏｒｋ,ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｈｏｍｅ ａｐｐlｉａｎｃｅｓ ｐｅｒｓｏｎａlｉｚｅｄ ｃｏｎｔｒｏl．Keywords:ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ,Ｓ３Ｃ２４４０,ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＡＲＭ ｔｅｃｈｎｏlｏｇｙ,ＣＣ２５３０,ＺｉｇＢｅｅ图 １ 系统整体硬件结构７７万方数据基于嵌入式 ＡＲＭ 与 ＺｉｇＢｅｅ 技术的智能家居系统度传感器、烟雾传感器、人体红外、触摸开关、红外伴侣等。3 软件设计３．１ 智能家居网关软件体系结构家庭网关采用模块化设计，主要包括硬件驱动层、操作系统层、网络协议层和应用层，硬件驱动层主要包括 Ｓ３Ｃ２４４０ 外围设备的驱动，主要包括 ＬＣＤ 、 Ｎａｎｄ Ｆlａｓｈ 、 Ｎｏｒ Ｆlａｓｈ 、 ＭＭＵ 、网卡驱动等。操作系统层移植了 ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ 实时操作系统内核，采用 Ｌｉｎｕｘ３．４．２ 内核，网络层移植 ＨＴＴＰ 和 ＺｉｇＢｅｅ 协议，应用层主要用于对接收到信息的处理和各节点的交互［ １ ］ 。３．２ 智能家居网关连接远程服务器ＵＳＢ 无线网卡连接上路由器后，创建 ＴＣＰ Ｃlｉｅｎｔ 任务连接至远程服务器，便可与服务器进行通信。采用主动轮询发送 ＨＴＴＰ ＧＥＴ 请求的方式获取数据，服务器接收到请求后，查询数据库表，返回结果。模块接收到数据后解析并作 出 相 应 操 作 。
采 用 ＨＴＴＰＰＯＳＴ 请 求上传数 据到服 务器，如果在任一环节发生连接异常，则重新尝试连接服务器，超过一定次数后若任然没有连接上，则尝试重新启动。流程图如图 ３ 所示。３．３ ＺｉｇＢｅｅ 协调器软件设计系统上电后，进行硬件初始化等一系列操作，对周围的ＺｉｇＢｅｅ 网络进行扫描，若不存在其他 ＺｉｇＢｅｅ 网络或与其他的网络 ＰＡＮＩＤ 不冲突，则以当前ＰＡＮＩＤ 创建网络，否则 ＰＡＮＩＤ＋１ 再进行以上步骤，确保 ＰＡＮＩＤ唯一，保证不同网络互相独立互补干扰的运行［ ２ ］ 。协调器建立网络流程如图 ４ 所示。协调器创建网络成功后，网络状态指示灯处于常亮状态，表示系统初始化完成，并开始发送周期性的心跳包，发送心跳包的目的是保持与子节点之间的连接，当子节点没有收到心跳包判断无线通信断开连接后，可以进行重连。本系统采用的是网状网络，因此当某一个节点故障后，信息会从另外的路径进行传输，由于以上两种特性，建立的网络稳定性很高。３．４ ＺｉｇＢｅｅ 终端节点软件设计在做智能家居应用时，由于小范围内可能有多个网络存在，子节点在入网时可能会加入到临近的 ＺｉｇＢｅｅ 网络中，因此需要对加入网络过程进行严格的控制，以防止不同网络之间产生干扰错乱［ ３ ］ 。故设计了如下入网策略：１ ）协调器创建网络后，默认不允许任何设备加入网络，此时若子节点发送入网请求，协调器会拒绝其加入网络；２ ）当收到手机 ＡＰＰ 发出添加指令后，网络指示灯闪烁，进入添加设备状态，打开允许加入一段时间，子节点在此期间申请加入网络，入网成功后保存子节点的网络信息，或者达到了预设的超时时间，关闭允许加入网络。由于入网成功的子节点 的 网 络 信 息 被 保 存 下来，整个系统在断电重启后依然能够恢复原先的网络，而不需要重新加入网络。通过以上的策略，可以实现可控的子节点入网过程，防止非人为加入网络情况发生。维持网络有序、可控和安全。图 ５ 为终端节点入网流程。３．５ 智能家居管理软件在智能家居系统的使用过程中对终端设备的控制主要有 ２ 种方式：
① 对单个终端设备的操作，比如窗帘的开关，门锁的控制，空调温度的调节等； ② 情景模式，比如回家模式、离家模式、安防模式等，这些场景需要同时对某些特定电器的控制，这需要事先设置情景模式，当需要执行时一键操作即可依次发送命令控制对应的电器。通过手机客户端或者电脑可以进行本地或者远程对家用电器进行管理和控制。图 ６ 为具体流程图。4 结束语本系统在前人解决智能家居系统方案的基础上提 出 基 于 嵌 入 式 Ｌｉｎｕｘ 与ＺｉｇＢｅｅ 技术的智能家居系统的设计，利用 ＺｉｇＢｅｅ 无线通信技术、嵌入式 ＡＲＭ 处理器、嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 、 ＧＵＩ 界面等，打破前人采用多个模块整合方法的局限，将其整合为一个系统，利用ＡＲＭ９ 的处理速度及其丰富的片内资源和外围设备接口，解决处理速度慢且内存小不足等问题，同时将 ＺｉｇＢｅｅ 协议和 Ｗｉ－Ｆｉ协议移植到 Ｌｉｎｕｘ 系统中实现了系统控制的延迟性低、易操作、低功耗、系统安全稳定等目的。参考文献［ １ ］汪玉凤，冯泽中 ． 基于 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 和 ＺｉｇＢｅｅ 技术的智能家居系统［ Ｊ ］ ． 微计算机信息， ２０１０ （ ２９ ）：
