基于Zigbee的智能开关的设计与实现
基于ZigBee技术的智能家居系统设计
基于ZigBee技术的智能家居系统设计智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
基于智能家居的最新定义，参考ZigBee技术的特点，设计出的本系统，在包含了智能家居必备系统(智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统)的基础上，加入了家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统和家庭环境控制系统。
在智能家居的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的家居系统才能称为智能家居。
因此，本系统可以称为是智能家居。
1 系统设计方案该系统设计由家庭内被控制设备和远程控制设备组成。
其中家庭内被控制设备主要有能访问Internet的计算机、控制中心、监控节点和选择添加的家用电器控制器。
远程控制设备主要由远程计算机和手机组成。
系统组成如图1所示。
系统的主要功能有：1)网页前台页面的浏览，后台信息管理；2)通过Internet 和手机两种远程控制方式实现室内家用电器、安防和灯光的开关控制；3)通过RFID模块实现用户识别，从而完成室内安防状态的开关，在盗贼入侵时通过短信息(SMS)向用户报警；4)通过中央控制管理系统软件完成室内灯光及家电的本地控制和状态显示；5)利用数据库完成个人信息存储和室内设备状态存储，通过中央控制管理系统方便用户查询室内设备状态。
2 系统硬件设计系统硬件设计包括控制中心、监控节点和选择添加的家用电器控制器(这里以电风扇控制器为例)的设计。
2．1 控制中心控制中心主要功能有：1)组建无线ZigBee网络，把所有监控节点加入网络中，并实现新设备的接收；2)用户身份识别，用户在离家或归来时通过用户卡实现室内安防的开关；3)当有盗贼入侵室内时，通过向用户发送短信息报警。
智能开关是如何实现的原理
智能开关是如何实现的原理智能开关是一种基于物联网技术的智能化设备，通过与其他智能设备的互联互通，实现自动化控制和远程控制的功能。
其实现原理主要包括以下几个方面。
首先，智能开关利用传感器技术实现对环境的感知与监测。
智能开关通常内置有多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、人体红外传感器等，通过对周围环境参数的感知和监测，实时获取环境的信息。
其次，智能开关通过无线通信技术与其他智能设备进行互联互通。
智能开关通常支持多种无线通信协议，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，通过与其他智能设备建立连接，实现数据的传输和控制命令的发送和接收。
然后，智能开关通过内部的逻辑控制单元进行数据处理和决策。
智能开关内部集成了一些处理器和存储器，可以对感知到的环境信息进行数据处理和分析，实现对环境状态的判断和决策。
接着，智能开关通过与其他智能设备的互联，实现远程控制和自动化控制功能。
用户可以通过智能手机、平板电脑、电脑等终端设备，通过互联网远程控制智能开关的开关状态、定时和场景设置等。
智能开关的工作原理可以简单分为以下几步：1. 环境感知与监测：智能开关内置的传感器对周围环境进行感知和监测，如监测室内温度、湿度、光线等参数。
2. 数据处理与决策：智能开关内部的逻辑控制单元对传感器采集到的环境信息进行处理和分析，得出环境状态和用户意图。
3. 与其他设备的互联：智能开关通过支持的无线通信协议与其他智能设备建立连接，如与智能手机、智能音箱等进行互联。
4. 远程控制与自动化控制：用户通过终端设备远程控制智能开关的开关状态、定时设置和场景设置等，也可以通过与其他智能设备的联动实现智能化的自动化控制。
5. 数据传输与交互：智能开关通过互联网将传感器采集到的数据和用户的指令传输给其他设备，同时接收其他设备发送的控制命令和数据。
总的来说，智能开关通过传感器感知环境、内部逻辑控制单元进行数据处理和决策、与其他设备进行互联、实现远程控制和自动化控制，从而使得用户可以更加方便灵活地控制家庭环境，提高生活的舒适度和便捷性。
