楊曉玲開(kāi)題報(bào)告

1、基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)遠(yuǎn)程基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)遠(yuǎn)程 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)導(dǎo)師：廉小親導(dǎo)師：廉小親 學(xué)生：楊曉玲學(xué)生：楊曉玲 目錄目錄一、課題來(lái)源一、課題來(lái)源二、課題研究目的和意義二、課題研究目的和意義三、主要研究?jī)?nèi)容與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案三、主要研究?jī)?nèi)容與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案四、關(guān)于低功耗問(wèn)題的解決辦法四、關(guān)于低功耗問(wèn)題的解決辦法一、課題來(lái)源一、課題來(lái)源橫向項(xiàng)目橫向項(xiàng)目二、課題研究目的和意義二、課題研究目的和意義 本課題是基于本課題是基于Zigbee技術(shù)和技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是一種智能控制系統(tǒng)。用實(shí)現(xiàn)的空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是一種智能控制系統(tǒng)。用戶(hù)通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器

2、、戶(hù)通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器、Internet網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)可網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)與終端控制器進(jìn)行通訊，最終可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)不以實(shí)現(xiàn)與終端控制器進(jìn)行通訊，最終可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)不同型號(hào)空調(diào)的集中聯(lián)網(wǎng)控制。這對(duì)于進(jìn)一步提高空同型號(hào)空調(diào)的集中聯(lián)網(wǎng)控制。這對(duì)于進(jìn)一步提高空 調(diào)控制技術(shù)，改善控制系統(tǒng)的調(diào)控制技術(shù)，改善控制系統(tǒng)的 整體性能具有十分重要的意義。整體性能具有十分重要的意義。二、課題研究目的和意義二、課題研究目的和意義 本課題最終目的：設(shè)計(jì)一個(gè)空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)本課題最終目的：設(shè)計(jì)一個(gè)空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 1.通過(guò)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)最終可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)不網(wǎng)絡(luò)最終可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)不同型號(hào)空調(diào)的集中聯(lián)網(wǎng)

3、控制達(dá)到到對(duì)空調(diào)溫度（同型號(hào)空調(diào)的集中聯(lián)網(wǎng)控制達(dá)到到對(duì)空調(diào)溫度（28-18）和）和6種工作模式（制熱開(kāi)、制熱關(guān)、自動(dòng)開(kāi)、自種工作模式（制熱開(kāi)、制熱關(guān)、自動(dòng)開(kāi)、自動(dòng)關(guān)、制冷開(kāi)、制冷關(guān)）的遠(yuǎn)程設(shè)定。動(dòng)關(guān)、制冷開(kāi)、制冷關(guān)）的遠(yuǎn)程設(shè)定。 2.用戶(hù)可以通過(guò)設(shè)定進(jìn)程表來(lái)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的溫度調(diào)用戶(hù)可以通過(guò)設(shè)定進(jìn)程表來(lái)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)做出計(jì)劃或者安排節(jié)做出計(jì)劃或者安排 (TCS) 3. 對(duì)室內(nèi)溫濕度的遠(yuǎn)程與近端監(jiān)控對(duì)室內(nèi)溫濕度的遠(yuǎn)程與近端監(jiān)控三、主要研究?jī)?nèi)容與系統(tǒng)三、主要研究?jī)?nèi)容與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)總體架構(gòu)圖系統(tǒng)總體架構(gòu)圖 3.1.1空調(diào)紅外指令研究空調(diào)紅外指令研究 3.1.2無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)

4、絡(luò)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用3.2協(xié)調(diào)器模塊與終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器模塊與終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 3.3芯片選型芯片選型3.4空調(diào)的空調(diào)的TCS進(jìn)程設(shè)計(jì)進(jìn)程設(shè)計(jì)3.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)總體架構(gòu)圖系統(tǒng)總體架構(gòu)圖3.1.1空調(diào)紅外指令研究空調(diào)紅外指令研究 空調(diào)是由發(fā)射裝置發(fā)送紅指令來(lái)進(jìn)行控制的，空調(diào)是由發(fā)射裝置發(fā)送紅指令來(lái)進(jìn)行控制的，要對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制就必須知道空調(diào)紅外指令。要對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制就必須知道空調(diào)紅外指令。通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)：通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)： 所有空調(diào)的紅外指令都是一系列的脈沖串組成，其所有空調(diào)的紅外指令都是一系列的脈沖串組成，其中，脈沖串由高電平寬度與低電平寬度組成。中，脈沖串由高電平