３５－３６［ ２ ］张周，周剑扬，闫沫 ．ＺｉｇＢｅｅ 在智能家居系统中的应用研究［ Ｊ ］ ． 工业控制计算机， ２００６ ， １９ （ １２ ）：
７－９［收稿日期：
２０１７．１１．２４ ］图 ３ 连接远程服务器流程图图 ４ 协调器建立网络流程图图 ５ 终端节点入网流程图图 ６ 两种控制模式流程７８万方数据
篇七：基于ZigBee智能窗帘控制系统
生1 ，林若波 2（1. 汕头市林百欣科技中专，广东 汕头 515041；2. 揭阳职业技术学院 机电工程系，广东 揭阳 522051）摘 要 ：针对智能监控物联网系统特点及需求，建立基于物联网的智能家居监控系统架构 ；通过门禁监控模块、照明控制模块、窗帘控制模块和环境监测模块，构建智能家居硬件电路，并通过开发板编程实现平台架构与各部分的监测。系统测试表明 ：系统监控效果符合设计要求，具有开发方便、性能稳定、实用性高及可操作性强等特点。关键词 ：物联网 ；智能家居 ；监控系统 ；开发板中图分类号 ：TP29文献标志码 ：A
文章编号 ：2095-073X(2020)01-0104-06智能家居监控系统利用物联网技术对监控现场中各种设备 ( 如门禁设备、安防设备、视频监控设备、环境监测设备、照明设备等 ) 通过传感网络连接到一起，提供并集成门禁控制、安防报警、环境监测远程及现场控制等多种智能化功能。智能监控是物联网技术的重要应用领域，国内外学者对其做了大量的理论与工程应用研究[1-9] 。秦琳琳等设计并实现一种基于物联网的温室智能监控系统，采用基于分布式 CAN 总线的现场监控子系统实现环境参数采集与设备控制，同时通过 JavaScript 和 XML 技术实现 Web 数据交互[1]；鞠传香等与蔡镔等分别研究基于 ZigBee 的温室智能监控系统 [2-3]；王文珍等提出一种基于无线传感网络智能监控系统，并将其应用于油田，该系统中 ZigBee 节点通过各种传感器检测油井工作状态，将传感信息传到远程终端装置，再通过 GPRS或有线网络与监控中心通信[4] 。以上研究均在不同领域、不同程度实现智能监控，取得一定的成效。近年来，腾讯、百度、阿里和京东等公司纷纷推出面向物联网设备的第三方云平台。本文将应用物联网技术构建基于第三方平台的智能监控物联网系统架构，分析其三层模型各层次的功能及特点，进而研发系统的门禁监控模块、照明控制模块、窗帘控制模块和环境监测模块，并分析研究该系统的物联网第三方服务平台。1 系统架构设计图 1 为基于物联网的智能家居监控系统架构图，该系统分为感知层、网络层、应用层[9] 。最底层感知层实现数据采集、设备控制、传收稿日期：2019-11-17基金项目：揭阳市创新发展专项资金项目（2017xm012）作者简介：黄书生（1976—），男，江西宜春人，汕头市林百欣科技中专讲师，研究方向为电子技术、电路设计；林若波（1974—），男，广东揭阳人，揭阳职业技术学院机电工程系教授，研究方向为测控技术、电路与系统。南方职业教育学刊JOURNAL OF SOUTHERN VOCATIONAL EDUCATION第 10 卷 第 1 期2020 年 1 月Vol.10
No.1Jan.2020基于物联网的智能家居监控系统设计
第 1 期
105 黄书生，林若波：基于物联网的智能家居监控系统设计感网络组网与协同信息处理。传感层主要包括门禁监控模块、照明控制模块、窗帘控制模块和环境监测模块等，各模块利用传感网短距离信息传输技术实现通信。传感网络短距离通信技术包括ZigBee、Bluetooth、WiFi、433MHz 等无线通信方式。中间层网络层由各种内部网络、外部通信网络 ( 互联网、有线或无线通信网等 )、第三方平台、网关等组成。其负责传输感知层获取的信息、对感知层设备的控制命令，同时提供物联网相关第三方平台 (Yeelink、微信平台、传感云服务器等 ) 的服务。其中，网关负责内部网络与外部通信网络数据格式转换和安全隔离，是两者信息交换的桥梁。最高层应用层实现用户交互、信息开放、服务支撑等。用户利用各控制终端 ( 智能手机、PC、平板电脑等 ) 及控制软件，通过网络层控制传感层各模块，同时显示传感层各模块的数据或状态。用户可通过现场网络进行现场控制，也可通过互联网、GPRS/3G/4G 移动通信网等进行远程控制。2 系统设计与测试2.1
硬件电路设计基于以上系统架构，本智能家居监控系统采用 Cortex-A8 开发板作为核心板，开发板分别与硬件控制模块、数据中心实现连接，数据中心与网页端、Android 客户端实现连接，图 2 给出了系统框图和实物图。系统硬件设计通过搭建外围电路，包括门禁监控模块、照明控制模块、窗帘控制和环境监测等模块，采用 LED 灯模拟现场家居电器设备。开发板通过串口、GPIO 等接口分别与门禁、照明控制、窗帘控制、环境监测等功能模块实现连接，开发板也可通过系统设置与数据中心实现连接。门禁监控模块通过 RFID 阅读器和 GPRS 模块，实现门禁控制，分别连接于开发板的串口 1 和串口 2。照明控制模块与窗帘控制模块分别通过灯光控制、窗帘控制太阳光线，合理调整室内光线a
系统框图 b
实物图图 2 系统框图和实物图2图 1 基于物联网的智能家居监控系统架构a 系统框图
