基于无线传感网及电力载波通信混合组网的智能家居系统

发布时间：2017-07-02 20:18

  本文关键词：基于无线传感网及电力载波通信混合组网的智能家居系统

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【摘要】：随着物联网技术的发展,Zigbee因其低成本、低功耗、低传输率、无需布线等优势而被广泛应用于无线传感网终端的各项环境指标监测[1-4]。智能家居作为物联网应用的一个重要发展方向,经历了从同轴线到RS485线再到Zigbee为传输媒介的更迭。当下智能家居的研究普遍是以Zigbee为主干网,相比有线网为主干网,Zigbee有着不需布线、易于组网等优点。但是Zigbee低功耗无线网的与生俱来的衍射能力弱、穿墙能力差等缺点限制了它的应用。除此之外,由于Zigbee使用的是2.4G免许可证频段,这将会使得原本在室内传播衰减较大的Zigbee信号更容易受到来自于2.4G频段的干扰,这包括WiFi、蓝牙、微波辐射等,由于WiFi发射功率大,所以Zigbee作为主干网在室内传播主要受到来自于WiFi的同频干扰[5-10]。本设计首先介绍了WiFi所使用的802.11协议和Zigbee所使用的802.15.4协议在2.4G频段的性质,从理论去分析两者的干扰,然后设计实验从信道数、频率偏差、Zigbee网络与WiFi网络距离等参数去测量两者的干扰。虽然有很多方式去减轻两种网络之间的干扰问题,如在Zigbee网络中采用频率捷变机制,降低WLAN网络的占空比等。但是当以住宅为背景的时候,Zigbee受到的干扰不仅来自于内部,也受到来自于邻里的WiFi网络。所以在此基础上,提出了基于Zigbee的电力载波通信(Power Line Communication,PLC)混合组网型智能家居。PLC直接利用电力线通信,智能家居以住宅为背景且家庭住宅墙内又遍布电力线,智能家居利用PLC为主干网有着无需重新布线的优势,用于PLC的通信各设备及模块都可以直接通过AC/DC模块从电力线中取电,电力线既是通信主干网又是电源供给网。智能家居必然涉及到对家居的控制,采用PLC为主干网可以通过PLC通信模块直接控制继电器来达到控制家电开关的目的,相比纯Zigbee网络对于家电的控制,该系统更为简单实用。Zigbee作为PLC网络的延伸,有着低功耗和组网灵活的特点,特别适合作为传感器终端来监测环境变量。本设计采用KQ330芯片作为电力载波通信芯片,采用S3C2440作为主控芯片,CC2530作为Zigbee通信芯片。论文的重点在于研究Zigbee在室内环境中的表现及基于Zigbee和PLC混合组网的智能家居。实验结果证明,相比纯Zigbee网络,混合组网有着更多的优势,基于Zigbee和PLC的混合组网智能家居系统有着优良的性能和广阔的市场前景。
【关键词】：Zigbee PLC WiFi干扰 智能家居系统
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TN92;TU855
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 智能家居研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11
• 1.2.2 国内发展现状11-12
• 1.3 本设计研究内容12-14
• 第2章 Zigbee技术与电力载波技术概述14-21
• 2.1 zigbee技术简述14-18
• 2.1.1 Zigbee网络结构15-16
• 2.1.2 Zigbee网络体系16
• 2.1.3 拓扑结构16-17
• 2.1.4 协议构架17-18
• 2.1.5 CSMA-CA机制18
• 2.2 电力载波技术概述18-21
• 第3章 Zigbee室内性能测试21-28
• 3.1 Zigbee受到WiFi干扰的理论分析21-24
• 3.2 Zigbee受到WiFi干扰实验24-27
• 3.3 Zigbee受到WiFi干扰实验总结27-28
• 第4章 基于Zigbee及PLC的智能家居组网分析28-31
• 4.1 智能家居系统的需求分析28
• 4.2 方案设计28-29
• 4.3 基于Zigbee及PLC的智能家居的组网方式29-31
• 第5章 基于Zigbee及PLC的智能家居硬件设计31-40
• 5.1 ARM嵌入式网关31-32
• 5.2 电力载波通讯模块32-34
• 5.3 Zigbee通信模块34-35
• 5.4 传感器模块35-39
• 5.4.1 温湿度传感器35-36
• 5.4.2 光照传感器36-38
• 5.4.3 烟雾传感器38
• 5.4.4 电路开关控制器38-39
• 5.5 串口通信模块39-40
• 第6章 基于Zigbee及PLC的智能家居软件调试40-48
• 6.1 ARM嵌入式的Linux系统搭建40
• 6.2 家庭网关软件总体构架40-41
• 6.3 人机交互界面设计41-42
• 6.4 家庭网关应用程序开发42-43
• 6.5 电力载波通信协议的设定43-44
• 6.6 Zigbee网络系统的实现44-46
• 6.6.1 Z-Stack协议栈简述44-45
• 6.6.2 Z-Stack设置45-46
• 6.6.3 Zigbee软件开发流程46
• 6.7 Zigbee通信协议的制定46-47
• 6.8 温湿度、光照、烟雾传感器程序设计47-48
• 第7章 基于Zigbee及PLC的智能家居功能测试48-54
• 7.1 通信模块测试48-50
• 7.1.1 测试PLC主干网是否正常通信48-49
• 7.1.2 测试PLC网络稳定性49-50
• 7.2 整体系统测试50-52
• 7.3 总结与展望52-54
• 参考文献54-56
• 致谢56-57
• 攻读硕士学位期间的研究成果57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 窦强;葛鑫;冉述;宋东;曾杰;;智能家居发展现状研究[J];科技视界;2015年18期

2 余谦;;低压配电网载波通信技术的研究与发展[J];物联网技术;2015年05期

3 朱敏玲;李宁;;智能家居发展现状及未来浅析[J];电视技术;2015年04期

4 林维明;华晓辉;王东方;;低压电力线通信的现状与展望[J];电力系统通信;2007年02期

5 孙海翠;张金波;;低压电力线载波通信技术研究与应用[J];电测与仪表;2006年08期

  本文关键词：基于无线传感网及电力载波通信混合组网的智能家居系统

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本文编号：511073