物联网应用系统设计.docx

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物联网应用系统设计

物联网应用系统设计

武汉华夏理工学院

信息工程课程设计报告书

课程名称物联网应用系统设计

课程设计总评成绩

学生姓名

学号

学生专业班级

指导教师姓名

课程设计起止日期２０１

一、课程设计项目名称

基于ZigBee协议栈的智能家居控制灯系统

二、项目设计目的及技术要求

项目设计目的

通过《物联网应用系统设计》课程设计，使学生能够掌握物联网应用系统设计的开发流程、设计方法，使学生能够综合应用《无线传感器网络技术》、《嵌入式技术》、《JAVAWEB程序设计》《Andriod程序设计》、《物联网应用系统设计》等物联网工程专业课程的知识。

要求学生经过课程设计的教学环节进一步理解物联网应用系统总体架构，掌握物联网应用系统的基本设计方法，程序开发流程，从而使学生对物联网应用系统设计能力有较大提高。

项目的主要任务

1．设计内容：

课程设计题目一般由指导教师提供，也可以在老师的同意下学生自己题；

4人一组，每组完成的内容不能雷同。

设计参考题目如下：

1）智能家居环境监测系统

2）智能家居控制灯系统

3）智能农业区-自动灌溉系统

2.基本要求：

1）学会单片机的应用方法，开发环境；

2）结合任务要求，完成系统设计和调试，鼓励功能扩展和创新；

3）会应用protues工具，根据设计的电路，画电路图，并利用protues进行验证仿真；

4）熟悉汇编或C51语言，用C51完成系统的软件编程；

5）按规范撰写课程设计说明书。

3.项目分工

上位机：

李永红、夏智君

下位机：

陈建、李元毅

4、课程设计步骤及时间进度和场地安排

1）指导老师下达课程设计任务书；

2）完成物联网应用系统设计；

3）完成系统制作和调试；

4）绘制系统框图和电路图、或程序代码；

5）撰写课程设计说明书

时间进度和场地安排：

1．6月11日，下达课程设计任务书，介绍物联网应用系统设计，查阅相关资料，确定设计方案，给团队分工合作。

2．6月11日—14日，审查设计方案，确定自己在团队的里面要完成的任务，开始相关代码的编写及调试。

3.6月15日，撰写课程设计报告书，并准备答辩。

5、实验室（423）开放时间

周次

地点

星期一

星期二

星期三

星期四

星期五

第1周

第5-8节

第5-8节

第5-8节

第5-8节

第5-8节

实验室423

实验室423

实验室423

实验室423

实验室423

6、课程设计考核及评分标准

1.设计说明书要求

课程设计说明书要求逻辑清晰、层次分明、书写整洁。

说明书格式包括标题（中英文）、提要、正文（包括①设计项目要求与说明。

②电路原理分析。

③软件流程分析。

④调试分析。

⑤实验数据分析。

⑥答辩。

⑦成绩评定。

）、附录（图纸.程序清单或软盘）。

课程设计说明书须每人一份，独立完成。

2.图纸要求

系统结构框图、protel电路图

三、项目设计方案论证

基于ZigBee协议栈的智能家居控制灯系统设计的整体方案

对ZigBee协议框架结构进行分析，然后通过论述协议的应用层、网络层、数据链路层、物理层和MAC层的功能，将无线传感器网络与ZigBee技术相结合，阐述无线传感器网络节点的硬件和软件设计方法。

