智能家居——甘肅省“挑戰(zhàn)杯”作品申報材料

1、序號： 編碼： 附件4：第九屆“挑戰(zhàn)杯”甘肅省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽作 品 申 報 書作 品 名 稱： “避風(fēng)港”計劃 學(xué) 校 全 稱： 蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院 申報者姓名（集體名稱）： 李建毅 孔維豪 張嬌 田吉星類別： 自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文 哲學(xué)社會科學(xué)類社會調(diào)查報告和學(xué)術(shù)論文 科技發(fā)明制作a類 科技發(fā)明制作b類a2. 申報者情況（集體項目）說明：1、必須由申報者本人按要求填寫； 2、申報者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列；3、本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對申報者情況的確認(rèn)。申報者情況姓 名李建毅性別男出生年月1993年4月學(xué)校全稱蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院 專 業(yè)物聯(lián)

2、網(wǎng)工程現(xiàn) 學(xué) 歷本科在讀年級14學(xué)制4年入學(xué)時間2014年9 月作品全稱智能家居控制系統(tǒng)畢業(yè)論文題目通訊地址蘭州市七里河區(qū)龔家坪北路211號郵政編碼730050單位電 住 地聯(lián)系地址蘭州市七里河區(qū)龔家坪北路211號郵政編碼730050單位電他作者情況姓 名性 別年 齡學(xué) 歷所 在 單 位孔維豪男19本科蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院 張嬌女21本科蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院 田吉星男20本科蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院 資格認(rèn)定學(xué)校學(xué)籍管理部門意 見 是否為2015年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學(xué)校中國籍專科生、本科生和碩士研究

3、生或博士研究生。 是 否 （部門蓋章） 年 月 日指導(dǎo)教師意 見（1-2名）本作品是否為課外學(xué)術(shù)科技或社會實踐活動成果 是 否指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日b3.申報作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1、必須由申報者本人填寫；2、本部分中的科研管理部門簽章視為對申報者所填內(nèi)容的確認(rèn)；3、本表必須附有研究報告，并提供圖表、曲線、實驗數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片），也可附鑒定證書和應(yīng)用證書；4、作品分類請按作品發(fā)明點或創(chuàng)新點所在類別填。作品全稱智能燈控制系統(tǒng)作品分類（ a、b ） a、機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）b、信息技術(shù)（包括計算機、電信、通訊、電子等） c、數(shù)理

4、（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）d、生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等） e、能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)目的：在我們的家居中裝有很多背景燈（筒燈、射燈、吊燈、壁燈等），要是將這些燈的開、關(guān)、明、暗進行組合形成多種模式，這樣，就餐有就餐的燈光效果，會客有會客的燈光效果，家庭影院（看電視、影碟）有影院的燈光效果，甚至季節(jié)和情緒的變化都有不同的燈光效果相適應(yīng)?；舅悸罚褐悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)貫穿著住宅的每一個地方，客廳、臥室、餐廳、過道的所有燈光都可以通過zigbee節(jié)點與網(wǎng)關(guān)連接。你可

5、以在住宅的一個房間a集中進行控制、實現(xiàn)一鍵操控。 通過智能照明系統(tǒng)的集中控制，你的家居里的燈具可以實現(xiàn)在移動終端一鍵全開和一鍵全關(guān)的功能，你也可以設(shè)置多種模式，實現(xiàn)一鍵體驗，您只需按下一個鍵，就可以控制家居內(nèi)所有燈的開關(guān)。技術(shù)關(guān)鍵：本裝置的技術(shù)關(guān)鍵是zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)和傳感檢測技術(shù)，無線組網(wǎng)是關(guān)鍵，我們主要應(yīng)用zigbee，zigbee技術(shù)是一組基于ieee802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的涉及到組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的通信技術(shù)，它是短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它使用的頻段是全球通用的2.4ghz(同時也定義了868hz/915hz兩個頻段)。zee

