基于zigbee智能家居控制系统的设计2
基于ZigBee的智能家居控制系统的设计
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２ ０ ８・
价 值 工 程
基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的 智 能 家居 控 制 系统 的设 计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇｅ ｎｔ Ｈｏ ｍｅ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ Ｂｅ ｅ
基于ZigBee的无线智能家居控制系统设计
２ ＣＣ ４ ０芯 片 的 性 能及 特 点 ２３
Ｃ ２３ Ｃ４ ０是 Ｃ ｉｃｎ公 司 推 出 的用 来 实 现 嵌 入 ｈｐｏ 式 Ｚｇ ｅ 应 用 的 片 上 系 统 。它 结 合 了一 颗 强 大 的 ｉ ｅ Ｂ 鲁 棒 射 频 、 编 程 的 微 控 制 器 和 闪 存 ， ＩＥ 可 与 ＥＥ ８２ １． 、ｉＢｅ软件兼 容 ， ０．５４ Ｚｇ ｅ 具有工 业级 提成 小 体积
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信号调理 电路 的功能是将传感器采集 的模 拟
信 号经过 调 理 后 变 成 用 于 数 据 采 集 、 制 过 程 、 控 执 行计 算显 示读 出和 其他 目的的 数 字信 号 ， 后 再 送 然
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基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计—课程设计论文
机器人3课程设计（论文）题目：基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计摘要随着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。
信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。
因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。
关键词: Zigbee ；Z-Stack；CC2530芯片；智能家居The Design of Smart Home Control System Based on ZigBee Technology TechnologyABSTRACTWith the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment.Information society has changed people’S lifestyle and work habits to makeintelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches moreand more people’S attention.Thereforethe topic about the integration andmanagement of various communication equipments in home，household appliancesand home security devices combined by the intelligent home c ontrol system remotel，has become a hot research point in recent years．Key words: Zigbee; Z-stack;CC2530;Smart Home目录1绪论 (1)1.1无线传感器网络 (1)1.1.1无线传感器网络概况 (1)1.1.2无线传感器的应用现状 (1)1.1.3无线传感器的未来前景 (2)1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络 (2)1.3论文结构 (3)2 Z-Stack协议栈 (4)2.1 Zigbee协议介绍 (4)2.1.1 Zigbee协议栈的结构 (4)2.2 Zigbee网络结构 (5)2.3 Z-Stack协议栈介绍 (6)2.3.1寻址 (6)2.3.2绑定 (9)2.3.3路由协议 (9)2.3.4数据发送函数 (10)2.3.5网络组建过程 (10)2.3.6数据接收函数 (10)3智能家居系统的实现 (13)3.1系统的整体介绍 (13)3.2系统硬件介绍 (13)3.2.1各类传感器模块 (13)3.2.2终端节点和数据汇聚模块 (15)3.3系统软件介绍 (16)3.3.1终端节点和数据汇聚模块软件设计 (16)3.3.2上位机（PC机）的监控界面 (18)4结论 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 绪论1.1无线传感器网络1.1.1无线传感器网络概况无线传感器网络是指大量的移动的或静止的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。