一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计
图1 感知家居需求与用户用例图图2 感知家居系统与芯片选型原有的信息孤岛相互联系起来将成为未来的大趋势。
2016年3月8日，海尔向开发者开放了U+平台，美的集团也向第三方开放了M-Smart 的SDK(软件开发工具包)；3月31日，微软也发布了MS Bot Framework 机器人框架，巨头们的纷纷表率预示着更多的厂商将会开放自身的软硬件平台，使得家电设备，以及越来越多的智能硬件单品可以整合到一起。
旧版本的智能家居系统大多采用总线控制，装修布线的成本非常高，并且严重降低用户体验。
新一代智能家居产品以小米和华为的最新产品为例，均采用Wi-Fi 与ZigBee 协议。
本文介绍了一种兼容性强、性价比高的环境信息采集和家电控制系统。
1 系统概述要实现一套性价比较高的智能家居系统，所需的功能由用户的核心需求来决定。
根据马斯洛需求层级，生理和安全方面的需求应当放在首要实现的位置，实现的功能必须包含安全防盗、火警、有害气体检测和危险情况及时报警；其次是生活的便利化，包括对家庭环境的随时随地查看，家电的远程控制等；最后是需求的个性化，例如SOHU 办公、孕婴或行动不便、视力障碍或听觉障碍等情况，是用户分散的长尾需求指标。
用户用例如图1所示，通过PC 电脑浏览器或移动APP 均可传感器型号传感器描述DHT11温湿度传感器，有效测量范围：0～50℃；湿度有效测量范围：20%～90%RH 。
MQ-2烟雾传感器，可采集甲烷、丙烷、氢气、酒精和液化气等常见家用厨房可燃气体。
有效监测范围：100～20000ppm ；工作环境温度：-10℃～50℃；湿度65%±5%RH 。
BH1750FVI 光照传感器，其测量范围约为(1～65535lx)，工作温度范围：-40℃～50℃。
HC-SR501人体红外活动探测传感器，工作温度：-15℃～70℃，有效范围15m 。
DSM501AP M 2.5探测传感器，工作温度范围：-20℃～80℃ 。
基于ZigBee技术的高压开关柜智能无线测温系统
基于物联网技术的智能家居控制系统设计与实现
基于物联网技术的智能家居控制系统设计与实现随着科技的不断进步和物联网技术的发展，智能家居呈现出了越来越广泛的应用。
基于物联网技术的智能家居控制系统的设计和实现，不仅可以提升家居的智能化程度，使生活更加便捷，而且还可以提高家居的安全性和舒适度。
以下将结合实际应用，介绍智能家居控制系统的设计和实现。
一、智能家居控制系统的设计1.控制系统的架构智能家居控制需要考虑到各种智能设备的联动，因此在设计控制系统架构时需要考虑到设备的互联性。
通常，智能家居控制系统的架构采用分层架构，即将整个系统分为感知层、控制层和应用层。
感知层：感知层是智能家居控制系统中最基础的环节，负责感知家居设备的状态。
可以通过各种传感器（如温度传感器、湿度传感器等）来采集设备环境的数据，将其转化为数字信号并传输到控制层。
控制层：控制层在智能家居控制系统中充当了“大脑”的角色，负责对感知层采集到的数据进行分析处理，决定对设备进行何种控制操作。
控制层通常由中央控制器（如智能音箱、智能家居网关）和家庭服务器（如NAS）等构成。
应用层：应用层是智能家居控制系统的最上层，主要是实现用户与智能家居设备的交互。
用户可以通过应用层提供的手机App或者其他设备进行远程控制或者设置设备的使用规则等。
2.控制系统的实现技术（1）无线网络技术智能家居控制系统需要网络连接以实现信息的传输，常用的网络技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
Wi-Fi作为一种常见的无线网络技术，具有速度快、稳定等特点，现如今几乎家家户户都有Wi-Fi网络。
在智能家居控制系统中，可以通过使用Wi-Fi智能插座、Wi-Fi开关等实现设备的智能化，以实现远程控制等功能。
另外，ZigBee是一种专门用于智能家居控制的无线通信协议，具有低功耗、低速率等优点，非常适用于智能家居领域。
（2）语音识别技术随着人工智能技术的发展，语音识别技术已经成为智能家居控制系统中不可或缺的一部分。
语音识别技术可以让用户通过语音进行设备控制和设置等操作，并且可以识别多种语言。
基于的无线灯控设备设计实现
