基于ZigBee技术的智能家居系统的研究与设计

发布时间：2017-08-10 12:22

  本文关键词：基于ZigBee技术的智能家居系统的研究与设计

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【摘要】：本文根据国内外智能家居系统的发展现状,针对传统智能家居系统需要布线、可扩展性差等缺点,通过综合比较几种现有无线组网技术的优缺点,提出了一种基于ZigBee技术的智能家居系统解决方案。系统采用ZigBee技术组建了一个家庭内部无线网络,整个系统主要由系统控制终端、家庭网关、系统终端节点三部分构成。系统控制终端是用户实现对智能家居系统进行操控的界面和平台,系统控制终端可以通过WIFI/Internet等方式向家庭网关发起连接实现远程控制,同时系统也支持本地控制。系统控制终端包括Andriod移动终端、PC机和本地触摸屏等。家庭网关是整个系统的控制中心,家庭网关可以将来自外部网络的控制信息通过ZigBee技术发送到家庭内部ZigBee网络的目的节点上,实现外部网络协议到内部网络协议的转换。家庭网关由网关服务器和ZigBee协调器共同组成,它们之间通过串口相连。网关服务器采用S3C2440+Linux搭建的嵌入式系统,并在该平台上完成基于C/S模式的并发服务器的设计和基于B/S的嵌入式Web服务器的构建。同时移植了QT库,完成了QT本地控制界面的设计。系统终端节点是带有基于ZigBee技术通信能力的功能执行节点,由ZigBee通信模块与基于单片机的功能实现模块组成,在设计上将它们通过串口整合在一起。终端节点一方面通过ZigBee模块完成与家庭网关的通信,另一方面通过单片机功能模块完成对家居设备控制的功能。ZigBee通信模块的设计是基于TI公司的CC2530无线片上系统,各种功能模块是通过单片机来实现的,并完成了相应的软硬件设计。最后对系统各个功能模块和整个系统进行了测试,实现了室内的调光控制、空调控制和环境温度的采集,基本达到了设计要求。
【关键词】：智能家居 ZigBee技术 家庭网关 S3C2440 CC2530
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU855;TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 智能家居概述10-12
• 1.1.1 智能家居的概念10
• 1.1.2 国外智能家居的发展概况10-11
• 1.1.3 国内智能家居的发展概况11-12
• 1.1.4 智能家居的发展趋势12
• 1.2 课题研究的意义和目的12-13
• 1.3 ZigBee技术介绍13-14
• 1.3.1 ZigBee技术简介13
• 1.3.2 ZigBee技术应用于智能家居系统的优势13-14
• 1.4 本文的研究内容和结构安排14-16
• 1.4.1 本文的研究内容14-15
• 1.4.2 本文的章节安排15-16
• 第二章 系统的总体方案设计16-20
• 2.1 智能家居系统的设计要求16
• 2.2 智能家居系统组网技术的选择16-18
• 2.2.1 有线组网技术16-17
• 2.2.2 无线组网技术17-18
• 2.2.3 几种无线组网技术的比较18
• 2.3 基于ZigBee技术的智能家居系统的总体设计18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 ZigBee技术研究与系统的组网设计20-27
• 3.1 ZigBee的设备类型与网络拓扑结构20-21
• 3.1.1 ZigBee的设备类型20
• 3.1.2 ZigBee网络拓扑结构20-21
• 3.2 ZigBee协议栈介绍21-25
• 3.2.1 物理层（PHY）22-23
• 3.2.2 介质访问控制层（MAC）23-24
• 3.2.3 网络层（NWK）24
• 3.2.4 应用层(APL)24-25
• 3.3 基于ZigBee技术的智能家居系统组网设计25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 第四章 智能家居系统终端节点的设计27-39
• 4.1 智能家居系统终端节点的总体设计27-28
• 4.2 智能家居终端节点的硬件设计28-32
• 4.2.1 ZigBee节点的硬件设计28-30
• 4.2.2 环境温度采集模块的硬件设计30-31
• 4.2.3 红外控制模块的硬件设计31-32
• 4.2.4 其它控制模块的硬件设计简介32
• 4.3 智能家居终端节点的软件设计32-38
• 4.3.1 ZigBee节点软件设计32-36
• 4.3.2 环境温度采集模块的软件设计36
• 4.3.3 红外控制模块的软件设计36-37
• 4.3.4 其它控制模块的软件设计简介37-38
• 4.4 本章小结38-39
• 第五章 智能家居系统家庭网关的设计39-55
• 5.1 智能家居系统家庭网关的总体设计39-40
• 5.2 家庭网关服务器平台的搭建40-47
• 5.2.1 网关服务器软硬件平台的选择40-41
• 5.2.2 交叉编译环境的搭建41-42
• 5.2.3 U-boot移植42-43
• 5.2.4 Linux内核移植43-45
• 5.2.5 根文件系统的构建45-46
• 5.2.6 QT的移植46-47
• 5.3 家庭网关服务器的设计47-54
• 5.3.1 网关服务器的选择47
• 5.3.2 TCP并发服务器的设计47-50
• 5.3.3 嵌入式Web服务器的构建50-54
• 5.4 系统控制终端设计简介54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章 系统的测试与结果分析55-69
• 6.1 系统的组网测试55-58
• 6.2 系统终端节点的测试58-62
• 6.2.1 ZigBee温度采集节点测试58-59
• 6.2.2 红外控制模块的测试59-62
• 6.3 家庭网关服务器的测试62-64
• 6.4 系统的整体测试64-68
• 6.5 本章小结68-69
• 第七章 总结与展望69-71
• 7.1 论文工作总结69-70
• 7.2 工作展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 附录A75-76
• 附录B76

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本文编号：650716