基于Zigbee技術(shù)的控制開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計

1、西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2012年大學(xué)生無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專題研究與開發(fā)項目申報書項目名稱：基于Zigbee技術(shù)的投影儀控制項目成員： 午建軍 楊力斌 指導(dǎo)教師： 趙建 所在專業(yè)、班級： 測控技術(shù)與儀器 041051 研究起止時間：2012年4月至 2013 年 1 月 西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院綜合實驗中心2012年4月制 項目名稱基于Zigbee技術(shù)的智能照明系統(tǒng)設(shè)計項目來源教師提出項目 學(xué)生提出項目申請經(jīng)費300項目完成時間 2013年1月申請人姓名學(xué)號性別專業(yè)班級聯(lián)系電話E-mail午建軍04105005男041051W楊力斌04105054男041051一、項目應(yīng)用與意義（5號

2、宋體字、行距：18、不少于500字）（對項目的實際應(yīng)用對象和場合進(jìn)行介紹，并簡要說明其項目研發(fā)意義。）該項目設(shè)計并實現(xiàn)用于高等院校本科生理論教學(xué)和科技實踐的智能綜合教室投影儀控制功能模塊主要用來實現(xiàn)對教室投影儀的管理與控制，可以按照系統(tǒng)主控制器的命令控制投影儀的開/關(guān)，隨著科技的飛速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對于家居生活的現(xiàn)代化、節(jié)能化和舒適化的需求越來越強烈，家庭自動化1，智能教室的概念也為人們所熟知。智能控制投影儀作為智能教室的應(yīng)用之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的投影儀往往采用有線連接，具有布線麻煩、增減設(shè)備需要重新布線、系統(tǒng)可擴(kuò)展性差、安裝和維護(hù)成本高以及移動性能差等缺點2，且往往采

3、用人工控制的方法或使用節(jié)能燈具來實現(xiàn)節(jié)能，從而達(dá)不到高效節(jié)能的目的。針對傳統(tǒng)投影儀系統(tǒng)的不足，一方面可以考慮采用無線連接的形式取代傳統(tǒng)的有線連接。zigBee技術(shù)33作為新興的近距離無線通信技術(shù)之一，具有近距離、低速率、低功 耗、且極廉價的市場定位，非常適合在系統(tǒng)中應(yīng)用； 二、項目主要技術(shù)指標(biāo)（5號宋體字、行距：18）（提出項目的主要技術(shù)指標(biāo)與功能要求）采用MSP430單片機(jī)+CC2520模塊設(shè)計，采用市電直接供電方式，選用直流電壓驅(qū)動的，可提供市電輸出觸點的中功率繼電器，以滿足單個照明燈（AC220V,50Hz，100W）的供電需要。三、項目關(guān)鍵技術(shù)要點（5號宋體字、行距：18、不少于100

4、0字，可續(xù)頁）（說明該項目中的關(guān)鍵技術(shù)要點，主要有：傳感器選型、信號調(diào)理電路設(shè)計要求、控制器設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、顯示或數(shù)據(jù)傳輸要求、接口與通信協(xié)議類型、面板要求等） 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在家庭自動化領(lǐng)域的應(yīng)用之一，本文設(shè)計的系統(tǒng)主要包括底層WSN、接入節(jié)點、遠(yuǎn)端用戶和數(shù)據(jù)中心。需完成的主要功能有：(1)WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者

5、構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。(2)接入節(jié)點接入節(jié)點的主要功能是收集底層WSN采集的溫度、光強及電池電壓等環(huán)境信息，并通過GPRS移動通信網(wǎng)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)端用戶(手機(jī))或者通過串口線轉(zhuǎn)發(fā)給PC機(jī)上的數(shù)據(jù)中心；接入節(jié)點還能夠解析遠(yuǎn)端用戶或者數(shù)據(jù)中心發(fā)送的查詢命令、拓?fù)涓旅詈烷_關(guān)燈控制命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給WSN中的底層節(jié)點。(3)遠(yuǎn)端用戶和數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)端用戶采用手機(jī)監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境信息，可以通過短信的形式向WSN發(fā)送查詢或者控制命令，并接收WSN反饋的信息；數(shù)據(jù)中心主要任務(wù)是接收哈爾濱丁程大學(xué)碩+學(xué)位論文并顯示W(wǎng)SN的監(jiān)測數(shù)據(jù)、實時顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、發(fā)送控制命令并顯示查詢結(jié)果，還具有歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計信