基于的无线灯控设备设计实现引言随着物联网技术的不断发展和普及，越来越多的设备和系统开始实现互联互通。
其中，无线灯控设备是智能家居领域中非常重要的一部分，它通过无线通信技术实现对灯光的控制，提高了人们对居家环境的舒适度和便捷性。
本文将介绍基于的无线灯控设备的设计和实现。
设计原理基于的无线灯控设备的设计原理主要包括以下几个方面：1.无线通信技术：为了实现对灯光的远程控制，需要选择适合的无线通信技术。
常见的无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。
可以根据不同的场景和需求选择合适的无线通信技术。
2.硬件设计：基于的无线灯控设备的硬件设计包括主控芯片的选择、电路设计和硬件组装等。
主控芯片负责接收无线通信信号，并控制灯光的开关和亮度等参数。
3.灯光控制协议：为了实现对灯光的精确控制，需要定义灯光控制协议。
该协议规定了通信双方之间的数据格式和通信规则。
通过遵循该协议，可以实现不同设备之间的互操作性。
4.软件开发：基于的无线灯控设备的软件开发涉及到固件开发和移动应用开发两个方面。
固件开发主要是编写嵌入式软件，负责接收无线信号、解析控制协议，并控制硬件实现灯光的控制。
移动应用开发则是通过移动设备与设备之间建立连接，提供用户界面来实现对灯光的控制。
设计流程步骤一：确定需求和功能在进行设计之前，首先需要明确无线灯控设备的需求和功能。
根据用户的需求，确定所需要的功能，如开关控制、亮度调节、色彩变换等。
步骤二：选择无线通信技术根据设计要求和应用场景，选择适合的无线通信技术。
例如，对于家庭环境的灯控设备，可以选择Wi-Fi或蓝牙技术。
步骤三：进行硬件设计和组装根据选定的无线通信技术，设计和组装相应的硬件。
主要包括主控芯片、通信模块、电源管理等。
步骤四：定义灯光控制协议根据无线通信技术和功能需求，定义灯光控制协议。
该协议包括通信数据的格式以及通信规则等。
步骤五：进行软件开发根据定义的灯光控制协议，进行固件开发和移动应用开发。
ZigBee技术在智能开关控制器中的应用研究
因
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图 １ Ｚｇ ｅ 智能开关 系统框 图 ｉＢ ｅ
１ 系统硬件设计 ． ２ １ ． Ｚｇ ｅ 模 块 ． １ ｉＢ ｅ ２ 本设计采用模块化设计 ， 所有部件均 由 Ｚｇ ｅ 模 块构成 。Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ ｉＢ ｅ 射频 芯片选用 Ｃ ２ ３ ， Ｃ ４ ０ 该芯 片支持 ｚｇ ｅ 协 议栈 ， ｉＢ ｅ 有丰 富的 片上资 源 ，包括一 片高性能 ８ ５ 核 、Ｋ Ｓ Ａ ０ １ ８ Ｒ Ｍ和 １ ８ 闪存 ， Ｄ 、 Ｓ Ｒ ２Ｋ Ａ ＣＵＡ Ｔ 等． 做成 可插拔的小模块方便 了调 试 ． 设计时采用 Ｐ Ｂ天线节 约了成 Ｃ
１ 智能开关 系统设计
１１ 系统总体方案 ． 整个系统 由控制 中心 ． 遥控和 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ开关 ３部分组 成。控制中心 用于 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ网路组建 、 Ｂ 接收设定 数据 、 储数据 ， 存 遥控 器用于无线 控 制 ．ｉ 。 开关用于执行相应 的控制指令 。控制 系统传 输的信息是各 ｚｇ Ｂ 种设备 的控制信息 ． 因此 ． 可靠性要求 比较高 ， 因为错误 的信息不但会 导致设备工作异常 ． 甚至可能导致设备损坏 。智 能开关 系统的总体结 构如图 １ 所示 系统采 用星型拓扑结构 ． ｉ ｅ 开关模块通过控制 中 Ｚｇ ｅ Ｂ 心连接起来 。 引人 的 ４ 路机械开关信号和遥 控信号一起控制。
【 摘 要 】 文介 绍了 Ｚｇｅ 无线协议在智能开关控 制器 中的应 用 ， 本 ｉ ｅ ｂ 通过遥控 器控制 家中所有的 Ｚｇｅ 开关， ｉ ｅ ｂ 通过编程也可 以实现复杂开
关量 的控制 。提 出了一种基 于 ＣＣ２３ ４ ０芯片及 Ｚｇ ｅ 技术的智能 家居开关控制 器的设计 方案， ｉＢ ｅ 详细阐述 了节点 系统的硬 件和软件 实现 ， 实现 了对家庭 中的多种电器设备进行本地 或远程控制 。