6、bee技術(shù)有如下優(yōu)點：功耗低，成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、遲延短、高安全性、有效范圍小。作品的科學(xué)性、先進性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實質(zhì)性技術(shù)特點和顯著進步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻資料）先進性及特點：整個建筑的智能家居燈光控制系統(tǒng)應(yīng)能二十四小時運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力是我們關(guān)注的重點。以電源、系統(tǒng)備份等方面采取相應(yīng)的容錯措施，保證系統(tǒng)正常安全使用、質(zhì)量、性能良好，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。 智能家居燈光控制系統(tǒng)最主要特點是“簡單”、“實用”、“靈巧”，這也是其與傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)最大的區(qū)別。我們應(yīng)用于了先進的zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了在多種移動終端進行

7、控制，所以一般無需施工部署，安裝簡單、操作簡單，且功能可自由搭配組合。通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)家居燈光智能化的系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能,作品在何時、何地、何種機構(gòu)舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定 結(jié) 果無作品所處階 段（ a ） a實驗室階段 b 中試階段 c 生產(chǎn)階段d （自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方 式作品可展示的形 式實物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測使用說明：本系統(tǒng)安裝簡單，操作方便,不用進行鋪線工作。移動終端操作界面是通過上位軟件編寫的人性化操作界面，更易于大人小孩操作

8、。斷電以后系統(tǒng)將啟動備用電源，此時系統(tǒng)會自動啟動斷電模式，整個家居中只有部分照明燈會開啟。技術(shù)特點和優(yōu)勢：本設(shè)備技術(shù)先進，采用zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，zigbee是一種嶄新的,專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。也是嵌入式應(yīng)用的一個大熱點。適應(yīng)范圍及推廣前景：適宜家居、學(xué)校、事業(yè)單位會議室及室內(nèi)公眾活動場所等人員聚集較多的場所，的智能燈光控制系統(tǒng)。市場分析和經(jīng)濟效益：家在人的生活中起著無可替代的作用，在外辛勞一天，回到家中，舒適、溫馨的家庭環(huán)境能讓人們繃緊一天的神經(jīng)得以放松，并帶來愉悅的心情。除此之外，當(dāng)今社會人們的生活水平日益提高，需求和品位也隨之提高；人們在追求

9、時尚的同時也追求個性的張揚。家居智能化，也已成為人們新的追求。目前市場上的家具與燈飾也日趨多樣化，燈飾品種及款式的的日益豐富，也為顧客提供了更多選擇。而顧客愛好取向的個性化，又對家具與燈飾的發(fā)展提出了更多、更新、更高的要求，促使家具與燈飾不斷更新，并在更新中更多地考慮如何讓兩者更好地結(jié)合起來。 但實際上在我們的生活中燈具只起到了照明作用，沒有實現(xiàn)各種燈光的效果。這無疑是一種單調(diào)，更是對資源的浪費。而我們的智能家居燈光控制系統(tǒng)，應(yīng)用多種模式，讓你家居所有燈都能發(fā)揮其自己特有的功能，這不僅給你帶來生活的樂趣，也讓你感受到家的溫馨，更是實現(xiàn)了資源的充分利用。專利申請情況 提出專利申請 申 報 號 申

10、報日期 年 月 日 已獲專利權(quán)批準(zhǔn) 批 準(zhǔn) 號 批準(zhǔn)日期 年 月 日未提出專利申請科研管理部門簽章 年 月 日c當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述說明：1、申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫；2、填寫此欄有助于評審。 zigbee技術(shù)在國外已經(jīng)非常成熟，相關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制和智能化建筑等。zigbee是一個與家庭網(wǎng)絡(luò)自動化功能的無線數(shù)據(jù)闡述解決方案。韓國的korwin和orange邏輯共享其信貸的發(fā)展 - 家庭網(wǎng)絡(luò)和基于位置的服務(wù)（lbs）。d推薦者情況及對作品的說明說明：1、由推薦者本人填寫； 2、推薦者必須具有中級專業(yè)技術(shù)職稱，其中一名必須具有高級以上專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申報作品相同或相關(guān)

