基于无线传感器网络的智能家居系统的设计DOC 58页Word格式.docx

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学科专业：

自动化

作者姓名：

江晓波

基于无线传感器网络的智能家居系统的设计（软件部分）

中文摘要

随着数字信息技术和网络技术的高速发展，以及人们物质生活水平的不断提高，人们的工作、生活与通讯、信息的关系日益紧密，信息化正在逐步改变人们的生活方式与工作习惯，同时也对传统的住宅提出了挑战。

本文在分析了国内外智能家居系统技术现状的基础上，针对智能家居系统在布线难、造价高、结构复杂等问题，将ZigBee无线通信技术应用于智能家居中，并提出一种采用ZigBee无线通信技术的智能家居系统设计方案，具有免布线，维护方便，运行费用低，实时在线监控，对家居内部各种数据进行无线采集和传输等特点。

本文以IARZmbeddedWorkbench为平台，运用C语言进行系统的软件编程，实现了ZigBee模块间的无线通信，智能家居的红外报警模块与温度控制模块，与硬件设计一起构建了一个模拟的家居监测控制系统,并通过系统联调测试。

关键词：

ZigBee；

无线传感器网络；

协调器；

建网；

IAR

Designofsmarthomesystembasedonwirelesssensornetwork（Softwarepart）

Abstract

Withtherapiddevelopmentofdigitalinformationtechnologyandnetworktechnology,aswellaspeople'

smateriallivingstandards’improving,people'

swork,lifeandcommunications,becomeincreasinglycloseinrelationship,informationtechnologyisgraduallychangingthewaypeopleliveandworkhabits,andalsoposingachallengetothetraditionalresidential.

Thispaper，basedontheanalyzsisofcurrenttechnicalstatusofthesmarthomesystemathomeandabroad,forthesmarthomesysteminquestionslikehardwiring,highcost,complexstructure,appliestheZigBeewirelesscommunicationtechnologytosmarthome,andproposesasmarthomesystemdesignbyusingZigBeewirelesscommunicationtechnology,whichhasgoodcharacteristicssuchasafreewiring,easymaintenance,lowoperatingcosts,real-timeonlinemonitoring,homeinternaldatawirelessacquisitionandtransmission.

BaseonTheIARZmbeddedWorkbenchplatform,thispaperusesClanguagetodosystemsoftwareprogramming,andachieveswirelesscommunicationsbetweenZigBeemodules,andsmarthomeinfraredalarmmoduleandtemperaturecontrolmodule.Togetherwiththehardwaredesign,buildasimulatedhomemonitoringcontrolsystemandpassthesystemjointtest.

KEYWORD:

WirelessSensorNetwork；

Coordinator；

NetwokConstruction；

第一章绪论1

1.1智能家居的研究背景1

1.2智能家居的国内外研究现状1

1.2.1智能家居的国内发展现状2

1.2.2智能家居的国外发展现状3

1.3研究智能家居的目的和意义3

1.4ZigBee技术3

1.4.1ZigBee技术简介4

1.4.2ZigBee的技术特点4

1.4.3ZigBee联盟及标准制定5

1.4本章小结5

第二章系统的总体设计7

2.1设计要求7

2.2智能家居相关技术7

2.3ZigBee智能家居系统8

2.4系统总体设计8

2.4.1硬件设计8

2.4.2软件设计9

2.5本章小结10

第三章软件设计12

3.1ZigBee开发软件介绍12

3.2IEEE802.15.4协议14

3.2.1物理层15

3.2.2MAC层17

3.3ZigBee网络体系结构17

3.3.1功能类型17

3.3.2节点类型18

3.3.3拓扑结构18

3.4创建工程19

3.4.1建立工程19

3.4.2工程选项设置21

3.4.3添加文件21

3.5任务与事件23

3.5.1自定义事件23

3.5.2事件触发24

3.5.3事件触发24

3.5.4添加事件处理函数24

3.6设备信息配置26

3.6.1ProfileID26

3.6.2设备26

3.6.3端口26

3.6.4命令27

3.6.5端口描述符28

3.7建网与入网29

3.8数据通信32

3.8.1数据通信格式32

3.8.2发送数据32

3.8.3接收数据33

3.9软件流程图34

3.10本章小结35

第四章硬件设计36

4.1中央控制模块36

4.2信号检测模块36

4.2.1红外报警模块36

4.2.2光照检测模块36

4.2.3温度检测模块37

4.3控制电路模块37

4.4本章小结37

第五章联调、测试38

5.1编译调试38

5.2系统的总体调试40

5.3本章小结42

第六章总结43

6.1已实现的功能43

6.2存在的不足43

6.3本章小结43

参考文献44

致谢46

附录47

附录1：

DS18B20.c代码47

附录2：

DS18B20.h代码49

附录3：

Temp.c代码50

附录4：

Temp.h代码56

附录5：

OSAL_TempApp.c代码57

第一章绪论

蒸汽机的发明掀起了人类历史迈向工业的新篇章，而网络的出现无疑将信息化深深的烙印在了人类文明的璀璨长卷上。

电子信息技术，控制技术的日益提升，社会信息化的逐步加快，促使人们的生活、工作、学习以及通讯的关系日渐紧密，信息化社会在改变人们生活习惯和工作方式的同时，也对我们的传统住宅提出了挑战。

环视周遭，我们很容易的发现，人们对家居的要求早已不再只是简单的物质空间，更为关注的是一个高度安全、舒适以及美观方便的居住环境，先进的通信设施，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，网络化的资源管理及购物方式等等。

现今社会人们日益膨胀的需求使得家居智能化已然成为一种趋势[1]。

1.1智能家居的研究背景

在家庭网络中部署的信息终端越来越多，在解决他们之间的物理互联问题之后，家庭用户还需要对各个设备进行一些复杂配置才能使用，这对于普通家庭用户来说是难以接受的。

加入到家庭网络的设备如何能自动地相互发现并协同配合工作一直是数字家庭领域热烈讨论的问题。

无线传感网络，是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。

传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展。

无线传感器网络扩展了人们信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。

无线传感网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢先就在、危险区域远程控制等领域。

已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世界产生巨大影响力的技术之一[2]。

1.2智能家居的国内外研究现状

智能家居起源于80年代中期的美国，上世纪末来到中国，带着全新的概念企盼搭上中国经济的高速顺风列车。

经过十几年的市场孕育与发展，特别是伴随住宅产业的进步，智能家居在中国已经显露出春笋出露的局面。

但是，国内部分智能家居企业如昙花一现，实在叫人惋惜;

有的企业一开始就大资本的投入，开发出很多精美的模具，但没市场;

有的品牌过分追求技术领先，但不被人们所接受。

常言道：

“没有规矩，无以成方圆”，在智能家居领域也是如此。

很多业内人士将行业标准的缺失比喻成阻碍发展的侩子手。

确实，在技术上，智能家居面临的挑战不只是设备或实施问题，也有标准与协议问题。

在国外，发达国家在发展之初就确定了智能家居相关标准及组织，明确了智能家居概念等问题。

比如以微软、INTEL等公司为主要成员UPnP（通用即插即用）组织、欧洲KNX协议等。

智能家居从概念引进到现在发展已有10个年头，国内一直未能有一个统一的行业标准及规范来约束和引导智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。

因此，中国智能家居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居必须首先解决的问题[3]。

1979年，美国的斯坦福研究所提出了将家电及电气设备的控制线集成在一起的家庭总线（HOMEBUS），并成立了相应的研究会进行研究，1983年美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准，即：

《家庭自动化系统与通讯标准》，也有称之为家庭总线系统标准（HBS，HomeBusSystem）。

在其制定的设计规范与标准中，智能住宅的电气设计要求必须满足以下三个条件，即：

1、具有家庭总线系统；

2、通过家庭总线系统提供各种服务功能；

3、能和住宅以外的外部世界相连接。

物联传感技术是全球第一个利用物联网来控制灯饰及电子电器产品（我们现在通称为ZigBee产品），并将其作为智能家居主流产品走向了商业化。

ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。

随着物联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用机会。

物联网的网络边缘应用最多的就是传感器或控制单元，这些是构成物联网的最基础最核心最广泛的单元细胞，而ZigBee能够在数千个微小