基于ZigBee技术的无线智能家居系统研究与设计
络的请求信号，则给发送请求信号的终端节 点回复信 息，然后将 该 终端节点加入所管辖 的网络 范围内，并分配相应的网络地址 。如果 所收到的信号是终端 节点发送过来 的监测数据，则在给终端节点发 送数据的确认信号之 后，就要对数据进行识别和处理，并在规定的
进入 到了一种空闲状态 。终端节点会定期地从空闲状态 中醒来 ，对 相关 的环境信息进行监测，将其监测过程 中所采集到的数据通过无 线发射模块发送给与其相联的汇聚节点 ，如果收到汇聚节点发过来
的确 认 信 息 ，则表 明数 据 发 送 成 功 ，之 后 终 端 节 点 将 再 次 进入 空 闲
先要进行初始化 ，初始化所 完成 的工作类似与上面的汇聚节点 ，然
后 终 端 节 点 开 始 不 断 的 发 出 请求 信 号 ，要 求 加 入 到 某 个 汇 聚 节 点所
创建 的网络 ，只要 终端节 点成功加入网络，就停止发送请求加入 网
络 的报 文 ，并 得 到 一个 汇 聚 节 点 分 配 给 它 的 网络 地 址 ，之 后节 点就
采集 。 若数据 发送不成功 ， 点会再次采集数据并发送给汇聚节 点， 节 直到发送成功为止 。
三 、 结 束 语
和其它短距离通信技术 比较 ，Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ技术具有 明显 的优势，其 近距离 、低成本、低功耗、低速率等特点更加适合于家庭 组网的特
点 。本 文 提 出 了一 套 用 Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ技术 实现 智 能 家 居 系 统 的 设 计 方案 ，
３ 推行媒体通识教育。 ． 鉴于媒体素养教育的重要性以及有效扩 散其广泛影 响， 应该将 其作成为高校大学生人文素质教育的一部分 ，作为通识教育来推行。
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.. 基于Zigbee的智能开关的设计与实现摘要近年来，智能家居是不断被人们提到的热点话题，其能够提升家居的安全性和舒适性，同时为用户提供了生活便利。
除了其出色的用户体验，智能家居还有助于实现居住环境的节能环保，因此成为未来家居的发展方向。
本文首先提出了一种基于Zigbee技术的智能家居系统，该系统由用户手机、网络服务器、网关和若干功能性子节点组成。
在此系统架构下，本文针对功能性子节点中的智能开关节点部分，从其硬件电路和软件程序两个角度分析了该类节点实现自动联网、断线自检、无线通讯等功能的原理，并设计了一个具有以上功能的智能开关节点设备。
通过对节点的调试，该设备成功实现了用户对智能开关的本地、远程控制。
该智能开关节点便于安装、使用简单、出现故障后能够完成自检，经过长期的测试证明，该节点在整个智能开关系统中能够正常稳定地运行。
关键词：智能家居远程控制ZigbeeCC2530.. Design and Implementation of Smart Switch Based on ZigbeeAbstractSmart Home is a hot topic in recent years, which can enhance home security and comfort, while providing convenient life. In addition to its excellent user experience, smart home also contributes to energy saving and environmental protection of the living environment, thus becoming the future direction of home.This paper presents a technique based on Zigbee smart home system, the system consists of mobile phone users, network servers, gateways, and