11、領(lǐng)域的專家學(xué)者或?qū)I(yè)技術(shù)人員（教研組集體推薦亦可）； 3、推薦者填寫此部分，既視為同意推薦； 4、推薦者所在單位簽章僅被視為對推薦者身份的確認(rèn)。推薦者情況姓 名性別年 齡職稱工作單位通訊地址郵政編碼單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章（簽章） 年 月 日請對申報者申報情況的真實性作出闡 述請對作品的 意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評價其它說明推薦者情況姓 名李陽性別男年 齡職稱工作單位蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院通訊地址蘭州市七里河區(qū)龔家坪北路211號郵政編碼730050單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章（簽章） 年 月 日請對申報者申報情況的真實性作出闡述請對作品的 意義、技術(shù)水平、適

12、用范圍及推廣前景作出您的評價其它說明學(xué)校組織協(xié)調(diào)機構(gòu)確認(rèn)并蓋章（團委代章） 年 月 日校主管領(lǐng)導(dǎo)或校主管部門確認(rèn)蓋章 （蓋 章）年 月 日e組織委員會秘書處資格和形式審查意見組委會秘書處資格審查意見 審查人（簽名） 年 月 日組委會秘書處形式審查意見 審查人（簽名） 年 月 日組委會秘書處審查結(jié)果合格 不合格 負(fù)責(zé)人（簽名） 年 月 日甘肅省第九屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽科技發(fā)明制作類說明書課題名稱：“避風(fēng)港”計劃 院校名稱：蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)學(xué)院 團隊名稱：李建毅 田吉星 孔維豪 張嬌 指導(dǎo)老師：朱明敏 李陽 聯(lián)系電話聯(lián)系郵箱：zhangzh8914

13、摘 要 通常，在人們的傳統(tǒng)意識認(rèn)知里燈都是以照明為主，隨著科技的快速發(fā)展，燈的種類和變化也越來越多；但有沒有想過把燈光不僅作為一種照明方式，還把作為它一種裝飾、作為一種藝術(shù)展示引入到家庭裝飾當(dāng)中。一個燈泡、一支光管照亮居室，這種單調(diào)、乏味的燈光設(shè)計模式已經(jīng)逐漸淡出人們的居室?，F(xiàn)在的人們在裝修家居時不但追求簡單，而且更加注重細(xì)節(jié)，而智能家居燈光控制控制系統(tǒng)是以住宅為平臺，基于zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，以協(xié)調(diào)器、路由器、和終端節(jié)點三種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行控制家居所有燈光。在你的客廳會有多種燈光組合模式，只要你一鍵操作就可以讓你盡情體驗。客人來臨時，您通過“一鍵式”控制進入會客模式。這時，客廳吊燈亮度為80

14、%、壁燈為60%、筒燈為80%；而當(dāng)與客人進餐完畢，休息片刻后準(zhǔn)備一起觀看電影。這時，吊燈關(guān)閉、壁燈為80%、射燈為70%、窗簾關(guān)閉、電視及音響打開，進入家庭影院模式。因為采用了調(diào)光控制，燈光的亮度可以有一個漸變的過程。通過隨心所欲地變換場景，給客人營造一個溫馨、浪漫、優(yōu)雅的燈光環(huán)境。除此之外，還有離家模式、回家模式、休息模式、起夜模式、閱讀模式、小息模式、全關(guān)模式,等等，隨心所欲，完全個性化的選擇。 智能家居使您的家為您服務(wù),節(jié)約您的時間,簡化您的生活，并為您帶來無限生活樂趣，讓您愛上您的“避風(fēng)港”。 關(guān)鍵字： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 智能家居 一鍵操作 模式化 zigbee 節(jié)能 pick to us

15、ually, in the awareness of traditional cognitive lamp is lighting is given priority to, with the rapid development of science and technology, and change more and more types of lamp; but have you ever thought the lights not only as a way of lighting, also as a decoration, it as an art show is introdu

16、ced into the domestic adornment. a bulb, smooth canal enlightens bedroom, the monotonous, boring lighting design pattern has gradually faded out of people's bedroom. when people is decorating household now, not only the pursuit of simple, and pay more attention to detail, and the smart home cont

