基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的通用無(wú)線(xiàn)節(jié)能控制器

1、附件2：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)表項(xiàng)目名稱(chēng)基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的通用無(wú)線(xiàn)節(jié)能控制器項(xiàng)目所屬一級(jí)專(zhuān)業(yè)門(mén)電子信息大類(lèi)項(xiàng)目所屬二級(jí)專(zhuān)業(yè)類(lèi)電子信息類(lèi)項(xiàng)目類(lèi)型（ ）個(gè)人項(xiàng)目 （） 團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間起始時(shí)間：2009年6月 完成時(shí)間：2010年10月申請(qǐng)人或申請(qǐng)團(tuán)隊(duì)姓名年級(jí)學(xué)校所在院系/專(zhuān)業(yè)聯(lián)系電話(huà)E-mail主持人張盼二年級(jí)無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系/電子信息工程技術(shù)喬琪二年級(jí)無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系/電子信息工程技術(shù)成 員 位禮梅二年級(jí)無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系/電子信息工程技術(shù)蔣智二年級(jí)無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系/電子信息工程技術(shù)錢(qián)麗云二年級(jí)無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)

2、學(xué)院電子工程系/電子信息工程技術(shù)包敦頂二年級(jí)無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系/電子信息工程技術(shù)導(dǎo) 師姓名楊國(guó)華年齡39單位無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系行政職務(wù)/專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)系主任/副教授/高級(jí)考評(píng)員/工學(xué)碩士主要成果從事通信與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用方向教學(xué)，江蘇省高校青藍(lán)工程優(yōu)秀青年教師，省職業(yè)技能鑒定高級(jí)考評(píng)員，2004年赴德國(guó)訪問(wèn)學(xué)者。近年來(lái)，從事通信技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)與研究工作。先后在計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)、南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)、電工電子教學(xué)學(xué)報(bào)、電子工程師等期刊上發(fā)表研究論文11篇。參編教材2本，2004年論文在第五屆全國(guó)青年學(xué)術(shù)年會(huì)通信技術(shù)分會(huì)交流。主持通信技術(shù)、數(shù)字音視頻技術(shù)等多個(gè)

3、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。擔(dān)任2003、2005全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽領(lǐng)隊(duì)、教練，獲得江蘇賽區(qū)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)獲得省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)。一、申請(qǐng)理由（包括自身具備的知識(shí)條件、自己的特長(zhǎng)、興趣、已有的實(shí)踐創(chuàng)新成果等）1. 申請(qǐng)人知識(shí)條件、特長(zhǎng)、興趣張盼：所學(xué)課程有信號(hào)與系統(tǒng)，微機(jī)原理，C語(yǔ)言，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)，高頻電子，protel99應(yīng)用技術(shù)，通信原理，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的學(xué)習(xí)已有扎實(shí)的功底。此外，在實(shí)訓(xùn)期間經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)在大一時(shí)參加系舉辦的電子設(shè)計(jì)大賽獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，平時(shí)協(xié)助老師管理實(shí)驗(yàn)室，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用較熟悉，經(jīng)常做有關(guān)方面的小制作。勇于挑戰(zhàn)自己，希望能在此次活動(dòng)中有更大的進(jìn)步，也鍛

4、煉自己的組織協(xié)調(diào)和技術(shù)管理工作能力。喬琪：對(duì)于主修課程數(shù)電、模電、C語(yǔ)言、單片機(jī)C語(yǔ)言、Protel99都有較為扎實(shí)的功底，能夠完成電路的自主設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試；能夠獨(dú)立完成程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。特別是單片機(jī)C語(yǔ)言方面的編程有較好的素質(zhì)。喜歡課余小制作，我有很強(qiáng)的動(dòng)手能力喜歡知識(shí)與實(shí)際的結(jié)合，我相信在學(xué)校大力支持和導(dǎo)師的指導(dǎo)下，能夠圓滿(mǎn)的完成這個(gè)項(xiàng)目。錢(qián)麗云：現(xiàn)已修課程有：電路基礎(chǔ)分析模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)單片機(jī)數(shù)字通信原理C語(yǔ)言。對(duì)電子技術(shù)有著濃厚的興趣，已參加培訓(xùn)：初級(jí)電工技術(shù)，焊接技術(shù)，電路板組裝，電視機(jī)組裝，如今我已經(jīng)可以獨(dú)立完成收音機(jī)、霓虹燈產(chǎn)品的焊接、耳機(jī)的維修等。位禮梅：所學(xué)專(zhuān)業(yè)為電