基于ZigBee技术的智能家居系统的设计
基于ZigBee技术的智能家居系统的设计一、本文概述随着科技的飞速发展和人们生活品质的提高，智能家居系统已经成为现代家居生活的重要组成部分。
其中，ZigBee技术作为一种低功耗、低成本、低数据速率的无线通信技术，在智能家居领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨基于ZigBee技术的智能家居系统的设计，包括其基本原理、系统架构、功能模块、硬件选择以及软件设计等方面。
通过深入研究和分析，我们将提供一种高效、稳定、可靠的智能家居系统设计方案，以满足用户对智能家居的需求，提升生活品质。
本文将首先介绍ZigBee技术的基本原理和特点，阐述其在智能家居系统中的应用优势。
接着，我们将详细介绍基于ZigBee技术的智能家居系统的整体架构，包括各个功能模块的作用和相互之间的通信机制。
在此基础上，我们将重点讨论系统的硬件选择和软件设计，包括传感器节点的设计、网络通信协议的实现以及用户界面的开发等。
我们将对系统进行测试和评估，以验证其性能和稳定性。
通过本文的研究和讨论，我们期望能够为智能家居系统的设计提供有益的参考和指导，推动智能家居技术的进一步发展。
我们也希望能够激发更多人对智能家居领域的兴趣和热情，共同推动智能家居产业的繁荣和发展。
二、ZigBee技术原理及其应用ZigBee技术是一种基于IEEE 4无线标准的低功耗局域网协议，专为低数据速率、低功耗和低成本的应用场景设计。
它采用星型、树型或网状拓扑结构，具有自组织、自愈合的特点，能够在设备之间实现可靠的数据传输。
ZigBee技术的主要特点包括低功耗、低成本、低数据速率、高可靠性、高安全性和良好的网络扩展性。
在智能家居系统中，ZigBee技术被广泛应用于各种智能设备之间的通信和控制。
例如，通过ZigBee技术，智能照明系统可以实现远程控制、定时开关、场景设置等功能；智能安防系统可以实现门窗传感器的实时监控、报警推送等功能；智能环境监测系统可以实现温度、湿度、空气质量等环境参数的实时采集和传输。
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高，智能家居系统已经成为现代生活的重要组成部分。
智能家居系统利用先进的无线通信技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化控制和管理，从而为用户提供更加便捷、舒适和节能的居住环境。
本文将重点研究与设计一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统，旨在提升家居环境的智能化水平，满足用户多样化的需求。
本文将首先介绍智能家居系统的发展背景和意义，阐述ZigBee 和WiFi两种无线通信技术在智能家居领域的应用优势和局限性。
在此基础上，提出一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统设计方案，该方案结合了ZigBee的低功耗、低成本和自组织网络特点以及WiFi的高速传输和广泛覆盖范围优势，以实现智能家居系统的高效、稳定和可扩展性。
文章将详细介绍该融合系统的架构设计、硬件选型、软件编程以及系统测试等方面内容。
通过对比分析不同通信协议的性能特点，选择合适的ZigBee和WiFi模块，并设计相应的硬件电路和软件程序。
文章还将探讨如何优化系统性能，提高数据传输速率和稳定性，以满足实际应用需求。
本文将总结研究成果，并对未来智能家居系统的发展趋势进行展望。
通过本文的研究与设计，旨在为智能家居领域的发展提供有益的参考和借鉴，推动智能家居技术的不断创新和应用。
二、ZigBee与WiFi技术概述在智能家居系统中，无线通信技术扮演着至关重要的角色，其中ZigBee和WiFi是两种被广泛采用的技术。
这两种技术各有优势，也存在着一定的局限性，因此，将它们融合在一起，可以充分发挥各自的优势，实现更为高效、稳定的智能家居系统。
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信协议，专为物联网应用而设计。
它具有自组织、自修复的特性，能够在设备之间形成稳定的网络结构，特别适用于智能家居系统中的各种传感器、执行器等设备的连接和控制。
基于ZigBee的智能家居系统
４ 总 结
本 设 计 采 用 的 芯 片 是 ８ ０ Ｃ ５ １ ， 相比于其他形式的芯片 ， 内存小 ，存 取速 度快。对智 能 家居 的发 展起到 一定的促进 作 用。所设计 的系统 能够 实现安 全、 便捷的智能家居远程监控 ， 并具有较高的可用性和可 靠性 ， 验证 了 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ技术应用 于低速 个域 网具有低 功耗、可 扩展性 以及较高的实用性等特点 。
温湿度传 感器来采集室内温湿度等 参数 ，通过对采集参数的分析 ，达到对室 内的控制。
关键 词 ：智能家居 ；Ａ Ｉ ） ５ ９ ０ ；Ｈ Ｓ １ １ ０ ０ ；Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ
０ 智能家居发展 背景
家居智能化系统的概念在我国 ，约在 ９ Ｏ年代末才得 以进入国内