在本设计中，选用功耗较小的CC2530芯片作为通信芯片来设计节点。

通过编写协议栈程序，进行包含汇聚节点及传感器节点的组网通信实验。

利用VC++编写上位机程序，通过串口进行数据交互，从而控制小灯。

此系统的组成框图如图3-1所示：

图3-1基于ZigBee协议栈的智能家居控制灯系统设计的整体方案

系统实现原理

硬件原理图

本实验使用的是CC2530芯片，CC2530具有一个IEEE兼容无线收发器。

RF内核控制模拟无线模块。

另外，它提供了MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。

无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。

本系统主要涉及LED、RS485模块、USB转串口电路、CC2530典型应用电路。

如下图所示：

图3-2-1CC2530的LED模块图3-2-2小灯模块

图3-2-3USB转串口电路

节能灯模块

本实验用的节能灯传感器为12V供电，接通电源后节能灯亮，该节能灯可以通过继电器控制其开关，通过控制四路继电器P1的吸合与断开，控制节能灯的打开与关闭。

图节能灯传感器

接线说明

节能灯模块信号

DC12V

GND

--

四路继电器端子

电源板+J1

电源板-

P1

机柜面板

--

--

IO（绿色）

表节能灯模块连线说明

通信协议设计

Sensortype

Sensorindex

Cmdid

Data

ExtenData

END

2Byte

1Byte

1Byte

1Byte

6Byte

2Byte

1Byte

说明：

SOF：

固定为0xEE0xCC，标志一帧的开始。

Sensortype：

见附表一传感器说明。

Sensorindex：

固定为0x01。

Cmdid：

固定为0x01。

Data：

为6Byte传感器数据域，见附表一传感器说明。

ExtenData：

为2Byte扩展数据域

END：

固定为0xFF，标志一帧的结束。

开灯指令：

EECC0101010000000000010000FF

关灯指令：

EECC0101010000000000000000FF

实验连线说明

1.首先将节能灯模块下方的信号孔（绿色香蕉孔）与香蕉线相连。

2.将zibgee模块下方的绿色香蕉孔（P1_4）与风扇的香蕉线相连接。

然后将红黄蓝三根信号线分别插到对应颜色的香蕉孔。

ZigbeeDebugerUSB仿真器连接到ZigBee模块下方的20PIN插孔上。

3.通过上位机软件给ZigBee下载本实验程序（路径：

家居农业综合实训区\传感层工程\实验九节能灯模块）,具体下载方法详见《IAR软件下载说明文档》。

用IARMCS-51软件，打开光盘源码目录中的人体传感器工程并下载。

4.将无线通讯节点的三根信号线分别接在智能网关上，设备上电（注意：

红黄两根线一定要交叉！

）。

5.打开网关端的SensorDemo软件，配置好串口波特率115200并连接。

6.点击界面上的开关按键进行控制。

当DATA数据区打印000000000000：

表示关闭状态，打印000000000001：

时表示打开状态（具体协议详见《CBT模块通讯协议》文档）。

风扇上电后ZigBee模块上的LED1红灯会亮。

四、软件流程分析

是是

硬件部分功能程序实现

终端程序

voidSampleApp_MessageMSGCB（afIncomingMSGPacket_t*pkt）

{uint16flashTime;switch（pkt->clusterId）

{caseSAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID:

=128;=TRUE;

线传感器网络的理论及其应用.北京：

北京航空航天大学出版社，2012.

[2]姜仲，刘丹等.ZigBee技术与实训教程.北京：

清华大学出版社，2014.

[3]姜仲，刘丹ZigBee技术与实训教程.北京.清华大学出版社.2016.

[4]王小强，欧阳骏无线传感网络设计与实现。

北京.化学工业出版社。

2012

[5]基于CC2530的无线传感器网络监控平台任珍文，黄玉清

刊名：

《电子技术应用》出版日期：

2012期号：

第10期

[6]MFCWindows应用程序设计习题解答及上机实验/任哲,李益民,车进辉编著.2版，北京:

清华大学出版社,2007.10

[7]MFC Windows程序设计:

第2版/（美）帕罗赛斯（Prosise,J.）著;北京博彦科技发展有限责任公司译.北京:

清华大学出版社,2007.

课程设计评分表

评定项目

评分成绩

1．系统硬件软件

15分

2．系统软件软件

15分

3．功能扩展和创新

10分

3．成果演示

20分

4．图纸、资料

10分

5．设计报告的规范化、参考文献（不少于3篇）

10分

6．答辩

20分

总分

100分

答辩记录：

指导教师综合评语：

指导教师（签名）

日期：

年月日