5、子信息工程技術(shù)，已學(xué)修課程：電路基礎(chǔ)、數(shù)電、模電、信號(hào)與系統(tǒng)、C語(yǔ)言。 現(xiàn)學(xué)課程：通信原理、電視機(jī)技術(shù)、高頻電路、單片機(jī)技術(shù)。已參加培訓(xùn)：初級(jí)電工技術(shù)、焊接技術(shù)、電路板組裝、電子CAD、電視機(jī)組裝。從小對(duì)各類(lèi)電子制作感興趣，我相信在學(xué)院的大力支持下，在老師的精心指導(dǎo)下，該項(xiàng)目一定能夠順利完成。蔣智：我主修了電路基礎(chǔ)分析、高等數(shù)學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、C語(yǔ)言編程、高頻電路、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、C51單片機(jī)編程與應(yīng)用、Protel99SE，通信原理、等一系列電子與通訊方面的專(zhuān)業(yè)課程，電子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室競(jìng)賽三等獎(jiǎng)，對(duì)電子小制作，信號(hào)與通信方面頗感興趣，經(jīng)常在學(xué)院實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)，做到了理論聯(lián)系實(shí)際。喜歡

6、知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，動(dòng)手能力強(qiáng)，喜歡接觸新的事物。相信參加這個(gè)活動(dòng)能發(fā)揮自己，進(jìn)一步鍛煉自己。包敦頂：對(duì)于主修課程數(shù)電、模電、C語(yǔ)言、單片機(jī)C語(yǔ)言、通信原理，信號(hào)與系統(tǒng)分析，Protel99都有較為扎實(shí)的功底，能夠完成電路的自主設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試；能夠獨(dú)立完成程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。特別是單片機(jī)C語(yǔ)言方面的編程有較好的素質(zhì)。我相信在學(xué)校大力支持和導(dǎo)師的指導(dǎo)下，能夠圓滿(mǎn)的完成這個(gè)項(xiàng)目。2. 現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)本課題源于電子工程系舉行的大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)的工作內(nèi)容無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，wireless sensor network）技術(shù)與應(yīng)用，著重引入先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。目前，一些前期的準(zhǔn)備工作基礎(chǔ)包括：已購(gòu)置

7、了三個(gè)樣品模塊，通過(guò)與PC的串口連接完成了ZIGBEE模塊的校園測(cè)試和組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)；簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)等。二、項(xiàng)目方案（包括項(xiàng)目的訓(xùn)練目標(biāo)、前期準(zhǔn)備、組織實(shí)施、過(guò)程管理、實(shí)踐環(huán)節(jié)、教師指導(dǎo)、項(xiàng)目結(jié)題等）1、訓(xùn)練目標(biāo)通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)展，使具有學(xué)院特色的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造活動(dòng)、電子工程系近年來(lái)開(kāi)展的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)逐步走向更加廣泛、深入和經(jīng)常性，以典型項(xiàng)目組的活動(dòng)推動(dòng)吸引更多的大學(xué)生參與創(chuàng)新活動(dòng)，成立、支持更多的院、系二級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)小組。此項(xiàng)目使用飛思卡爾的MC13214模塊和周立功的ZNE-300T模塊，完成通用節(jié)能控制器的硬件與軟件設(shè)計(jì)，達(dá)到提高學(xué)生對(duì)新技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練目標(biāo)。2、前期準(zhǔn)備