17、rol system based on residential lighting control platform, based on zigbee wireless network technology, to the coordinator, routers, and all three network terminal node to control household lights. in your living room will have a variety of light combination pattern, as long as you can let you enjoy

18、 a key operation. the guest comes, you through "one-click" control into the visitor pattern. at this time, the sitting room lamp brightness is 80%, tube lamp, wall lamp, 60% and 80%; when finished with the guests dining, ready to watch movie together after a short rest. at that moment, the

19、 closed droplight and wall lamp, shoot the lamp to 80% 80%, the curtain closed, open tv and acoustics, enter home theater mode. because dimming control is adopted, the brightness of the light can be a gradual process. through changing scene follow one's inclinationsly, give a guest to build a wa

20、rmth, romantic, elegant lighting environment. besides, there are away from home, go home and rest mode, night mode, reading mode, recess, barrier, etc., follow one's inclinations, completely personalized options. smart home to make your home service for you, save you time and simplifying your li

21、fe, and to bring you unlimited fun, let you fall in love with you "safe haven". key words: internet of things smart home one-touch operation softwaremodularity zigbee energy conservation目 錄摘要.11. 概述.2 1.1創(chuàng)作背景.2 1.2方案設(shè)計.2 1.3方案實現(xiàn).22.技術(shù)說明.2 2.1無線傳輸技術(shù).2 2.1.1無線單片機.4 2.2zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù).5 2.2.1zigbe

22、e無線傳感網(wǎng)絡(luò).5 2.2.2低功耗，低速技術(shù)特點.5 2.2.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚?6 2.3安全和加密.73.系統(tǒng)組成.8 3.1硬件部分.8 3.1.1移動終端.8 3.1.2zigbee網(wǎng)關(guān).9 3.1.3zigbee節(jié)點.9 3.1.4感知節(jié)點.10 3.2軟件部分.11 3.2.1定位節(jié)點.11 3.2.2終端節(jié)點系統(tǒng)流程圖.12 3.2.3開發(fā)環(huán)境.12 3.2.4路由器代碼.134.系統(tǒng)分析.13 4.1技術(shù)指標(biāo).13 4.1.1使用環(huán)境溫度、濕度、傳輸速率.13 4.1.2產(chǎn)品功耗及使用電壓.13 4.2穩(wěn)定性分析.13 4.3系統(tǒng)安全性分析.13 4.4作品特點和優(yōu)勢.14 4

23、.3.1技術(shù)特.14 4.3.2優(yōu)勢.14 結(jié)論.16參考文獻.1731.概述1.1創(chuàng)作背景家庭，是每個人心靈的港灣。無論你是在什么地方，心里都會對家庭有所牽掛。家在人的生活中起著無可替代的作用，在外辛勞一天，回到家中，舒適、美觀的家庭環(huán)境能給人們放松繃緊一天的神經(jīng)，帶來愉悅的心情。當(dāng)今社會，人們的生活水平日益提高，需求和品位也隨之提高；人們在追求時尚的同時也最求個性的張揚。 家庭居住環(huán)境設(shè)計的宗旨是以創(chuàng)建一個溫暖舒適的室內(nèi)生活環(huán)境為目的，所以營造氣氛在室內(nèi)家居空間照明設(shè)計扮演一個非常重要角色?？萍几淖兩睢Ｖ悄芗揖涌刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用將對我們的家庭生活和生活方式帶來深遠(yuǎn)影響。智能家居最終目的就是讓

24、人們在家中能夠享受到舒適、方便、安全的生活,并且生活的方式更加符合環(huán)保、節(jié)能的要求。1.2方案設(shè)計 對于固定模式的場景您無需逐一地開關(guān)燈和調(diào)光，只需在電腦控制終端或手機控制終端進行一次設(shè)置，就可以按一個鍵模式化控制一組燈，這就是智能家居場景設(shè)置功能。同時，還可以在房間加裝亮度感應(yīng)探測儀，通過設(shè)定的時段的光的強度值，自動調(diào)節(jié)燈光亮度。這樣既符合住戶舒適的感覺，又能起節(jié)能的作用。系統(tǒng)還可對家居所有燈進行電流監(jiān)測，當(dāng)有燈出現(xiàn)故障時，馬上通知管理人員，及時處理故障；杜絕到需要用時才發(fā)現(xiàn)問題所引起的不便現(xiàn)象。 客廳：安裝人體感應(yīng)系統(tǒng)，做到有人時開燈，無人時自動關(guān)燈、做到節(jié)能效果。 影視模式：進入放映模式

25、，燈光自動調(diào)暗、窗簾放下、功放/dvd自動開 啟。 音樂模式：窗簾自動放下,照明燈光調(diào)暗，開啟背景音樂或功放/dvd，欣 賞燈光開啟，并隨音樂節(jié)奏的變化而變化出不同的效果。 會客模式：燈光自動調(diào)節(jié)到比較柔和的狀態(tài)，營造和諧氣氛。 無人模式：燈光熄滅，所有設(shè)備關(guān)閉。 臥室：總體燈光設(shè)計比較柔和溫馨。 休息模式：室內(nèi)所以燈光都將熄滅。 起夜模式：你只需一鍵操作，從主臥到洗手間的燈光就柔和的亮了起來， 既沒有摸黑尋墻找開關(guān)的煩惱，也不會驚醒其他人。 餐廳：燈光顏色以淡黃色為主。 就餐模式：燈光會營造一種清新舒適的感覺。 書房：燈具設(shè)計簡單，燈光來源于多角度，適宜于閱讀工作。 閱讀模式：在房間加裝亮度

26、感應(yīng)探測儀，可根據(jù)房間的亮度調(diào)節(jié)燈光 的亮度，使你擁有一個最適合閱讀的亮度。 小息模式：燈光將由明亮漸漸的轉(zhuǎn)入昏暗，您就可以舒舒服服的瞇一 會了。 樓道：走道結(jié)合人體感應(yīng)，自動控制樓道的照明燈，做到有人開燈， 無人關(guān)燈。 感應(yīng)器可設(shè)定為自然光較暗時起作用，自然光較亮?xí)r不起作用，最大限度節(jié)能。1.3方案實現(xiàn) 根據(jù)以上設(shè)計分析，我們采用集主控單元、zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)、單片機控制和環(huán)境監(jiān)測為一體的方案。核心主要是無線單片機處理模塊，負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的收集、處理和打包發(fā)送數(shù)據(jù)，接收控制命令等。 圖1.1 收發(fā)處理示意圖附注1： 光檢測模塊 紅外檢測模塊 動作終端 圖1.無線智能照明系統(tǒng)三維圖書房客

27、臥餐廳客廳路由器協(xié)調(diào)器圖1.2 無線智能照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2. 技術(shù)說明2.1無線傳輸技術(shù)2.1.1無線單片機技術(shù)無線單片機是一種新型的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“homerf”或“firefly”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們之間的通信效率非常高。最后這些數(shù)據(jù)就可以進入計算機用于分析或是被另外一種無線技術(shù)（如wimax）收集。zigbee協(xié)議棧由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層，網(wǎng)絡(luò)層

28、、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。相對于常見的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，zigbee協(xié)議棧經(jīng)湊簡單，具體實現(xiàn)要求低。只要8位處理器再配上4kb rom和64kb ram，就可以滿足其最低需求，從而大大降低了成本。 應(yīng)用層1 應(yīng)用層n應(yīng)用匯聚層網(wǎng)絡(luò)層ieee 802.2邏輯鏈路控制類型1其他邏輯鏈路控制標(biāo)準(zhǔn) 業(yè)務(wù)匯聚特定子層ieee 802.15.4介質(zhì)訪問控制868mhz/915mhz物理層2.4ghz物理層圖2.1 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖zigbee是一個由可多到65000個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的一個無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，類似于現(xiàn)有的移動通信的cdma網(wǎng)或gsm網(wǎng)。每一個zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊相當(dāng)于移動網(wǎng)絡(luò)