106
南方职业教育学刊 第 10 卷明暗，采用光敏传感器检测室内光线强度，并据此合理调整识别 LED 灯照明强度，照明控制模块与窗帘控制模块通过 GPIO 接口与主板连接。环境监测模块采用集成式温湿度传感器 DHT11 和烟雾传感器 MQ-2，用于检测室内环境中的温度、湿度及可燃气体含量 ；环境监测模块通过 GPIO 接口与主板连接。图片浏览模块通过图像传感器实现数据采集，应用人脸识别技术将图像视频实时传送给数据中心，实现模式识别和监控 ；图片浏览模块通过 GPIO 接口与主板连接。Android 客户端则采用手机等设备，采用WIFI 无线网络，通过 TCP 通信实现数据中心的远程监控。网页端采用有线或无线网络，通过 UDP通信实现数据中心与网页端的实时监控。2.2
系统软件设计图 3 为软件功能设计系统流程图，系统软件模块包括主界面、控制界面、监查、WEB 服务和安卓服务等模块。主界面模块负责显示各电器设备状态、温湿度实时显示、模式控制、初始化等功能 ；控制界面模块负责 LED 灯、门禁开关、步进电机窗帘控制、报警号码设置、监控功能等 ；监查模块负责信息的查询 ；WEB 服务模块和安卓服务模块分别实现数据中心与网页端、客户端的交互。主要简要介绍部分模块的软件实现方法 ：（1）主控模块控制模块作为系统的信号采集端和控制处理端，主要负责照明、门禁、窗帘、红外和烟雾报警、浏览摄像头捕捉图片等功能，通过采用软、硬件相结合的控制模式，有效实现智能家居监测与控制。以 LED 灯照明控制为例，可通过手动进行硬件控制，也可通过软件实现自动控制，包括房间、客厅的所有 LED 灯。下面给出其软件控制部分代码 ：void Light::on_keTing_bn_clicked()
//客厅控制{
if (!getGrLightFlag())图 3 软件功能设计系统流程2.2 系统软件设计图 3 为软件功能设计系统流程图，系统软件模块包括主界面、控制界面、监查、WEB 服务和安卓服务等模块。主界面模块负责显示各电器设备状态、温湿度实时显示、模式控制、初始化等功能；控制界面模块负责LED 灯、门禁开关、步进电机窗帘控制、报警号码设置、监控使能等；监查模块负责信息的查询；WEB 服务模块和安卓服务模块分别实现数据中心与网页端、客户端的交互。
第 1 期
107 黄书生，林若波：基于物联网的智能家居监控系统设计
{ QApplication::postEvent((QObject*)getDevControlThreadPoint(),
new QEvent(QEvent::Type(GrLightOpen)));
}
else { QApplication::postEvent((QObject*)getDevControlThreadPoint(),
new QEvent(QEvent::Type(GrLightClose)));
}}void Light::on_room_bn_clicked()
//房间控制{
if (!getRmLightFlag())
{
QApplication::postEvent((QObject*)getDevControlThreadPoint(),
new QEvent(QEvent::Type(RoomLightOpen)));
}
else
{
QApplication::postEvent((QObject*)getDevControlThreadPoint(),
new QEvent(QEvent::Type(RoomLightClose)));
}}（2）监查模块监查模块作为本系统设计的其中一个主要创新点，模块整体为一个线程，主要负责三大任务，即读取温湿度、红外、烟雾查询和电器设备的开关状态，查询结果依次通知主界面模块、android模块、网页模块，实现对第三方平台的自动通知。如模块在读取温湿度时，传感器采集数据后，通过与采集数据与设定数字进行逻辑运算后，可精确显示温湿度数值，并依次通知主界面、安卓手机、网页端的功能模块，实现多方平台的实时及图 4 系统测试(a)
Cortex-A8 开发板界面 (b)
GPRS 设置界面(c)
安卓手机端界面 (d)
网页端控制界面
108
南方职业教育学刊 第 10 卷远程监控。主要程序代码如下 ：if (0 > ::read(hdfd, &value, sizeof( value )))
return; // 读取温湿度 ：humidiyz = (value & 0xff000000) >> 24; // 湿度整数humidiyx = (value & 0x00ff0000) >> 16; // 湿度小数tempz = (value & 0x0000ff00) >> 8;
// 温度整数tempx = (value & 0x000000ff);
// 温度小数…emitsig_sendTempHumidity(humidity, temp); // 通知主界面…QObjectList*list = getTcpSocket List();// 通知 android 客户端 if (list->count() > 0)
