智能家居ZigBee模块及低功耗应用的研究

发布时间：2017-06-28 13:05

  本文关键词：智能家居ZigBee模块及低功耗应用的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的进步和技术的发展,智能家居系统越来越完善,为人们提供了舒适和便捷的生活。在智能家居系统中,通信模块是整个系统的基础。在多种短距离通信技术中,ZigBee技术凭借其优良的性能成为最适合智能家居系统的通信技术之一。本文主要完成系统中各个设备之间用于通信的ZigBee模块。论文首先阐述了课题的研究背景和意义,介绍了ZigBee技术国内外的研究和发展现状,并引出通信模块的设计对整个系统的重要性。随后整体介绍了智能家居系统中的ZigBee模块,并从功能需求、性能指标两方面提出了ZigBee模块的设计需求。通过对比各种可行的方案,最后选定了SoC的实现方案,并给出了ZigBee模块的总体结构。接着,综合比较各厂商SoC实现方案,最终确定了以CC2530为核心的ZigBee模块SoC设计方案。根据此方案对ZigBee模块进行硬件电路设计,将电路分为RF电路和外围电路两个部分。其中RF电路需要考虑巴伦电路、阻抗匹配和传输线设计,经过理论分析和软件仿真,最终完成了设计。外围电路主要包括晶振电路和电源去耦滤波电路。在完成电路图的基础上,介绍了PCB板的抗干扰设计和可靠性处理。然后,分析和设计了ZigBee模块的天线。论文介绍了天线的基本特性,分析了室内电磁波的传播机制和退极化特性,得出了天线的特殊要求。根据要求,选择了倒F天线。对倒F天线进行了理论分析和软件仿真,完成了倒F天线的设计。为提高增益,对倒F天线进行了改进。然后,对ZigBee模块在智能家居系统中的应用进行了软件设计,主要分析和设计了协调器节点、路由节点和终端节点的工作流程。在此基础上,对ZigBee模块的低功耗设计进行了研究,方便ZigBee模块应用在能量有限的场景。最后,对ZigBe e模块进行了测试,主要包括ZigBee模块天线、通信性能和功耗的测试,测试结果表明ZigBee模块适合应用于智能家居系统中。
【关键词】：智能家居 ZigBee模块 CC2530 倒F天线 低功耗
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 论文研究内容及章节安排12-14
• 第二章 需求分析与方案设计14-18
• 2.1 智能家居ZigBee模块需求分析14-16
• 2.1.1 智能家居ZigBee模块概述14
• 2.1.2 ZigBee模块功能需求14-15
• 2.1.3 ZigBee模块主要技术指标15-16
• 2.2 ZigBee模块总体设计方案16-17
• 2.2.1 ZigBee模块实现方案比较16-17
• 2.2.2 ZigBee模块总体结构17
• 2.3 本章小结17-18
• 第三章 ZigBee模块硬件电路设计18-42
• 3.1 ZigBee模块硬件选型18-20
• 3.1.1 ZigBee SoC芯片对比18-19
• 3.1.2 CC2530芯片介绍19-20
• 3.2 巴伦电路与阻抗匹配20-28
• 3.2.1 巴伦电路基础20-21
• 3.2.2 阻抗匹配21-23
• 3.2.3 巴伦电路与阻抗匹配设计23-28
• 3.3 射频前端放大电路设计28-32
• 3.3.1 CC2591芯片介绍28-29
• 3.3.2 CC2591芯片应用29
• 3.3.3 CC2591匹配网络29-32
• 3.4 传输线理论与微带线设计32-37
• 3.4.1 传输线理论32-33
• 3.4.2 微带线设计33-37
• 3.5 电源与晶振电路37
• 3.5.1 晶振电路37
• 3.5.2 电源去耦滤波电路37
• 3.6 PCB设计37-41
• 3.6.1 原理图37-38
• 3.6.2 PCB设计38-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第四章 ZigBee模块天线的设计42-66
• 4.1 天线基本特性42-44
• 4.1.1 输入阻抗42
• 4.1.2 效率42
• 4.1.3 频带宽度42-43
• 4.1.4 极化43
• 4.1.5 方向图43-44
• 4.1.6 方向性系数与增益44
• 4.2 ZigBee模块天线的选型44-49
• 4.2.1 天线的物理结构44-45
• 4.2.2 室内电磁波的传播机制45-46
• 4.2.3 室内电磁波的退极化46-49
• 4.2.4 ZigBee模块天线的特殊要求49
• 4.3 倒F天线的研究49-54
• 4.3.1 倒F天线概述49-50
• 4.3.2 倒F天线特性分析50-54
• 4.4 印制倒F天线的设计54-65
• 4.4.1 仿真模型的建立54-55
• 4.4.2 结构参数对天线特性的影响55-60
• 4.4.3 倒F天线设计实例60-62
• 4.4.4 倒F天线改进62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 ZigBee模块的应用及低功耗设计66-76
• 5.1 开发环境介绍66-69
• 5.1.1 软件开发环境66
• 5.1.2 Z-Stack协议栈简介66-67
• 5.1.3 Z-Stack的运行机制67-68
• 5.1.4 Z-Stack的寻址模式68-69
• 5.2 ZigBee节点功能的实现69-72
• 5.2.1 系统总体方案分析69
• 5.2.2 协调器节点程序设计69-70
• 5.2.3 路由节点程序设计70-71
• 5.2.4 终端节点程序设计71-72
• 5.3 ZigBee模块低功耗研究72-75
• 5.3.1 ZigBee模块硬件低功耗研究72
• 5.3.2 ZigBee模块软件低功耗研究72-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 ZigBee模块测试76-82
• 6.1 ZigBee模块天线测试76-78
• 6.2 ZigBee模块性能测试78-80
• 6.2.1 ZigBee模块网络通信测试78-79
• 6.2.2 ZigBee模块丢包率测试79-80
• 6.3 ZigBee模块功耗测试80-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第七章 总结与展望82-84
• 7.1 总结82
• 7.2 展望82-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：493920