several functional temper nodes. In this system architecture, this paper function temper intelligent switching node section, from hardware and software program analyzes the class two node network automatically, breaking the principle of self-test, wireless communications and other functions, and design of the intelligent switching node apparatus having the above functions. By node debugging, the successful implementation of the local device, remote control user intelligent switches.The intelligent switch node is easy to install, simple to use, after a failure to complete the self-test, after a long test proved that the node can be normal and stable operation throughout the intelligent switch system..Key Words:Smart Home;Long-distance Control;Zigbee;CC2530目录1.绪论 (1)1.1 智能家居背景与意义 (1)1.2 智能家居研究现状 (1)1.3 智能开关概述 (2)2.系统方案设计 (4)2.1 课题设计目标 (4)2.2 课题设计方案 (5)2.3 Zigbee网络概述 (6)2.4 论文章节安排 (6)3.硬件电路设计 (8)3.1 微控制器最小系统设计 (8)3.2 触摸检测电路设计 (11)3.3 继电器控制电路设计 (12)3.4 电源转换电路设计 (13)4.软件程序设计 (14)4.1 程序设计方案 (14)4.2 CC2530程序架构 (15)4.2.1 Z-stack协议栈 (15)4.2.2 操作系统抽象层 (16)..4.3 底层程序设计 (16)4.3.1 设备组网入网 (16)4.3.2 串口配置 (17)4.4应用层程序设计 (18)4.4.1 通信协议设计 (19)4.4.2 远程控制程序设计 (20)4.4.3 本地控制程序设计 (21)4.4.4 用户查询与通信检查程序设计 (21)5.调试与分析 (23)5.1 调试方案 (23)5.2 底层调试 (24)5.3 应用层调试 (24)6.总结与展望 (26)6.1 总结 (26)6.2 展望 (26)参考文献 (28)附录 (29)附录一系统原理图和PCB (29)附录二系统实物图 (30)附录三系统核心代码 (31)致谢 (34).常熟理工学院毕业设计（论文）. 1.绪论1.1智能家居背景与意义智能家居概念的前身最早可以追溯到上世纪80年代的美国。
建造于1984年的“都市大厦”坐落于美国康乃迪克州的哈特佛市。
此项目对建筑中的各种信息进行收集和整合，创造出了世界上第一座“智能建筑”。
该建筑的主要功能包括：对大楼空调、电梯、智能照明设备等进行监控;提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。
由于当时网络还未普及，传统的智能家居多采用有线技术，布线复杂、造价昂贵、用户体验度非常不好，因此在很长一段时间人们并不看好其发展。
但随着互联网技术的发展，新一代基于无线通信的智能家居利用移动互联网技术、智能终端控制技术，使整个智能家居的舒适度提升了上去，智能家居又重新回到了人们的视野中。
智能家居创造了一种新的生活方式，这不仅不会影响用户的正常生活，而且能够提升用户的生活质量和工作效率。
例如，上班之前只要按动遥控器上的按键，家里的电灯和电器就能全部关上，安全防范系统自动进入警戒状态；傍晚下班，用手机就可以遥控打开客厅里的空调和浴室里的热水器，回到家中就可以马上享受一个舒服的热水澡。