{ for (int i = 0; i < list->count(); i++)
{ ( (ClientSocket*)list->at(i))->sendTempStatus(); }}2.3 系统测试完成智能家居外围电路组装和调试后，程序控制代码编程写入开发板，完成系统设计，可以进行系统测试。图 4（a）显示了系统开发板不同模块的当前状态，包括灯的亮灭状态、空调运转状态、窗帘开闭状态、门禁的控制状态，右下角的温度、湿度是定时从温湿度传感器读取的实时数据 ；图 4（b）为系统开发板 GPRS 设置界面，图 4（c）为安卓手机端的显示界面，图（d）为网页端控制界面。为了进一步验证系统的抗干扰能力，系统通过采用单一模块功能测试和多模块功能联合测试，并在测试设备周围增加大量电磁干扰源，通过设置不同环境，对系统进行模拟试验。测试结果表明 ：系统通过开板板、手机端、网页端等第三方平台运行，各功能模块均能正常工作，模块之间不存在信号干扰，不会造成误操作，而且系统性能稳定，灵敏度很高，完全满足智能监控设计要求。3 结语本文基于物联网技术研发一款智能家居监控系统，通过开发板编程和搭建外围硬件电路，构建了智能家居监控系统架构。采用多种传感器进行数据采集，实现监测程序实时系统控制 ；同时通过多方平台的接入和编程实现，实现主板、手机、网页等多方平台的实时及远程监测。经测试，系统可靠性和抗干扰能力很强，监控效果符合设计性能要求，具有较好的实用性。参考文献 ：[1] 秦琳琳 , 陆林箭 , 石春 , 等 . 基于物联网的温室智能监控系统设计 [J]. 农业机械学报 ,2015,46(3):
261-267.[2] 鞠传香 , 吴志勇 . 基于 ZigBee 技术的温室大棚智能监控系统 [J]. 江苏农业科学 ,2013(12):405-407.[3] 蔡镔 , 马玉芳 ,
赵振华 , 等 . 基于无线传感器网络的温室生态智能监控系统研究 [J]. 河南农业大学学报 ,
2014(2):167-171.[4]王文珍.基于无线传感网络油田智能监控系统的设计[J].自动化仪表 ,2013,34(2):92-94.[5] 曹骞 , 赵加宝 , 禹庆荣 . 基于 CAN 总线的光伏设备智能监控系统的研究与设计 [J]. 计算机与现代化 ,
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Satya
Priya,Roy
Paromita,Patra
Nivedita,et
al.Intelli-gent
traffic
monitoring
system[C].Proceedings
of
the
Second
International
Conference
on
Computer
and
Communication
Technologies.Springer
India,2016:535-545.[9]陈耿新,陈鸿彬,
龚绿绿.基于物联网的人性化智能家居系统研究 [J]. 自动化与信息工程 ,2013,34(6):
1-5.[ 责任编辑 ：叶伟雄 ]
第 1 期
109 黄书生，林若波：基于物联网的智能家居监控系统设计Design of Intelligent Home Monitoring System Based on Internet of Things HUANG Shu-sheng 1 , LIN Ruo-bo 2(1.Shantou Lin Baixin Technology Secondary School, Shantou 515041,China; 2.Department of Mechanical and Electrical Engineering, Jieyang Vocational and Technical College, Jieyang 522051, China)Abstract:
According to the characteristics and requirements of the intelligent monitoring object network system, an intelligent home monitoring system based on the Internet of things is established. The intelligent home hardware circuit is constructed by means of access control module, lighting control module, curtain control module and environment monitoring module, and programming platform architecture on the development board and monitoring of each part. The test results show that the system monitoring effect meets the design requ...