速度惊人 ，至今 已存在相 当数量的智能化小区及பைடு நூலகம்宅。
ＡＤＳ ９ ０
图 １ 智能家居基本框 图
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 手 持控 制器 是 整个 系统 的核心 ，我 们在 已有的手 持硬 件中嵌入 了 自己的操作流 程和界 ， 基本流程图如图５ 所示。
２ 硬 件 设 计
（ １ ）报警 电路 （ ２ ）独 立按键 。独立 按键 采 用上拉 的方式接入单 片机。输入 有效信号低 电平 。 （ ３ ）温 湿度模 块设计 。采 用 Ａ Ｄ ５ ９ ０ 温度传感 器精度 高。Ａ Ｄ ５ ９ ０ 可 以承受 ４ ４ ｖ正向电压和 ２ ０ Ｖ反向电压 ，使用可 靠。图 ２为温度采集
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基于 ZigBee 的智能家居系统设计
基于 ZigBee 的智能家居系统设计随着科技的快速发展，越来越多的人开始关注智能家居系统的设计和实现。
而其中，基于ZigBee 技术的智能家居系统则成为了近年来最具热度的研究方向之一。
本文将详细探讨基于 ZigBee 的智能家居系统的设计和实现。
一、ZigBee 技术简介ZigBee 技术是一种低功耗、近距离、无线通讯技术，它是一种基于 IEEE802.15.4 标准的无线网协议。
ZigBee 技术能够支持多种应用场景，适用于环境监测、医疗保健、智能家居、能源管理等领域。
ZigBee 技术采用了低功耗、低速率的传输方式，具有低成本、低噪声和低干扰的特点。
同时，ZigBee 网络结构简单，有很强的自组织能力，能够让各种设备快速建立通讯。
二、ZigBee 技术在智能家居中的应用智能家居系统是指通过各种网络技术，将家居中传统的电器设备和其他可编程设备进行集成，从而达到自动化控制的目的。
而 ZigBee 技术在智能家居中的应用则包括以下几个方面：1、家庭网络化ZigBee 技术可以帮助实现家庭网络化。
通过 ZigBee 网络，家庭中的各种设备都可以实现互联，实现智能化自动控制。
比如，用户可以通过智能手机控制家中的照明、温度、音乐等设备，从而达到智能控制的目的。
2、安防保护智能家居系统中的安防保护是智能家居最重要的应用之一。
而 ZigBee 技术可以帮助实现安全保护，可以通过智能传感器实时监控家庭的安全情况，当检测到异常情况时进行即时报警，从而保护家庭安全。
3、娱乐化智能家居系统中的娱乐化应用也是很重要的。
通过 ZigBee 技术，用户可以轻松地控制家庭中的音乐、影像等设备，达到家庭娱乐化的目的。
三、基于 ZigBee 的智能家居系统设计在设计基于 ZigBee 的智能家居系统时，应遵循以下设计理念：1、低功耗智能家居系统的常承担着长期、甚至是持续的工作，因此对于功耗的要求极高。
因此在基于 ZigBee 技术的智能家居系统设计中，应注重低功耗、智能化的设计，以延长系统设备的使用寿命。
基于ZigBee的智能家居设计与实现
基于ZigBee的智能家居设计与实现随着科技的不断发展，智能家居已经成为了业界热门的话题。
使用智能技术的家居可以自动化地控制温度、照明、安全和娱乐等功能，提高生活的舒适度和便利性。
其中，基于ZigBee的智能家居设计更是受到了广泛的关注。
一、什么是ZigBee技术？ZigBee技术是一种低功耗、低速率的无线通信协议，它使用IEEE 802.15.4标准进行编码和解码。
ZigBee的数据速率很低，只有0.25Mbit/s，但是它的传输距离很远，可以达到100米以上，而且传输距离和传输功率可以通过变换天线、信道参数和模块设置进行调整。
因此，ZigBee技术被广泛应用于物联网、智能家居、工业控制等领域。
二、ZigBee在智能家居中的应用在智能家居中，ZigBee技术可以用于控制家居设备，如空调、灯光、窗帘、门锁等。
ZigBee技术可以设计相应的传感器、控制器和执行器，并通过无线网络连接到家庭控制中心，通过中心控制工控器进行智能把控行为的执行。
1、灯光控制在智能家居中，ZigBee技术可以实现智能灯光控制。
用户通过手机应用程序或遥控器等远程控制设备，可以自动化地控制家中灯光开关、LED灯光亮度、颜色、场景等。
此外，智能灯光系统还可以通过传感器识别用户的动作等场景需求，以自动控制灯光的开关、明亮度、颜色和亮度。
2、空调控制智能家居中，我们通过ZigBee技术实现空调的自动化控制，能够在室内温度达到设定值的时候自动关闭空调。
通过传感器的检测和数据采集，可以控制空调的开关，自动调节温度的大小和其他功能。
3、安防控制在智能家居中，ZigBee技术也可用于安防控制。
通过安装外部监控器和传感器，可以实现视频监控、人体侦测、门窗状态检测等功能，将锁定视频和音频流程和其他通知方式存储到云端中，提醒您家庭安全问题。
三、ZigBee技术在智能家居中的优势1、低功耗ZigBee技术具有低功率和低数据速率的特点。
在智能家居系统中，由于传输数据量小，使其具有低功耗和长寿命的优势。
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基于Zigbee的智能家居控制系统的设计王超，高峰，姜洋（东北石油大学电气信息工程学院黑龙江大庆163318）摘要：本文是基于Zigbee技术，采用CC2430模块构成传输网络，与中心控制板STM32之间进行2.4GHz的无线通信。