29、的一個基站，它們之間可以在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進行相互通信；每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米到擴展后的幾百米甚至幾千米；另為整個zigbee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其他設(shè)各種網(wǎng)絡(luò)連接。2.2zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.2.1zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于溫度/濕度控制、壓力過程控制數(shù)據(jù)收集、流量過程控制數(shù)據(jù)采集、工業(yè)監(jiān)控、樓宇自動化、數(shù)據(jù)中心、制冷監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、社區(qū)安防、環(huán)境數(shù)據(jù)檢測、倉庫貨物監(jiān)控。系統(tǒng)特點如下：支持zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支持zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸中采用多層次握手方式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確、可靠。采用2.4ghz，功率小，靈活度高，符合環(huán)

30、保要求，符合國際通用無需批準(zhǔn)的規(guī)范。組網(wǎng)靈活，配置快捷。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)非常容易快捷配置，組網(wǎng)接入靈活、方便，幾臺、幾十臺或幾百臺均可，最多可達(dá)6萬臺。可以在需要安裝傳感器的地方任意布置，無需電源和數(shù)據(jù)線，增加和減少數(shù)據(jù)點非常容易。由于沒有數(shù)據(jù)線而省去了綜合布線的成本，傳感器無線網(wǎng)絡(luò)更容易應(yīng)用，安裝成本非常低。節(jié)點耗電低。系統(tǒng)節(jié)點耗電低，電池使用時間長，支持各種類型傳感器和執(zhí)行器件。1、 雙向傳送數(shù)據(jù)和控制命令。不但可以從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳出數(shù)據(jù)，而且雙向通信功能可以將控制命令傳到無線終端相連的傳感器、無線路由器，也可將數(shù)據(jù)送入到網(wǎng)絡(luò)顯示或控制遠(yuǎn)程設(shè)備。2、 迅速簡單的自動配置。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端自

31、動配置，當(dāng)終端設(shè)備上的led變綠色時，說明該終端在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。3、 全系統(tǒng)可靠性自動恢復(fù)功能。內(nèi)置冗余保證，萬一某個節(jié)點不在網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點數(shù)據(jù)將自動路由到一個替換節(jié)點以保證系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定。2.2.2低功耗、低速技術(shù)特點 1、低功耗：工作模式下，zigbee技術(shù)傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量小，因此信號的收發(fā)時間很短；在非工作模式下，zigbee節(jié)點處于休眠模式。設(shè)備搜索時延一般為30ms,休眠激活時延為15ms，活動設(shè)置信道接入時延為15ms。由于工作時間短、收/發(fā)性息功耗較低且采用了休眠模式，使得zigbee節(jié)點非常省電。 2、可靠性：zigbee的媒體接入控制層（mac層）采用talk-when-r

32、eady的碰撞避免機制。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸需求是則立刻發(fā)送，發(fā)送的每個數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)性息，并進行確認(rèn)信息回復(fù)；若沒有得到確認(rèn)性息的回復(fù)就表示表示發(fā)生了碰撞將在傳送一次。 3、高度擴展性：一個zigbee網(wǎng)路最多包括255個zigbee網(wǎng)路節(jié)點，其中一個是主設(shè)備，其余則是從設(shè)備。若通過network coordinator，則整體網(wǎng)路最多可達(dá)到6500個zigbee網(wǎng)路節(jié)點；再加上各個network coordinator可互相連接，整體zigbee網(wǎng)路節(jié)點數(shù)目將十分可觀。2.2.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蓏igbee以一個獨立的工作節(jié)點為依托，通過無線通信組成星狀

33、、串（樹）狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，因此每個節(jié)點的功能并非都相同。為降低成本，系統(tǒng)中大部分的節(jié)點為子節(jié)點，從組網(wǎng)通信上來說，它只是其功能的一個子集，稱為半工能設(shè)備（rfd）；而另為一些節(jié)點負(fù)責(zé)與所控制的子節(jié)點通信、匯集數(shù)據(jù)和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱之為全功能設(shè)備（ffd）。圖2.3 串（樹）狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D2.2 星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D2.4 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓阶?：協(xié)調(diào)點 全功能點 半功能點無論哪一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個獨立的網(wǎng)絡(luò)都有一個唯一的標(biāo)識符即網(wǎng)路號（pan標(biāo)識符）。利用pan標(biāo)識符采用16位的短地址碼進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)倍間的通信，并可激活網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。2.3安全和加密在zigbee技術(shù)中，采用對稱密鑰的

