基于某物联网地智能家居实训报告材料Word格式.docx
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智能家居;
ZigBee;
CC2530
SmartHomePracticeTrainingBasedonInternetofThings
ZHUKaiJIANGWeiLIUTong
(SchoolofMechanicalElectronic&
InformationEngineeringChinaUniversityofMining&
Technology,Beijing100083,China)
【Abstract】Withtherapiddevelopmentoftheinternetofthings,thesmarthomehasbecometheemergingresearchfieldwhichplaysanimportantroleintheinternetofthins.Smarthomepracticetrainingschemeisputforward.InteriorhomenetworkisformedbyCC2530,wirelesscommunicationtechnologyandsensor,includingthreelayers.Exteriornetworkisconnectedtotheinternet.ThelampcontroltestisperformedbyLEDandtheresultconfirmedthatthesmarthomepracticetrainingschemehasanimportantvalueforfurtherstudy.
【Keywords】Internetofthings;
Smarthome;
0引言
随着社会的发展,人们对家庭生活、学习、娱乐提出了更高的品质要求。
例如,亲人对独生子女的看护,主人对家用电器进行实时远程控制,在主人进门之前,室内已经具有宜人温度。
在主人启动汽车之前,车内有合适温度,有按照主人出行计划设计好的行车路线。
这些需求是物联网应用中最贴近民生的智能家居方面。
高校已陆续设立物联网专业,要把学生培养成适应社会需求的人才需要学生掌握物联网综合技术。
智能家居实训平台是物联网典型开放型应用环境之一,学生可在此平台上实现对物联网综合技术的理解,亦可借助此平台进行创新应用。
智能家居系统传输数据量小,在红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi等无线通信技术中,ZigBee技术以其有低功耗、低成本、低延时等优势而成为智能家居系统选用的主要组网技术。
1系统组成原理
系统采用开放的无线传感平台,集合无线通信技术、网络技术、计算机技术等将传感器采集到的环境与设备信息接入互联网。
学生借助此平台可以搭建标准的智能家居系统,亦可借助平台开放的接口实现控制程序的编写。
系统终端由上位机Web界面显示各种设备的信息读取与控制,终端界面包括信息存储、查询、增删,信息手机查看等模块。
开发平台为基于Goldfish内核的Android2.3,主要有上位机的软件开发、手机端的软件开发,其次还有传感器节点的程序开发。
提供触摸式应用,覆盖物联网感知层、网络层、应用层三层结构。
环境感知设备包括Wi-Fi摄像头、DS18B20温度传感器、湿度传感器及光敏传感器等,控制对象包括51英寸等离子电视机、空调、窗帘及灯光等。
(如下图所示)灯光控制包括控制电灯的开关、明暗度,多种灯光情景控制模式:
如全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式。
电视机、空调不仅要控制开关,还要控制音量。
窗帘只控制开关。
控制方式有联动控制和定时控制两种,控制途径有触摸屏、网页、遥控器等。
摄像头由云台控制:
内置RS485控制,水平360度,垂直180度;
网络接口:
RJ-45,10/100Mb自适以太网接口;
无线:
Wi-Fi,802.11B/G;
支持IP地址:
静态IP地址、动态IP地址、PPPOE拨号,支持P2P技术。
(如下图1)
网络层采用短距离、低功耗无线ZigBee技术。
ZigBee工作于免申请的2.4GHz频段,使用无线通信技术可以免除布线和设备移动的弊端。
ZigBee网络中节点有3种角色:
终端节点、路由器、协调器,系统中用到路由器和协调器两种角色。
终端ZigBee无线节点采用TI公司生产的真正片上系统解决方案CC2530芯片,使用MSP430仿真器完成程序的烧录。
CC2530芯片具有高性能和低功耗的8051微控制器核;
8-KBRAM,具备在各种供电方式下的数据保持能力;
极高的接收灵敏度和抗干扰性能;
可编程的输出功率高达4.5dBm;
只需一个晶振,即可满足网状网络系统的需要;
在供电模式1时仅24mA的流耗4μs就能唤醒系统;
在睡眠定时器运行时仅1μA的流耗;
在供电模式3时仅0.4μA的流耗,外部中断能唤醒系统;
硬件支持CSMA/CA功能;
较宽的电压范围(2.0-3.6V);
支持精确的数字化RSSI/LQI和强大的5通道DMA;
具有捕获功能的32kHz睡眠定时器;
具有电视监视器和温度传感器;
具有8路输出和可以配置分辨率的12位ADC;
集成了AES安全协处理器;
带有2个支持多种串行通信协议的强大USART,以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC定时器,1个16位定时器和1个8位定时器;
强大和灵活的开发工具。
图1智能家居系统
2网络实现
智能家居可以实现室内家用电器间及室内物体间信息交互,数据量小,数据传输距离多数在20m以内,终端节点数目有限。
据此可选用ZigBee网络中星形网络结构,基于Z-Stack协议栈。
协调器与PC机之间通过RS-232串口连接。
协调器负责创建网络,网络创建完成后处于等待终端节点请求加入状态。
终端节点上电后,首先进行初始化,通过原语机制,依次由应用层、网络层和MAC层完成网络寻找,最后由网络层向应用层反馈组网结果。
网络通信采用固定帧格式实现,数据帧定义设备类型、设备属性、设备ID、校验类型等信息。
网络可分为连接家用电器的内部网络和外部因特网。
实际操作中用LED灯代替照明灯,由上位机依据帧格式向协调器发送指令,结果表明协调器可以依据指令在规定时间内完成灯的亮灭。
由此推测,系统可以完成对其他家居设备的远程控制,温湿度等的控制需要进一步验证。
3主要实验
智能家居实训平台综合多种物联网关键技术,使学生在了解、熟悉、学习的基础上,能够运用几种技术做出创新性设计。
智能家居实训平台可以完成的实验主要有:
建立实验环境IAR、LED跑马灯实验、定时器实验、串口通讯实验、A/D实验、中断实验、温湿度传感器实验、光电传感器实验、压力传感器实验、简单无线收发实验、广播通讯实验、Z-Stack点对点通讯实验、Z-Stack星状网通讯实验、Z-Stack树状网通讯实验、红外传感器实验、继电器控制实验、直流电机控制实验、步进电机控制实验、窗帘远程控制实验、灯光远程控制实验、电视远程控制实验、摄像头远程控制实验、空调远程控制实验。
4结束语
本文以CC2530芯片等为硬件基础,ZigBee为无线通信技术,覆盖物联网的三层结构,设计了智能家居实训方案,列举方案中可完成的主要实验,对实训平台进行简单测试。
智能家居是物联网一个重要应用,前景广阔。
目前,物联网仅为高端别墅和私人豪宅拥有,普通百姓仍没有条件享受,这是智能家居推广过程中亟待解决的问题之一。