篇八：基于ZigBee智能窗帘控制系统
级： 硕 士 学 位 论 文 基 于 嵌 入 式 和Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 的 智 能 窗 帘 控 制 系 统 设 计 与 实 现 Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒｃ ｈ ｏ ｆ Ｓ ｍ ａ ｒ ｔ Ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ Ｓ ｙ ｓｔ ｅ ｍ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｅ ｍ ｂ ｅ ｄｄ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 学 号 Ｚ １５ ２ ０ １ ０ １ ５ 姓 名 韩大 凤 一 级学 科 控 制 科 学 与 工 程 二 级 学 科 检 测 技 术 与 自 动化 装 置 指导 教 师 陈 晓 宁 完 成 时 间 ２ ０１ ８ ． ５
独 创 性 声 明 本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位论文是本 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究 成 果 。
据 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和致谢的 地 方 外 ， 论 文 中 不 包 含 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也不 包 含 为 获 得 安 徽 大 学 或其他教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 。
与 我一同工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡 献 均已 ？ 在论 文中 作 了 明 确 的 说 明 并 表 示 谢 意。
＿？ 学 位 论文 作者签名：
签 字 日 期 ：
年；月知日 ＞学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书 ， 本 学 位 论 文 作 者 完 全了 解 安 徽 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 有 权 保 留 并 向 国 家 有关部门 或 机 构 送交论文 的 复 印件 和磁 盘 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 安 徽 大学 可以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行检 索 ， 可 以 采 用 影 印、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手段保存、 汇 编 学 位 论 文 。 （ 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 授 权 书）
学 位论文作 者 签 名：． 导 师 签 名：
签 字 日 期：年（月ｑ日 签 字 日 期 ：罐 年艾月則日
摘 要 进 入 ２ １ 世 纪 以 后， 科 学 技术得 到 了 迅 速 的 发 展 ， 伴随着 从 互 联 网 到 物联 网 的 转 变 ， 带动 着 相 关 智 能 产 品 的 发 展， 其 中 智 能 窗 帘 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 越 来越 多 的 研 究 者 展 开 了一系列的 研 究。
目 前 投 入 使 用 的 智能 窗帘 控制 系 统 大 多 数 都 是 有线 组 网， 而且 功能 单一， 稳 定 性 差 。
为 了 提 高 智 能 窗 帘 的 实 用 性 、 安 全 性 和 舒 适 性 ， 本 文 基 于 嵌 入 式 和 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 相 关 技 术 设计 了一 款 无线智能 窗 帘 控 制 系统， 主 要 研 究 以 下 工 作 。 系 统 的 硬 件 电 路 主要分为 三 个 部分 ， 分 为 数 据 采 集 硬 件 电 路 、Ａ Ｒ Ｍ 控 制 中 心及外围 电 路 和 无 线 通 信 硬 件 电 路。
其 中 数据 釆集 要 是 以 Ｔ Ｉ 公 司 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 芯 片 作 为Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 硬 件 平 台，主要负责 采 集 环 境 中 光线 强 度、 温 湿 度 等参 数 ， 并 且 把 釆 集 到 的 数 据 处 理 后 输 出 和 发 送 到 协 调 器 等 待 进一 步 处 理 ｄｇ ｂ ｅ ｅ 节 点与 协 调 器 通 过 绑 定 方 式 组 成 组 网 ， 对 数 据 进 行 实 时 传 输 ； Ａ Ｒ Ｍ 控 制 是 以Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ １ ０ ３ Ｃ ８ Ｔ ６ 芯 片 作为 硬 件 平 台 ， 设 计 了 Ａ Ｒ Ｍ 最 小 组 成 系 统 电 路 、 电 机 驱 动 及 控 制 电 路 、 电 机 电 压 ／ 电 流采 集 电 路、液 晶 显 示 电 路、按 动 开 关 电 路、蜂 鸣 器 报 警 电 路 和 电 源 转换 电 路， Ａ Ｒ Ｍ 控 制 中 心 的 数 据 是 协 调 器 通 过 串 口 实时发 送 过 来 的 ， 经 过 与 存 储 器 中 阈 值 对 比 后 执 行 相 应 的 动 作 ； 无 线 通 信 电 路 包 括 短 距 离 Ｗ Ｉ Ｆ Ｉ 控 制 和 长 距 离 Ｇ Ｓ Ｍ 控 制 方 式 ， 实 现 了 实时 都 能 了 解 窗 帘 工 作情 况。