34、安全機制。密鑰要網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層根據(jù)實際應(yīng)用需要生成，并對其進行管理、存儲、傳送和更新等。zigbee技術(shù)規(guī)定的安全方案將使用以下幾種方法:位順序、串接、整數(shù)編碼合計時器增加、技術(shù)模式（ctr）加密、密碼鏈塊-信息鑒權(quán)碼（cbc-mac）驗證、計數(shù)模式和密碼鏈塊-信息鑒權(quán)碼（ccm）的加密和驗證、高級加密標(biāo)準(zhǔn)（aes）加密、個域網(wǎng)信息庫（pib）的安全要素。aes的全稱是adavnced encryption standard,即高級加密標(biāo)準(zhǔn)。aes采用的是rijndael算法的設(shè)計者是joan daemen(proton world int.)和vincent rijmen(katholiek

35、e universiteit leuven，esat-cosic)，算法的名字來自兩人名字中字母的組合。rijndael是一個對稱的分組加密算法，分組長度和密鑰長度都可變，可分別單獨指定為128位、192位和256位。但aes重的數(shù)據(jù)分組長度自采用了128位；密鑰長度和rijndale的一致，也分別為128位、192位和256位，并被分別稱為aes-128,aes-192,aes-256。aes和傳統(tǒng)的分組密碼算法不同的是它不采用feistel結(jié)構(gòu)（比如des中采用的），而是采用了3個不同的可逆一致變換層：線性混合層、非線性層、密鑰加層。3. 系統(tǒng)組成3.1硬件部分3.1.1移動控制終端 圖3

36、.1 移動控制終端3.1.2 zigbee網(wǎng)關(guān)分析以上zigbee網(wǎng)絡(luò)以及實現(xiàn)的方法，以ti公司提供的zigbee解決方案cc2430為基礎(chǔ)，設(shè)計了實現(xiàn)方案：在控制核心cc2430中運行z-stack,通過串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊完成zigbee報文和internet報文交換的功能，然后通過網(wǎng)線與rf射頻芯片分別接入以太網(wǎng)和zigbee網(wǎng)絡(luò)。整個網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)框圖如圖3.2電源模塊 zigbee射頻模塊串口以太網(wǎng)模塊 按鍵復(fù)位電路mcu時鐘模塊 圖3.1網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.1.3zigbee節(jié)點zigbee節(jié)點是可以組建mesh網(wǎng)絡(luò)的，設(shè)置一個zigbee節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其他每個zigbee節(jié)點都可以當(dāng)

37、做路由節(jié)點來使用。 圖3.2網(wǎng)關(guān) zigbee 模塊采用 ti 最新一代 zigbee 芯片 cc2530 支持基于 ieee802.15.4 的 zigbee2007/pro 協(xié)議。圖 3.3 zigbee 模塊圖3.4zigbee調(diào)光器 3.1.4感知節(jié)點 光敏電阻，是一種特殊的電阻，簡稱光電阻，又名光導(dǎo)管。它的電阻和光線的強弱有直接關(guān)系。光強度增加，則電阻減小；光強度減小，則電阻增大。如圖3.6 如圖3.5光敏電阻zigbee節(jié)點 為了降低設(shè)計難度，本設(shè)計直接采用人體紅外檢測開關(guān)型模塊 hc-sr501。hc-sr501 是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進口 lhi778 探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。 附：關(guān)鍵代碼 if(p0_0 = 1) lcdputstring16_8(0, 0, (void*)" <alarm> ", 12 , 1); else lcdputstring16_8(0, 0, (void*)" <noalarm> ", 12 , 1); 圖3.6紅外感應(yīng)zigbee節(jié)點3.2軟件部分 3.2.1定位節(jié)點（blind node）是一類可移動的節(jié)點