此外，智能家居还能衍生出许多新用途用于满足不同人群的需求。
目前广泛运用于智能家居系统的子节点设备包括智能开关、智能插座、智能窗帘、智能红外转发器等，因此使用前景十分广阔。
1.2智能家居研究现状1998年5月，新加坡举办了“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”。
本次展览会的一大亮点，是通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。
进入21世纪，国内的许多传统家电厂商和新兴互联网厂商也积极在智能家居领域施展拳脚，希望分得一杯羹。
我国的海尔集团，已经在青岛东城建立了智能家居U-home系统；电商巨头京东，在2014年6月底公布了智能家居发展战略；与此同时，小米公司与华润置业等地产商联合，也在对智能家居领域进行探索。
目前，小米公司为智能家居生产商中的领军企业，该公司最近成功将两款智能家居产品推向市场，分别为智能插座和智能插线板，这两款产品均采用了目前广泛使用的WIFI常熟理工学院毕业设计（论文）技术，用户可以通过手机远程控制插座或插线板。
插线板和插座都配有220V插口和USB 插口，用户只要点击手机上的图标即可打开或关闭相应插口。
除了利用WIFI通信外，应用于智能家居的通信方案还有红外通信、Zigbee通信等。
其中Zigbee技术可以在家庭中建立一个Zigbee局域网，并对覆盖于该局域网下的若干智能家居子节点进行互联。
Zigbee技术与WIFI技术相比，虽然通信距离短、通信速率没有互联网通信快，但由于其应用于室内控制，对通信距离和通信速率的要求较低，基本能满足家庭通信需要，并且其优点被进一步放大：设备成本低，使用期间无额外通信费用产生；功耗低，一节干电池可以维持一个Zigbee模块正常运行半年到一年，克服了大多数通信设备对不间断电源的依赖性。
1.3智能开关概述与上述提及的智能插座、智能插线板相比，智能开关在智能家居中使用得更加普遍。
家庭中控制照明设备的开关从最初的拉线开关、拇指开关，发展到如今常见的按键开关，在安全性、可靠性、便利性上都得到了更大提升。
目前市场上的智能开关除了有触摸开关、射频控制开关，还有免布线开关、单火线给电开关等，这类智能设备正向易安装和人性化方面继续发展。
1.射频控制开关射频控制开关利用射频通信原理，可通过射频遥控器对家中的开关进行单独控制或群控制，起到了一定便利性。
该设备的缺点在于射频信号通信距离较短，当有障碍物遮挡时，遥控灵敏度会降低。
2.触摸开关触摸开关利用触摸传感器控制开关动作，在安全性和美观性上都胜于按键开关。
一方面，在外观上其略去了传统的机械开关结构，开关面板仅包含一个触摸感应区域，造型更为一体。
另一方面，由于没有机械开关的间隙，该类开关能安全应用于浴室、厨房等环境。
该类开关的缺陷在于触摸电路的供电复杂，须对家庭原先电气线路进行改造。
3.免布线开关免布线开关包含一个无需外部供电的移动开关和一个220V供电的控制器，当用户操作开关面板时，该移动开关能将环境中的机械能、光能转化为电能，然后利用无线通信技术将触摸信号发送给控制器，最终控制器会对相应照明设备进行通电断电操作。
该类开关.常熟理工学院毕业设计（论文）的优势在于降低了装修成本，免去家庭装修前期的一些开关布线工程；在安置开关时，用户可以个性化选择开关位置，无需对家庭中的照明线路进行改造；控制器可以配置成单个开关控制多路照明设备，或多路开关控制同一照明设备，在卧室床头灯开关应用上使用广泛。
与射频控制开关相比，该类开关遥控距离更远，当有障碍物遮挡时信号稳定。
4.单火线给电开关单火线给电开关是替代传统面板开关的成熟解决方案。
传统开关在进行线路设计时，往往只引出了火线，然后再将各用电设备连接至零线上，因此家庭中原先开关盒的引线仅包含了火线输入口和火线输出口。
该单火线给电开关利用火线即可完成取电工作，优势在于无需对家庭线路进行改造、无需控制器即可控制家中的照明设备，安装过程更加便利。
在解决供电问题后，该设备还可加入远程控制功能，进一步提升开关的智能性。
.常熟理工学院毕业设计（论文）. 2.系统方案设计智能家居系统的核心是建立用户与节点间的双向通信关系。