基于ZIGBEE的智能窗簾控制系統(tǒng)

科技學(xué)院-第二學(xué)期期終考試無線傳感器網(wǎng)絡(luò)題目：基于ZIGBEE的智能窗簾控制系統(tǒng)專業(yè)班級：成員：（涉及學(xué)號、）教師：曲培新完成時(shí)間：

目錄1. 需求分析 22.總體設(shè)計(jì) 32.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 42.2微控制器模塊 52.3電源模塊 62.4光敏傳感器模塊 72.5joystick設(shè)計(jì) 72.6直流電機(jī) 73重要軟件設(shè)計(jì) 83.1初始化函數(shù) 93.2按鍵函數(shù) 93.3周期性發(fā)送函數(shù) 103.4點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送函數(shù) 114總結(jié) 125參考文獻(xiàn) 12

需求分析基于Zigbee技術(shù)的智能窗簾控制器作為物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的核心部分，能夠大大提高智能家居系統(tǒng)給顧客帶來的體驗(yàn)度。它能夠定義為一種過程或者一種系統(tǒng)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、射頻識別技術(shù)等，將物理世界中的實(shí)體連接到因特網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)智能識別和管理。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，人們能夠通過多個(gè)設(shè)備全天候獲得特定服務(wù)。不僅僅是通過個(gè)人電腦，那些連接到互聯(lián)網(wǎng)的智能終端也能夠方便地為人們提供信息和執(zhí)行決策。作為物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用，智能家居業(yè)務(wù)發(fā)展備受矚目。智能家居能夠讓顧客有更便捷的方式來管理家用設(shè)備，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；并且，智能家居中的各個(gè)設(shè)備能夠互相間通信，在沒有顧客指揮的時(shí)候也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)的運(yùn)行，從而為顧客帶來更高效、舒適、方便和安全的家居環(huán)境?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】以往的智能家居系統(tǒng)以及各類智能傳感模塊都PC為控制心，采用有線的方式連接。每次安裝智能家居系統(tǒng)都需要做大量的布線工作。隨著我國物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)發(fā)展的快車道，Zigbee正逐步被國越來越多的顧客接受，并在部分智能傳感器場景應(yīng)用。簡樸的說，Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。Zigbee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站，通訊距離從原則的75m到幾百米、千米，并且支持無限擴(kuò)展。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、高速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，重要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的多個(gè)電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性、間歇性和低反映時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?；赯igbee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)與以前的主機(jī)式集中控制系統(tǒng)的最大區(qū)別是采用基于Zigbee組網(wǎng)通信方式，省去了復(fù)雜、困難的布線工作，減少了成本，實(shí)現(xiàn)了家居的智能化?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)為核心，采用基于Zigbee無線方式對系統(tǒng)中的各類智能模塊進(jìn)行通信。【擬解決的核心問題】基于基于Zigbee技術(shù)的智能窗簾控制系統(tǒng)作為智能家居的有機(jī)構(gòu)成部分，在其中加入基于Zigbee模塊，使得該智能窗簾控制系統(tǒng)能夠和整個(gè)智能家居系統(tǒng)構(gòu)成一種網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成對家庭窗簾環(huán)境的全天候、多手段的監(jiān)視和控制2.總體設(shè)計(jì)CC2530是用于2.4-GHz.IEEE.108.15.4、ZIGBEE和RF4CE應(yīng)用的一種真正的片上系統(tǒng)（SOC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界原則的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)可編程閃存，8-KBRAM和許多其它強(qiáng)大的功效。CC2530有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別含有32/64/128/256KB的閃存。CC2530含有不同的運(yùn)行模式，使得它特別適應(yīng)超低功耗規(guī)定的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。CC2530F256結(jié)合了儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee

合同棧(Z-Stack?)，提供了一種強(qiáng)大和完整的ZigBee解決方案。CC2530F64結(jié)合了儀器的黃金單元RemoTI，更加好地提供了一種強(qiáng)大和完整的ZigBeeRF4CE