控制板由STM32驱动触屏显示器，由编制的GUI（用户自定义）界面，使用户简单方便的对家具环境进行控制与监视。
可增加WIFI（无线路由）上网功能实现远程控制功能等，具有良好的可扩展性。
关键字：Zigbee；触屏控制板；STM32；WIFI；Design of Smart-home System Based on ZigbeeWangchao,Gaofeng,Jiangyang(Department of Electrical Information Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing, Heilongjiang ,China,163318)Abstract：This paper is based on Zigbee technology, using the 2.4GHz wireless communication between CC2430 module transmission network and center panel STM32. Panel STM32 drive by touch screen display, compiled by the GUI interface and the user is simple and easy to control the furniture with the monitoring environmental. It also can increase the WIFI Internet function to make the remote control function come true, It has good expansibility.Keyword：Zigbee；touch-screen-panel；STM32；WIFI；1引言现代科技的发展驱使人们寻求更加简便更加快捷的生活方式，即使你是住在最偏远的城市，你也会感受到这种速度，所以，基于我们所学的知识，我们畅想一种用于控制我们切身生活的新方式，运用Zigbee技术和网络技术，将家中所有的可控部件集中在一个触屏控制板上，我们所用的Zigbee是一种高可靠性的无线数传网络。
Zigbee数传模块类似于移动网络基站，支持无限扩展。
同时，Zigbee具有低功耗、低成本、抗干扰、易组网的优点[1]。
本文是基于具有Zigbee无线传输技术的CC2430和STM32芯片，通过触摸屏控制板实现对家里的安防报警、室内温度和照明灯具、家用电器的控制。
因为系统由自己开发，具有可扩展性和个性化，控制方便，更加贴近用户需求等特点。
2系统实现2.1 系统总体结构系统整体框图结构如图1所示，具有显示控制功能的中央的控制板我们采用具有高性能、低功耗的特点，而且不用外加射频功放，通信距离就可达到百米左右的STM32W108芯片（内置128KB FLASH和8KB SRAM它同时支持人机交互，可与CC2430进行通信[2]。
用于作为下级传输的Zigbee模块，我们采用TI 公司的CC24430 无线射频芯片，它有显著的低成本、低消耗、网络节点多等的无线传输功能。
可以将一个节点作为路由，由一个主节点管理若干子节点,同时可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网，实现组网，也有效的延长了Zigbee的传输距离。
同时其具有高容量优点，可采用星状、片状和网状网络结构,通过对与STM32通信和传感数据采集传输的开发，形成对家中照明、安防、电器等日常工具的进程和远程控制，实现家居的智能化。
我们采用SDIO WIFI模块芯片实现数据的远程传输，具有的USB 2.0接口，与STM32 的连接非常简单，二者可以通过标准的USB 接口直接相连。
该模块用来实现家庭网关与Internet 连接。
通过WIFI可以在家中随时上网，同时也可以通过家庭网关实现远程控制。
图1 智能家居控制系统结构图作者简介：王超，黑龙江大庆，东北石油大学电气气信息工程学院，学生我们的控制板操作界面如图2所示，主要是由STM32驱动带有GUI源代码的触屏显器，在其系统上进行UI（User Interface用户界面）设计，使其界面简单方便快捷易用。
图2触屏控制板的人机操作界面2.2组网结构在智能家居系统中，采用Zigbee 无线通信技术将智能家电设备组成星形网络，如图3所示。
Zigbee协议中包括三种节点，网络协调器（FFD）、路由器、终端节点（RFD）[3]。
图3 Zigbee组网结构星形网络是一个辐射状的结构，网络命令和数据都是通过协调器传输，终端设备之间通信也是通过协调器转发，终端设备不是通信的起点就是通信的终点。
Zigbee 扩展模块在家庭网关中作为网络协调器，可以是通信的起点或终点，负责各子传感器节点的通信管理、动态组网与数据传输。
Zigbee 终端节点包括家庭内部网络中的门磁开关、红外对射探测器、玻璃破碎探测器、火灾探测器以及烟感和燃气泄露探测器等。
3家居环境的调节控制环境的调节控制是最基础的控制，其他的控制都基于这种开关量控制的实现。
本文主要涉及的环境调节控制包括照明系统的控制、窗帘的控制以及空调等家用电器的控制。