系 统 软件 设计 中， Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 运 用 Ｉ Ａ Ｒ ８ ０ ５ １ 开 发 环 境， Ａ Ｒ Ｍ 运 用 Ｋ ｅ ｉ ｌ ｕ Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ５ 开发环 境 ， 两 部 分 软 件 都 是 使 用 Ｃ 语 言 进 行 编 写，两 款 开 发 软件 都 可 以 进 行 程 序 开 发 、 烧 录 和 在 线 调 试 ， 运 用 网 络 调 试 助 手 对 无 线 通 讯 信 号 进 行 测 试 工 作。
程 序 釆 用 模块 化 设 计 思 想， 极 大 的 降 低 开 发 难 度 ； 其 中 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 芯 片 内 部 嵌 入 了 ８ ０５ １内 核， 充 分 利 用 内 部 资 源 ， 极 大 了 降 低 了 开 发 成 本 。此外利 用 Ａ Ｒ Ｍ 操 作 系 统强大 的 功能 特 点， 合 理 的 利 用 硬 件 资 源 和 网 络 资 源 ， 不 仅 能 够 降 低成 本 节 约 时 间 ， 还能缩短 开 发 时 间。
通 过 搭 建 智 能 窗帘 控制 系统 实 验 平 台， 对 系 统 需 要 实 现 的 功 能 进 行一 一 验 证 ， 结果 表 明 ， 设 计 的 控 制 系 统 完 全 满 足 系统 设 计 要 求 ， 实现 了 功 能 齐 全 ， 稳 定 性 能 好， 操 作 便 利 ， 功耗低的 智能窗帘控 制系 统 。 关 键 字：
Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ； Ａ Ｒ Ｍ ； 无 线 控 制 ； 电 源 转 换 ； 信号采 集 Ｉ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｓ ｉ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ２ １ ｓ ｔ ｃ ｅ ｎ ｔ ｕ ｒ ｙ ， ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅｅ ｎ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｌ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ． Ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｏ ｆ Ｔ ｈ ｉ ｎ ｇ ｓ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｔ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｎ ． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌｌｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗ ｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｒ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ． Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｐ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｏ ｕ ｓ ｅ ｍ ｏ ｓ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｗ ｉ ｒ ｅ ｄ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ， ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｐ ｏｏ ｒ ｓ ｔ ａ ｂ ｉｌ ｉ ｔ ｙ ． Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｓ ａ ｆｅ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｏ ｆ ｓ ｍ ａ ｒ ｔ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ－ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ， ｅ ｎ ｖｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅｃ ｔｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｗ ｉ ｓ ｄ ｏ ｍ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ａ ｗ ｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｍ ｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ ｔ ｅｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ ， ａ ｎ ｄ ｍ ａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ｗ ｏ ｒ ｋ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ’ｓ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｓ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ，ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ， Ａ Ｒ Ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒｉ ｐ ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｗ ｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｔ Ｉ＇ｓ ＣＣ ２ ５ ３ ０ ｃ ｈ ｉ ｐ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｍ ａ ｉ ｎｌ ｙ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ａｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ， ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ｈ ｕ ｍ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ， ａ ｎ ｄ ｏ ｕ 〇 ）
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目 录 第一 章绪 论 １ １． １ 课题 研 究 的 背 景 １ １ ． ２ 智能 窗帘 控制系统 国 内外发展 状 况 ２ １ ． ３ 课题 研 究 的 意 义 ３ １ ． ４ 本 文 研 究 内 容 ３ 第 二 章 智 能 窗帘 控 制 系 统方案 设 计 ５ ２ ． １ 系 统 功能分析 ５ ２ ． ２ 系 统 网 关 架构设计 ６ ２ ． ３ 智 能窗 帘 控 制 系 统 所 用 到 关 键 技术 ７ ２ ． ３ ． １ 嵌 入 式技 术 ． ． ． ７ ２ ． ３ ． ２ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 技 术 ８ ２ ． ４ 本 章 小 结 ９ 第 三 章 系 统 的 硬 件 平 台 设计 １ ０ ３ ． １系 统 总 体 框架 设计 ． ． ． ． ． １ ０ ３ ． ２ 数 据 采 集 控 制 中 心 电 路 设 计 １ ２ ３． ２ ． １ Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 芯 片 介 绍 １ ２ ３ ． ２ ． ２ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅｅ 硬 件 组 网 电 路 设 计 １ ３ ３． ２． ３ 数 据 采 集 硬 件 电 路 设 计 １ ５ ３ ． ３ 主 控 器 电 路设 计 １ ８ ３ ． ３ ． １ Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ １ ０ ３系列微控 制 器 １ ８ ３ ． ３ ． ２ ＡＲ Ｍ 控 制 系 统 外 围硬件电 路 设 计 ２ １ ３ ． ４ 系 统 电 源 电 路 设 计 ２７ ３ ． ５ 本 章 小 结 ２ ９ 第 四 章 系 统软件 平 台 设 计 ３ １ ４ ． １ 控 制 中 心开发环 境 软 件 与 工 具 ３ １ ４ ． １ ． １ Ｉ Ａ Ｒ 开 发 环 境 介 绍 ３ １ ４ ． １ ． ２ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 仿 真 器 介 绍 ３ ２ ４ ． １ ． ３ Ａ Ｒ Ｍ 开 发 环 境 ３ ３ Ｉ Ｖ
４ ． １ ． ４ Ａ Ｒ Ｍ 软 件 开 发 流 程 ３ ４ ４ ． １ ． ５ Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ １ ０ ３ 系 仿 真 器 介 绍 ３ ５ ４ ． ２ 控 制系 统 软 件 架 构 ３ ６ ４ ． ３ 数 据 采 集 与 处 理 程 序 设 计 ３ ７ ４ ． ３． １ Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 模 块 数 据 采 集 与 处 理 ３ ９ ４ ． ３ ． ２ Ａ Ｒ Ｍ 控 制 中 心 数 据 处 理 程 序 设 计 ４２ ４ ． ４ 本 章 小 结 ４ ６ 第 五 章 系 统 测 试 与 结 果 分析 ４ ７ ５ ． １ 测 试 环 境 搭 建 ４ ７ ５ ． ２ 系 统 功能测 试 ４ ９ ５ ． ２ ． １ 数 据 通 信 测 试 ４ ９ ５． ２ ． ２ 手 动 模式 测 试 ４ ９ ５ ＿ ２ ． ３ 自 动 模式 测 试 ５ １ ５ ． ３ 测 试 结 果 分 析 ５ １ ５ ． ４ 性 能 测 试 ５ ２ ５ ． ４ ． １ 系 统 启 动 测 试 ５ ２ ５ ． ４ ． ２ 系 统 稳定性测 试 ５ ３ ５ ． ５ 本 章 小 结 ５ ３ 第 六章 总结 与 展 望 ５ ４ ６ ． １ 总 结 ５ ４ ６ ． ２ 展 望 ５ ５ ５ ６ ｇ Ｃ Ｍ ６ １ 攻 读 硕 士 期 间 获得 学 术 成果 和 奖 励 ６２ ｖ
图 表 目 录 图 ２－１ 系统功能 架 构 图 ５ 图 ２－ ２ 系 统 整 体 网 关 架构 设 计 图 ６ 图 ２－ ３环 境 参 数 釆 集 节 点 ７ 图 ２－ ４嵌 入 式 系统层次 结 构 ８ 图 ３－１ 系 统 结 构 框 图 １ １ 图 ３－ ２智能 窗帘 系 统 ...