遠(yuǎn)程控制解決方案。圖1CC2530原理圖系統(tǒng)的射頻通信采用Chipon公司的CC2530，通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用簇狀連接方式組網(wǎng)。中心控制節(jié)點(diǎn)定時(shí)檢測光照強(qiáng)度，避免直射辦公區(qū)域。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。電機(jī)電機(jī)微解決器Zigbee射頻收發(fā)器 微解決器Zigbee射頻收發(fā)器傳感器傳感器圖2系統(tǒng)硬件框圖2.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)智能窗簾控制器由５個(gè)模塊構(gòu)成，其硬件構(gòu)造框架如圖2所示：eq\o\ac(○,1)CC2530無線收發(fā)微控制器模塊，該模塊負(fù)責(zé)采集無線控制信號、輸出與客戶操作動(dòng)作相對應(yīng)的控制信號并能夠與Zigbee智能網(wǎng)關(guān)交互信息，運(yùn)用其接受到的顧客指令轉(zhuǎn)換成窗簾控制有關(guān)信息；②電源模塊，重要負(fù)責(zé)將輸入的市電轉(zhuǎn)換成電路各模塊及元器件工作點(diǎn)電壓；③過零信號檢測模塊重要是檢測市電的過零點(diǎn)信號，將檢測到的過零點(diǎn)信號輸入到CC2530微控制器模塊供其使；④開關(guān)量驅(qū)動(dòng)模塊由３個(gè)按鍵構(gòu)成，按下后產(chǎn)生一種低電平信號，CC2530微控制器檢測此觸號并判斷其是開窗簾信號還是關(guān)窗簾信號亦或是停止運(yùn)行信號，驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)窗簾正反轉(zhuǎn)。電源模塊電源模塊CC2530無線收發(fā)控制器模塊開關(guān)量CC2530無線收發(fā)控制器模塊開關(guān)量驅(qū)動(dòng)模塊過零信號檢測模塊過零信號檢測模塊圖3硬件構(gòu)造與框架2.2微控制器模塊本系統(tǒng)微控制器模塊選擇的是CC2530芯片，CC2530是用于Zigbee的一種真正的片上系統(tǒng)解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并且各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支持無限擴(kuò)展，同時(shí)結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界原則的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)可編程閃存，8-KBRAM和許多其它強(qiáng)大的功效。CC2530含有不同的運(yùn)行模式，每種模式耗電量不同，并且根據(jù)模塊實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)切換，使得它特別適應(yīng)超低功耗規(guī)定的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，進(jìn)一步確保了低能源消耗。因此CC2530能夠抱負(fù)用于智能窗簾控制系統(tǒng)中，該微控制器模塊好比人體的大腦，完畢對各個(gè)模塊的控制和協(xié)調(diào)節(jié)個(gè)系統(tǒng)的工作。CC2530微控制器模塊也是整個(gè)系統(tǒng)組網(wǎng)和控制的核心，其主時(shí)鐘晶振采用的是32MHz無源晶振和32.768kMz晶振，天線設(shè)計(jì)采用PCB天線形式。微控制器模塊電路如圖4所示。圖4微控制器模塊電路2.3電源模塊由于窗簾旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用的是市電供電，因此智能窗簾控制器輸入端需輸入市電220V，而CC2530芯片需要直流3.3V供電，因此就必須設(shè)計(jì)電源模塊將市電220V降壓到3.3V。將交流市電采用整流濾波后再由變壓器降壓，并在電壓輸出末端采用電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器件ZR431進(jìn)行電壓的采樣、比對及反饋后得到末端輸出電壓VDD為3.3V，即可為CC2530芯片供電。電源模塊電路如圖5所示。圖5電源電路2.4光敏傳感器模塊在一塊光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其它絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀，這樣即能夠確保有較大的受光表面，也能夠減小電極之間距離，從而減小極間電子渡越時(shí)間，提高敏捷度。如圖6所示圖6光敏電阻2.5joystick設(shè)計(jì)Joystick(遙桿)也稱為“五向鍵“導(dǎo)航鍵”，能夠表達(dá)上、下、左、右及中間的joy_push五個(gè)方位。Joystick的中間鍵joy_push和OK按鈕并聯(lián)連接至P0.5引腳，其它四個(gè)方向通過運(yùn)算放大器調(diào)理后，通過一種ADC通道(P0.6)輸人CC2430oJoystick撥向不同的方位(上下左右)就會(huì)產(chǎn)生不同的電壓，經(jīng)ADC采樣計(jì)算后得出其方位狀態(tài)。Cancel按鈕接P0.1，按下Cancel按鈕時(shí)P0.1變?yōu)榈碗娖?，通過P0.1的電平判斷Cancel鍵的狀態(tài)。2.6直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的辦法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一種具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。之后具體設(shè)計(jì)了基于MCS-51單片機(jī)的直流小電機(jī)PWM調(diào)速的系統(tǒng)硬件電路以及各電路硬件闡明現(xiàn)在單片機(jī)滲入到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上多個(gè)儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)解決，廣泛使用的多個(gè)智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，；最后是實(shí)現(xiàn)直流小電機(jī)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