照明系统包括灯的开关状态以及亮暗状态的控制；窗帘控制包括窗帘的合开以及合开的程度；空调等家电的控制包括电器的开关和其温度的设定[4]。
环境控制的传输机制类似于单片机多机通信，由协调器接受控制板的控制信息，转化为2.4GHz信号传输给路由节点或直接到达终端节点，先发送地址码（末位为“1”），所有子网均接受，与自身编码作比较，相等则允许接受下次信息，不相等则不接受；再由协调器发送数据码（末位为“0”），子网中相应的节点接收数据，完成握手，达到对子网的控制。
子网种结点将接受的数据译码，实现其所指定的动作，例如，“0”为切断，“1”为开通。
3.1照明系统常用的调光方法有：脉冲宽度调制（PWM）调光法、改变半桥逆变器供电电压调光法、脉冲调频调光法、脉冲调相调光法和可控硅相控调光法。
可控相控调光法具有体积小、价格合理和调光功率范围宽等优点。
故本文照明系统控制采用Guest Room BabyRoomHostRoomBathRoomKitchenAll onAlloff房灯on B / D 壁灯off窗帘OffOn/空调TempRFDRFDFFDTV On/Off Chanel图4 照明系统控制电路图可控硅相控调光的方法，电路图如图4所示，通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，达到控制灯具供电电压，从而实现调光。
可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。
由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、成本低。
控制回路由路由节点接受协调器的数据，分析确定完成握手后，输出相应的数据驱动双向可控硅，同时通过锁存器将数据存储，以便于下一次数据作比较，从而实现对灯光亮暗的调节。
3.2空调及其他电器空调的开关状态控制是开关量控制，先通过地址码确定需要控制的器件地址，再由数据码控制开关的状态，若是智能空调或其他电器，可由多层级的开光量控制，确定地址码后，数据码依次为开光状态、温度上升/下降、需要设定的温度或者上升下降的温度等数据。
空调的控制结构图与照明系统相类似。
3.3窗帘图5 窗帘控制的电路图窗帘控制系统由通信模块和步进电机组成的执行模块组成，如图5所示，终端CC2430接受协调器的控制信号，确定自己是否被呼叫，然后接受所来数据，确定是步进电机的正转或反转，在接受数据信息的同时，与自身存储的数据作对比，确定需要的脉冲数，从而控制窗帘的开关程度。
4安防系统安防系统主要包括正常生活环境温湿度的检测、发生燃气泄漏、火灾、溢水等安全隐患的报告、有盗窃或其他非家中人员未经允许私自进入的报告和报警等安防行为。
4.1温湿度检测温湿度的检测主要采用智能传感器芯片SHT15，其中不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器和基于带隙电路的微型温度传感器，而且还有14位的A／D转换器和2线串行接口。
能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据，所以系统中不再使用传统设计需要的多路转换开关、A／D转换器及信号调理电路，系统结构比较简单紧凑，温度检测电路如图6所示。
将传感器所测得的模拟信号经A/D转换送回控制节点，产生中断，将信息发送给协调器，由控制板上的环境控制信号通知用户，或通过网络告知用户家中的温湿度。
4.2火灾检测报警火灾检测装置选用离子型烟雾检测报警芯片MC14468，离子室使用放射源镅241，强度约为0.8微居里，不会对人体造成伤害，也不会污染环境。
当检测到烟雾时，离子室离子电流会随着检测现场的烟雾变化而产生微弱的电压变化，传到芯片检测端15 脚，由内部逻辑电路处理图6 温湿度检测电路图后，启动蜂鸣器，经外接的C5、R14和R15形成调制的变频输出，使得蜂鸣器发出报警声，同时5脚连接的LED 以1Hz的频率闪烁发光，达到报警效果。
火灾检测报警电路与温湿度传感电路相类似，只是把温湿度传感器换为烟雾检测器，多增加了嗡鸣器和闪灯的报警装置。
4.3防盗报警防盗检测的主要器件是热释电红外探测器和微波探测器，将这两种探测技术的探测器封装在一个壳体内，并将两个探测器的输出信号共同送到与门电路，只有当两种探测技术的传感器都探测到移动的人体时，才输出报警信号。
主要负责对家中敏感位置的异常情况进行探测，它们同时对人体的移动和体温进行探测并相互验证之后才发出报警，由于两种探测器的误报基本上互相抑制了，而两者同时发生误报的概率又极低，所以误报率能大大下降。
防盗报警的电路结构与温湿度检测相类似，主要由红外线报警装置和微波探测装置共同启动，将信息及时报告用户。
5WIFI通信模块Wi-Fi是一种帮助用户访问电子邮件、Web 和流式媒体的互联网技术。
它为用户提供了无线的宽带互联网访问。
同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。
能够访问Wi-Fi 网络的地方被称为热点。
它所具有的优点有，无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi的半径则可达300英尺左右，约合100米；传输速度非常快；无须布线；由于WiFi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。