8、此項(xiàng)目的相關(guān)工作自2008年10月開(kāi)始，做了大量的前期準(zhǔn)備。一是查閱、收集、整理了大量的技術(shù)資料，形成基本的實(shí)施方案；也進(jìn)行了調(diào)查、走訪，了解了市場(chǎng)需求。二是搭建了工作平臺(tái)，成立了工作小組；購(gòu)買(mǎi)了部分開(kāi)發(fā)的硬件模塊和軟件工具。三是小組成員突破了一些具體的技術(shù)障礙，完成了模塊的選型和校園內(nèi)的測(cè)試。建立了一個(gè)小型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和試驗(yàn)。進(jìn)一步的目標(biāo)包括：通用無(wú)線(xiàn)節(jié)能控制器的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)。此外，匹配各種常用傳感器的接口設(shè)計(jì)，以便擴(kuò)展至更多的傳感器和更多的數(shù)據(jù)測(cè)量類(lèi)型。這是下一步項(xiàng)目組的主要工作內(nèi)容，也是本次申報(bào)項(xiàng)目的重點(diǎn)工作內(nèi)容。技術(shù)方案簡(jiǎn)介：公共場(chǎng)所、商業(yè)樓宇的智能能源

9、設(shè)備控制可以節(jié)省大量的能源消耗，但是大量安裝有線(xiàn)傳感控制器成本高或被禁止，采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)傳感檢測(cè)和控制功能，包括：測(cè)量溫度和濕度，控制通風(fēng)器、空調(diào)單元、百葉窗和燈光。目前，ZIGBEE無(wú)線(xiàn)模塊的成本低，集成了全部的無(wú)線(xiàn)功能，包括：RF、微型控制器、內(nèi)存。功耗低可用電池供電，模擬和數(shù)字量傳感器接口。同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)容可以增加更多的傳感器，ZIGBEE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支持的多路徑傳輸使得重要的數(shù)據(jù)到達(dá)性能得到保證。圖1是ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。 （a）網(wǎng)狀網(wǎng)（Mesh） (b)星形網(wǎng)（Star） (c)簇狀網(wǎng)（Cluster）圖1 ZIGBEE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖本設(shè)計(jì)按照最新的ZIGBE

10、E 和ZIGBEE PRO無(wú)線(xiàn)協(xié)議規(guī)范，設(shè)計(jì)通用、功能可裁剪的智能控制器（原型機(jī)），在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同廠家的應(yīng)用需求，對(duì)功能裁剪而做到符合不同應(yīng)用需求。原型機(jī)實(shí)現(xiàn)多種通信接口，包括：ZIGBEE、ETHERNET、RS485/232接口，傳感器AD、DA、IO、SD卡存儲(chǔ)接口，功能包括：電能計(jì)量、光強(qiáng)、溫度、濕度測(cè)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。圖2是基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)節(jié)能控制器原理示意圖。控制器由外接電源供電并給備用電池充電；傳感器采集對(duì)象或環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)至區(qū)域（較大面積樓層、中小型單體建筑、公共廣場(chǎng)）數(shù)據(jù)匯接節(jié)點(diǎn)，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)通過(guò)單位的局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器端或在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)暫存在匯接接點(diǎn)的存儲(chǔ)器中

11、。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)通過(guò)B/S方式任何授權(quán)用戶(hù)可通過(guò)INTERNET訪問(wèn)、查詢(xún)控制器所連接對(duì)象的信息，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。圖2 基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)節(jié)能控制器方框圖3、組織實(shí)施與管理項(xiàng)目得到學(xué)院團(tuán)委、教務(wù)處、電子工程系的支持和資助，日常工作由系電子信息技術(shù)教研室負(fù)責(zé)指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)室在原有的電子工程系“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”基礎(chǔ)上成立專(zhuān)題項(xiàng)目組。成員由所申報(bào)的學(xué)生組成，形成自我管理、自我運(yùn)行的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目運(yùn)行首先確定組長(zhǎng)、分子課題負(fù)責(zé)人，技術(shù)工程師、技術(shù)文檔工程師，分工負(fù)責(zé)，開(kāi)展項(xiàng)目的實(shí)踐活動(dòng)。以我系實(shí)驗(yàn)中心“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”為活動(dòng)場(chǎng)所，儀器設(shè)備、常用器件、消耗材料由實(shí)驗(yàn)室提供。另外，一名小組成員負(fù)責(zé)