5、寬度與低電平寬度組成。 數(shù)據(jù)段可以由多個(gè)邏輯數(shù)據(jù)段可以由多個(gè)邏輯“1”和邏輯和邏輯“0”的組合表示的組合表示 對(duì)同一空調(diào)，在數(shù)據(jù)段中邏輯對(duì)同一空調(diào)，在數(shù)據(jù)段中邏輯“1”和邏輯和邏輯“0” 的的表示形式是不變的表示形式是不變的3.1.2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 完整的完整的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有三種設(shè)備類(lèi)型：協(xié)調(diào)器、路由網(wǎng)絡(luò)中有三種設(shè)備類(lèi)型：協(xié)調(diào)器、路由器以及網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。通常以一下三種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系到整個(gè)系器以及網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。通常以一下三種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系到整個(gè)系統(tǒng)中，可以根據(jù)子節(jié)點(diǎn)數(shù)量多少選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型。統(tǒng)中，可以根據(jù)子節(jié)點(diǎn)數(shù)量多少選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型。 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)

6、絡(luò)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)議自組成一個(gè)分通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化后傳輸給布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化后傳輸給信息處理中心。信息處理中心。 典型的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有典型的短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有Wi-Fi、藍(lán)牙、藍(lán)牙、Zigbee等，由于等，由于Wi-Fi技術(shù)存在成本高、安全性低，技術(shù)存在成本高、安全性低，藍(lán)牙技術(shù)存在組網(wǎng)

7、復(fù)雜等問(wèn)題，而藍(lán)牙技術(shù)存在組網(wǎng)復(fù)雜等問(wèn)題，而ZigBee技術(shù)以技術(shù)以其自組網(wǎng)、低功耗、低成本、高可靠性的特點(diǎn)成為其自組網(wǎng)、低功耗、低成本、高可靠性的特點(diǎn)成為該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)首選該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)首選。 由于服務(wù)器指令通過(guò)由于服務(wù)器指令通過(guò)Internet在傳輸過(guò)程中要進(jìn)在傳輸過(guò)程中要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層、行網(wǎng)絡(luò)層、MAC層的封裝數(shù)據(jù)包處理，最終以層的封裝數(shù)據(jù)包處理，最終以MAC幀的形式發(fā)送給目的網(wǎng)絡(luò)，所以系統(tǒng)協(xié)調(diào)器模塊的幀的形式發(fā)送給目的網(wǎng)絡(luò)，所以系統(tǒng)協(xié)調(diào)器模塊的設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)網(wǎng)口模塊。設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)網(wǎng)口模塊。 3.2協(xié)調(diào)器模塊與終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器模塊與終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)器器模模塊塊

8、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) ENC28J60 是帶有是帶有SPI接口的獨(dú)立以太網(wǎng)控制接口的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器，它符合器，它符合 IEEE 802.3 的全部規(guī)范。的全部規(guī)范。 它提供了一個(gè)內(nèi)部它提供了一個(gè)內(nèi)部 DMA 模塊模塊, 以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的吐和硬件支持的 IP 校驗(yàn)和計(jì)算。校驗(yàn)和計(jì)算。 與主控制器的通信通過(guò)兩個(gè)中斷引腳和四個(gè)與主控制器的通信通過(guò)兩個(gè)中斷引腳和四個(gè)SPI功能引腳實(shí)現(xiàn)功能引腳實(shí)現(xiàn), 數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 10Mb/s。它負(fù)責(zé)對(duì)接收到的命令進(jìn)行解它負(fù)責(zé)對(duì)接收到的命令進(jìn)行解析，并從外部擴(kuò)展的析，并從外部擴(kuò)展的FLASH芯芯片中提取相應(yīng)的空調(diào)指令，利片中提取相

9、應(yīng)的空調(diào)指令，利用紅外遙感技術(shù)對(duì)空調(diào)進(jìn)行控用紅外遙感技術(shù)對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制，使空調(diào)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，制，使空調(diào)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)還可以驅(qū)動(dòng)溫濕度采集模同時(shí)還可以驅(qū)動(dòng)溫濕度采集模塊對(duì)室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。塊對(duì)室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。根據(jù)空調(diào)的命令代碼合成相應(yīng)根據(jù)空調(diào)的命令代碼合成相應(yīng)的紅外控制信號(hào)，再將該控制的紅外控制信號(hào)，再將該控制信號(hào)調(diào)制到信號(hào)調(diào)制到38KHZ的載波上，的載波上，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外信號(hào)的抗干擾傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外信號(hào)的抗干擾傳輸進(jìn)而控制空調(diào)的動(dòng)作。進(jìn)而控制空調(diào)的動(dòng)作。采集當(dāng)前室內(nèi)的溫度信采集當(dāng)前室內(nèi)的溫度信息提供給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。息提供給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。該模塊用于電池電量、實(shí)時(shí)時(shí)該模塊用于電池電量、