3重要軟件設(shè)計(jì)CC2530微控制器模塊作為系統(tǒng)的核心模塊，重要完畢發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號、檢測按鍵信號及與Zigbee智能網(wǎng)關(guān)通信等工作。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行過零檢測程序后將檢測后的過零時(shí)間點(diǎn)作為延時(shí)定時(shí)器的起點(diǎn)，系統(tǒng)始終檢測與否有按鍵消息或者來自Zigbee智能網(wǎng)關(guān)接受的控制信號。如果檢測到該類信號，將控制可控硅的導(dǎo)通，窗簾電機(jī)開始動(dòng)作。由于ZigBee模塊的原則通訊距離是在75m，很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入路由節(jié)點(diǎn)，由控制單元發(fā)送指令到近來的路由節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)通過算法選擇下一種路由或者終端節(jié)點(diǎn)通過對環(huán)境的光照強(qiáng)度、濕度的變化以及紅外遙控來對智能窗簾網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進(jìn)行測試窗簾關(guān)起;濕度低時(shí)，窗簾關(guān)起，反之啟動(dòng)光照強(qiáng)度強(qiáng)按下紅外遙，電機(jī)取反。ZigBee術(shù)傳輸距離，測試成果。微控制器模塊程序流程如圖8所示。開始開始端口初始化端口初始化與否檢測到按鍵信號或Zigbee控制信號與否檢測到按鍵信號或Zigbee控制信號否。驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖8微控制器模塊程序流程3.1初始化函數(shù)voidSampleApp_Init(uint8task_id){SampleApp_TaskID=task_id;SampleApp_NwkState=DEV_INIT;SampleApp_TransID=0;MT_UartInit();//串口初始化MT_UartRegisterTaskID(task_id);//注冊串口任務(wù)P0SEL&=~0X20;P0DIR|=0X20;P0SEL&=~0X10;P0DIR&=~0X10;}3.2按鍵函數(shù)voidSampleApp_HandleKeys(uint8shift,uint8keys){(void)shift;//Intentionallyunreferencedparameterif(keys&HAL_KEY_SW_6){#ifdefined(ZDO_COORDINATOR)SampleApp_SendPeriodicMessage();#else#endif}if(keys&HAL_KEY_SW_1){/*TheFlashrCommandissenttoGroup1.*Thiskeytogglesthisdeviceinandoutofgroup1.*Ifthisdevicedoesn'tbelongtogroup1,thisapplication*willnotreceivetheFlashcommandsenttogroup1.*/aps_Group_t*grp;grp=aps_FindGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT,SAMPLEAPP_FLASH_GROUP);if(grp){//Removefromthegroupaps_RemoveGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT,SAMPLEAPP_FLASH_GROUP);}else{//Addtotheflashgroupaps_AddGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT,&SampleApp_Group);}}}3.3周期性發(fā)送函數(shù)voidSampleApp_SendPeriodicMessage(void){LedState=~LedState;if(AF_DataRequest(&SampleApp_Periodic_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID,1,&LedState,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){if(LedState==0){HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_ON);}else{HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_OFF);}}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}3.4點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送函數(shù)voidSampleApp_Send_P2P_Message(void){uint8data[]="";if(DATA_MQ==0&&LedState1==0){if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,data,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){HalLedSet(HAL_LED_2,HAL_LED_MODE_ON);}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}if(DATA_MQ==1&&LedState1==0){if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,data,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){HalLedSet(HAL_LED_2,HAL_LED_MODE_OFF);}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}4總結(jié)本智能窗簾設(shè)計(jì)采用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息融合技術(shù)，從系統(tǒng)硬件、軟件兩方面入手，通過搖桿按鈕不同的操作方式，從而實(shí)現(xiàn)不同的操作模式的轉(zhuǎn)換，如向上能夠增加電機(jī)的轉(zhuǎn)速，向下則是減少轉(zhuǎn)速，向左則是啟動(dòng)，向右則是關(guān)閉等等，我們相信智能窗簾一定會(huì)讓人們的生活更加舒適。隨著生活品質(zhì)的不停提高，人們越來越追求家居環(huán)境的智能化和舒適性。本文采用的基于Zigbee技術(shù)設(shè)計(jì)的智能窗簾控制器能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)用智能終端對家居窗簾進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。經(jīng)測試,系統(tǒng)各模塊均正常工作，且實(shí)現(xiàn)了通過手機(jī)和平板電腦安裝客戶端軟件后對測試環(huán)境中的窗