12、技術(shù)文檔、設(shè)備管理、宣傳。項(xiàng)目還分為4個(gè)子課題進(jìn)行攻關(guān)，分別是：無(wú)線(xiàn)控制器開(kāi)發(fā)測(cè)試、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)點(diǎn)設(shè)計(jì)（ZIGBEE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)與以太有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接）、傳感器接口電路設(shè)計(jì)。4、實(shí)踐環(huán)節(jié)與教師指導(dǎo)每周由組長(zhǎng)召集開(kāi)周例會(huì)，討論、安排一周的實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)已上一周布置工作的完成情況進(jìn)行交流和溝通，就開(kāi)展活動(dòng)所需的設(shè)備條件、技術(shù)困難尋找解決的辦法，針對(duì)工作中出現(xiàn)的障礙進(jìn)行集中突破，安排設(shè)備的校內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。指導(dǎo)教師定期參加會(huì)議，針對(duì)一些難點(diǎn)、重點(diǎn)共同探討，尋求解決方法。指導(dǎo)教師還要給小組成員在資料獲得、信息獲取、技術(shù)方案等方面給予指導(dǎo)，并在產(chǎn)學(xué)研合作的公司聯(lián)系方面為項(xiàng)目組成員提供方便。5、項(xiàng)目結(jié)題訓(xùn)練項(xiàng)目結(jié)束后，由學(xué)

13、院和系組織項(xiàng)目驗(yàn)收，并將驗(yàn)收結(jié)果和大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目成果精粹約3000字左右報(bào)省教育廳。并與企業(yè)合作推進(jìn)產(chǎn)品化工作。三、學(xué)校提供條件（包括項(xiàng)目開(kāi)展所需的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)情況、配套經(jīng)費(fèi)、相關(guān)扶持政策等）學(xué)校由主要提供發(fā)下支持：1、電子工程系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)工作所需的儀器設(shè)備、仿真環(huán)境，開(kāi)放大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室供作為小組日常工作的場(chǎng)所；2、由導(dǎo)師及其他指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)日常指導(dǎo)，聯(lián)系校外公司，建立合作關(guān)系，目前主要與一家從事節(jié)能控制和無(wú)線(xiàn)儀表的公司聯(lián)系、合作。對(duì)方也派工程師主要參與方案論證、后期的實(shí)際環(huán)境測(cè)試。3、學(xué)校配套經(jīng)費(fèi)人民幣6000元左右，用于支持項(xiàng)目小組的工作。根據(jù)項(xiàng)目小組成員的實(shí)際工作成績(jī)可認(rèn)定課程設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)

14、踐課1-5學(xué)分，并組織評(píng)獎(jiǎng)，頒發(fā)證書(shū)。四、預(yù)期成果（一）成果包括：硬件、軟件、技術(shù)工作文檔（電路圖、程序、技術(shù)手冊(cè)、簡(jiǎn)明說(shuō)明書(shū)）1. 基于ZIGBEE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通用節(jié)能控制器通用模塊，為便于體現(xiàn)具體功能，以路燈電能測(cè)量與智能為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)；2. ZIGBEE無(wú)線(xiàn)匯接節(jié)點(diǎn)（ZIGBEE基站）將嵌入式ZIGBEE無(wú)線(xiàn)模塊、嵌入式ETHERNET模塊，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫連接和嵌入式WEB服務(wù)器功能，從而為B/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方案提供下一步的研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)和試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。（二）應(yīng)用：無(wú)線(xiàn)儀表開(kāi)發(fā)、通用模塊商品化試點(diǎn)、通信課程項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)1. 此項(xiàng)目得到了無(wú)錫市梅園電子儀器廠的支持，將結(jié)合該廠生產(chǎn)的熱工儀表，應(yīng)用無(wú)線(xiàn)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)合作開(kāi)發(fā)通途的無(wú)線(xiàn)測(cè)量和控制模塊，嵌入到已有的前端進(jìn)而用于研發(fā)節(jié)能測(cè)控?zé)峁x表和氣體（液體）測(cè)量?jī)x表。2. 相關(guān)的研究成果被逐步引入到“通信系統(tǒng)”課程的無(wú)線(xiàn)短距離項(xiàng)目教學(xué)，用于更多同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。3. 通用模塊通過(guò)測(cè)試定型后，可以通過(guò)合作企業(yè)進(jìn)