10、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和溫濕度數(shù)據(jù)的顯示。鐘和溫濕度數(shù)據(jù)的顯示。該部分電路主要是對(duì)大量的該部分電路主要是對(duì)大量的空調(diào)控制代碼以及溫濕度數(shù)空調(diào)控制代碼以及溫濕度數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)需要據(jù)等信息進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)需要對(duì)空調(diào)進(jìn)行調(diào)控或者需要查對(duì)空調(diào)進(jìn)行調(diào)控或者需要查詢(xún)數(shù)據(jù)信息時(shí)，以前的數(shù)據(jù)詢(xún)數(shù)據(jù)信息時(shí)，以前的數(shù)據(jù)就需要能夠調(diào)用出來(lái)，因此就需要能夠調(diào)用出來(lái)，因此數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能對(duì)整個(gè)終端數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能對(duì)整個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用。作用。采用中斷的方式，用采用中斷的方式，用于現(xiàn)場(chǎng)控制，實(shí)現(xiàn)手于現(xiàn)場(chǎng)控制，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)按鍵控制的功能。動(dòng)按鍵控制的功能。ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊負(fù)責(zé)接收并無(wú)線(xiàn)模塊負(fù)責(zé)接收

11、并轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器指令到轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器指令到MCU終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)DHT11相對(duì)濕度和溫度測(cè)量相對(duì)濕度和溫度測(cè)量 全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 超低能耗超低能耗 3.3 芯片選型芯片選型MSP430F415216位超低功耗單片機(jī)，最低功耗時(shí)電流可達(dá)0.1uA具有10位高速AD轉(zhuǎn)換器快速通信的SPI接口以及串口實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能3.4空調(diào)的空調(diào)的TCS進(jìn)程設(shè)計(jì)進(jìn)程設(shè)計(jì)新一天開(kāi)始新一天開(kāi)始根據(jù)日期判斷是星期幾; 并將實(shí)時(shí)進(jìn)程表初始化為當(dāng)天的缺省TCSFlag_vacation=2進(jìn)行度假日的溫度設(shè)置是度假期間？今天是返程日么？Flag_vacation=0YA

12、YN返程時(shí)間已到？如果是度假開(kāi)始日：Flag_vacation = 1Alarmclock = 開(kāi)始時(shí)間運(yùn)行實(shí)時(shí)進(jìn)程表，并定時(shí)做如下查詢(xún)：1. 如果Flag_vaction=1 并且 alarmclock時(shí)間到，則轉(zhuǎn)A;2. 如果有“今天例外”設(shè)置了，則轉(zhuǎn)B；3. 如果有臨時(shí)溫度設(shè)置了，則轉(zhuǎn)C.將“今天例外”TCS調(diào)入實(shí)時(shí)進(jìn)程表中至一天結(jié)束NB運(yùn)行臨時(shí)溫度直至取消C 溫度控制進(jìn)程溫度控制進(jìn)程 （下文簡(jiǎn)稱(chēng)進(jìn)程或（下文簡(jiǎn)稱(chēng)進(jìn)程或TCS）是用戶(hù)對(duì)一段）是用戶(hù)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)所做的計(jì)劃或者安排，一般來(lái)說(shuō)是以天時(shí)間內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)所做的計(jì)劃或者安排，一般來(lái)說(shuō)是以天為最小計(jì)劃單位、以星期為周期循環(huán)。為最

13、小計(jì)劃單位、以星期為周期循環(huán)。 除了按星期循環(huán)除了按星期循環(huán)的的TCS之外，還會(huì)有一些例外情況需要特別處理，如之外，還會(huì)有一些例外情況需要特別處理，如“今今天例外天例外”、外出度假、和臨時(shí)溫度設(shè)置。、外出度假、和臨時(shí)溫度設(shè)置。 3.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 為了對(duì)空調(diào)進(jìn)行準(zhǔn)確的控制我們必須要建立一種為了對(duì)空調(diào)進(jìn)行準(zhǔn)確的控制我們必須要建立一種通用性的紅外指令格式，在服務(wù)器指令與控制終端存通用性的紅外指令格式，在服務(wù)器指令與控制終端存儲(chǔ)器中的紅外指令之間建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，達(dá)到發(fā)儲(chǔ)器中的紅外指令之間建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，達(dá)到發(fā)送某一條服務(wù)器指令就能從存儲(chǔ)器中提取出對(duì)應(yīng)紅外送某一條服務(wù)器指令就能從存儲(chǔ)器中提取出對(duì)應(yīng)紅外指令的目的。指令的目的。幀頭（起始位）空調(diào)信息幀類(lèi)型(指令類(lèi)型)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)(空調(diào)初始化數(shù)據(jù)或服務(wù)器控制命令)廠商型號(hào) CC2530簡(jiǎn)要流程圖MSP430F4152簡(jiǎn)要流程圖四、關(guān)于低功耗問(wèn)題的解決四、關(guān)于低功耗問(wèn)題的解決辦法辦法 首先是硬件設(shè)計(jì)上選擇合適的集成芯首先是硬件設(shè)計(jì)上選擇合適的集成芯片，與此同時(shí)在外圍電路上也應(yīng)該充分考片，與此同時(shí)在外圍電路上也應(yīng)該充分考慮低功耗的要求，選擇低功耗的慮低功耗的要求，選擇低功耗