篇九：基于ZigBee智能窗帘控制系统
14 山东省应用物联网设计大赛作品设计报告 基于嵌入式 Linux 和 ZigBee 技术的智能家居系统基于嵌入式 Linux 和 ZigBee 技术的智能家居系统
The smart home system based on embedded Linux and ZigBee 设计报告
摘要
随着科学技术的发展，智能家居生活也渐渐成为趋势。本文设计了一个智能家居系统，采用 ZigBee 组网、Wi-Fi 无线通信技术及嵌入式的网关服务器，实现了家居安防和家居远程控制。系统以 Android 智能设备作为主控制器终端，以三星公司的 S5PV210 芯片和相关的一些外围器件组建成整个系统的家庭网关控制平台，基于嵌入式 Linux 操作系统通过 Qt设计开发了智能管家软件，而家居内部控制网络则利用 ZigBee 无线网络技术来实现。智能家居系统通过物联网技术将家中的各种设备（如照明系统、窗帘控制、安防系统、烟雾报警系统、智能厨房、智能洗浴等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。
关键词：
智能家居系统、Wi-Fi、ZigBee、嵌入式 Linux、Android 平台
Abstract
With the development of science and technology, intelligent household life is becoming a trend. This paper designed a smart home system, USES the ZigBee network, wi-fi wireless communication technology and embedded gateway server, home security and home remote control is realized. System to Android intelligent terminal equipment as the main controller, with samsung S5PV210 some chips and related peripheral devices to form into the family gateway control platform of the whole system, based on embedded Linux operating system by Qt intelligent housekeeping software is designed and developed, while home internal control network using ZigBee wireless network technology to realize.Smart home system in the home through the Internet of things technology with the equipment (such as lighting, curtain control, security system, smoke alarm system, intelligent kitchen, intelligent bath, etc.) together, provide electrical appliances, lighting, curtain control, indoor and outdoor, telephone remote control remote control, anti-theft alarm, infrared forward and programmable timing control and other functions and means. To help families keep smooth communication with external, optimize people"s life style, help people to arrange time effectively, enhance the security of home life, even for a variety of energy cost savings. Key words: Smart home system 、Wi-Fi、ZigBee、Embedded Linux、Android platform
目录摘要..................................................................................................................................................iiAbstract.............................................................................................................................................ii第 1 章 快速说明 .............................................................................................................................1第 2 章 背景及需求分析.................................................................................................................82.1 智能家居系统的现状及发展趋势...................................................................................82.2 需求分析 ...........................................................................................................................9 第 3 章 系统方案 ...........................................................................................................................10 3.1 系统总体方案..................................................................................................................10 3.2 系统总体结构.................................................................................................................10第 4 章 系统硬件设计...................................................................................................................11第 5 章 ZigBee 无线传感网络的设计..........................................................................................155.1 ZigBee 协议栈...............................................................................................................155.2
Z-stack .........................................................................................................................155.3 ZigBee 无线传感网络的设计.......................................................................................165.3.2 协调器节点设计.........................................................................................................175.3.3 终端节点设计.............................................................................................................19第 6 章 嵌入式网关设计...............................................................................................................206.1 智能家居网关分析.........................................................................................................206.1.1 工作原理 .....................................................................................................................206.1.2 功能要求 .....................................................................................................................206.1.3 智能家居网关总体设计.............................................................................................216.2 网关软件开发平台的搭建.............................................................................................226.3 网关应用程序设计.........................................................................................................236.3.1 网关工作流程.............................................................................................................236.3.2 应用程序界面设计.....................................................................................................246.3.3 应用程序设计与实现.................................................................................................25第 7 章 基于 Android 控制的智能家居终端设计........................................................................267.1 Android 系统体系结构.................................................................................................267.2 Android 软件平台的搭建.............................................................................................277.2.1 Linux 内核层.............................................................................................................277.2.2 Android 运行时库和其他库层..................................................................................277.2.3 应用框架层提供.........................................................................................................277.2.4 应用程序层.................................................................................................................277.3 Android 应用程序的开发.............................................................................................277.3.1 界面设计 .....................................................................................................................287.3.2 基于 Android 的应用软件设计..................................................................................29第 8 章 系统测试 ...........................................................................................................................308.1 手机 APP 测试..................................................................................................................308.2 网关测试 .........................................................................................................................308.4 家庭安防系统的测试......................................................................................................318.5 家庭环境控制系统..........................................................................................................32第 9 章 系统特色 ...........................................................................................................................32
结论................................................................................................................................................33参考文献：.....................................................................................................................................33
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第 1 章 快速说明
我们设计的总体框架如下：
图 1
智能家居物理架构图
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2 图 2
智能家居功能架构图
图 3 智能家居技术架构图
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3 成果展示：
成果展示：
图 4
用户主界面 ：
图 5
自动洗浴注水控制系统测试
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4 ：图 6
自动房间照明控制系统测试 ：图 7
防火自动监控与报警系统测试
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5 ：图 8 自动窗帘控制系统测试
图 9
APP 生成图
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6 图 10 程序图
图11 MS-i208-BOX 实验箱
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图12
MS-i208-BOX 实验箱屏幕图
图13
手机控制实物图
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第 2 章 背景及需求分析 随着社会经济的发展、生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、 生活日益信息化。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的家庭 住宅系统提出了...
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