6、息顯示等功能。在滿足以上功能要求的基礎(chǔ)上，為了保證系統(tǒng)的長期工作，必須減少節(jié)點的能耗，這樣系統(tǒng)設(shè)計可以分別從硬件、軟件兩個方面來實現(xiàn) 1、硬件設(shè)計要求(1)小型化：為了確保設(shè)備的實用美觀，應(yīng)盡量保證節(jié)點體積的小型化；(2)低功耗：為了減少頻繁更換電池引起的不便及系統(tǒng)運行成本的增加，需要使用低功耗器件以節(jié)約能源延長節(jié)點工作壽命；(3)高性能：由于系統(tǒng)運行在室內(nèi)環(huán)境，外界干擾相對較大，需要采用高性能的芯片保證節(jié)點的通信距離能夠滿足室內(nèi)組網(wǎng)的需要；(4)可靠性：為了保障系統(tǒng)能長期穩(wěn)定的工作，必須提高硬件的可靠性；(5)可擴(kuò)展性：當(dāng)有新的監(jiān)測對象引入系統(tǒng)時，不同類型的傳感器模塊的大小與信號形式可能會制

7、約系統(tǒng)的兼容性，系統(tǒng)的硬件設(shè)計必須具備較高的可擴(kuò)展性；2、軟件設(shè)計要求(1)模塊化結(jié)構(gòu)：保證軟件設(shè)計的各部分采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各模塊之間的通信按照規(guī)定的接口進(jìn)行，任何一個模塊的更新或改進(jìn)都不會影響到其他模塊；(2)數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一：任何兩個模塊在通過接口傳輸數(shù)據(jù)時的格式要統(tǒng)一，便于通信傳輸，提高傳輸性能，模塊內(nèi)部可根據(jù)需要對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化；(3)系統(tǒng)穩(wěn)定組網(wǎng)：能夠?qū)崿F(xiàn)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建和通訊，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，具有一定的自我修復(fù)能力。同時網(wǎng)絡(luò)具備兼容性和通用性，四、設(shè)計方案說明（5號宋體字、行距：18、不少于1500字，可續(xù)頁）（較為詳細(xì)說明軟硬件、機(jī)殼、面板等設(shè)計方案以及樣機(jī)測試方法）

8、由智能控制系統(tǒng)的設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)組成可知，系統(tǒng)的硬件設(shè)計也就是節(jié)點的設(shè)計。節(jié)點的設(shè)計主要包括微處理器模塊、無線射頻收發(fā)模塊、電源模塊、串口單元和調(diào)試接口這6個部分，如圖32所示。其中處理器單元利用外部串口實現(xiàn)與PC機(jī)通信，并通過同步串行接口SPI與無線射頻收發(fā)模塊進(jìn)行通信。處理器預(yù)留外接調(diào)試與測試接口，無線射頻收發(fā)模塊通過天線接收數(shù)字信息，整個電路板由電源模塊供凸輪機(jī)工作原理圖電子凸輪系統(tǒng)硬件原理圖軟件設(shè)計方案1. 接入點軟件設(shè)計2.接入點工作流程2路由節(jié)點軟件設(shè)計路由節(jié)點軟件工作流程圖路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，對無線信號進(jìn)行輪詢檢測。若接收到上傳數(shù)據(jù)，且此數(shù)據(jù)為拓?fù)涓聰?shù)據(jù)，則在數(shù)據(jù)中加入自己的拓?fù)?/p>

9、信息再繼續(xù)上傳，否則，直接將數(shù)據(jù)上傳；若接收到發(fā)給自己的命令，則響應(yīng)該命令；若接收到發(fā)給其他節(jié)點的數(shù)據(jù)，則進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。3.終端節(jié)點軟件設(shè)計 終端節(jié)點主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送，其工作流程如圖6所示。終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，周期性的向接入節(jié)點發(fā)送采集的光強、溫度、拓?fù)涞刃畔?，若收到?shù)據(jù)中心的時間同步、測量周期設(shè)定或開關(guān)燈等控制命令，則執(zhí)行相應(yīng)操作。終端節(jié)點工作流程圖系統(tǒng)測試在室內(nèi)布置了一個簡單的演示系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括1臺PC(安裝數(shù)據(jù)中心)、1個接入節(jié)點、1個路由節(jié)點和2個終端節(jié)點。所有的節(jié)點組成一個網(wǎng)狀的WSN，若關(guān)閉路由節(jié)點，與其連接的終端節(jié)點將直接與接入節(jié)點連接。鼠標(biāo)放在數(shù)據(jù)中心顯示不同節(jié)點的圖標(biāo)上，。五、經(jīng)費預(yù)算計劃（5號宋體字、行距：18）（對項目所需的元器件清單及購置費、印制板加工費、機(jī)殼購置等各種費用進(jìn)行預(yù)算，列出經(jīng)費預(yù)算清單）電子元件（導(dǎo)線.開關(guān) ） 50凸輪機(jī) 25MSP430F2618的AD轉(zhuǎn)換器 25中功率繼電器 20單片機(jī) 150直流電機(jī) 50總計 320六、預(yù)期成果（5號宋體字、行距：18）1.智能教室智能控制開關(guān)的配置。2.