基于ZigBee智能擦窗控制系統(tǒng)設(shè)計

《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)》任務(wù)書題目：基于ZigBee智能擦窗控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)號：班級：物聯(lián)網(wǎng)工程1班題目類型：物聯(lián)網(wǎng)工程指導(dǎo)教師：吳愛梅一、設(shè)計題目簡介該設(shè)計要求學(xué)生以物聯(lián)網(wǎng)在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用為背景，設(shè)計并開發(fā)基于ZigBee智能插座控制系統(tǒng)。通過該題目的設(shè)計、開發(fā)，使學(xué)生初步得到智能家居家電的訓(xùn)練，掌握物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層這三層在智能家居的應(yīng)用知識。全面培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計開發(fā)過程中的分析、設(shè)計及文檔規(guī)范書寫的能力，通過智能家居開發(fā)的綜合訓(xùn)練，提高解決實(shí)際問題的能力。二、設(shè)計的任務(wù)1.查閱文獻(xiàn)資料，一般在10篇以上；2.以智能家居家電控制背景為基礎(chǔ)，通過調(diào)研、分析現(xiàn)有的智能家居家電控制系統(tǒng)，設(shè)計基于ZigBee智能插座控制系統(tǒng)；3.完成硬件電氣原理圖設(shè)計；4.完成硬件驅(qū)動程序軟件設(shè)計；5.完成ZigBee協(xié)議棧開發(fā)軟件設(shè)計；6.完成PC端Qt窗體界面開發(fā)軟件設(shè)計7.撰寫設(shè)計說明書；8.做好答辯工作。三、主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)1.設(shè)計內(nèi)容繪制電氣原理圖：ZigBee繼電器終端節(jié)點(diǎn)模塊、ZigBee協(xié)調(diào)器模塊；編寫繼電器驅(qū)動程序；編寫ZigBee協(xié)議棧軟件程序：ZigBee繼電器終端節(jié)點(diǎn)程序功能的實(shí)現(xiàn)，ZigBee協(xié)調(diào)器程序功能的實(shí)現(xiàn)；PC機(jī)Qt圖形界面軟件設(shè)計：ZigBee智能插座控制系統(tǒng)窗體界面設(shè)計，ZigBee智能插座控制系統(tǒng)窗體界面功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計。2.功能實(shí)現(xiàn)基于ZigBee智能插座控制系統(tǒng)設(shè)計，主要采用無線近距離通信技術(shù)對室內(nèi)插座進(jìn)行控制。PC機(jī)通過RS-232串口與ZigBee協(xié)調(diào)器模塊連接，由PC機(jī)Qt圖形交互界面上發(fā)出通電與斷電指令并傳送到ZigBee協(xié)調(diào)器模塊。再由ZigBee協(xié)調(diào)器模塊通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至ZigBee繼電器終端節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而控制室內(nèi)插座電源的通與斷。3.技術(shù)要求（1）系統(tǒng)設(shè)計使用軟件要求：IAR集成開發(fā)環(huán)境軟件、TIZ-Stack協(xié)議棧、USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動軟件、QtCreator跨平臺開發(fā)環(huán)境軟件。（2）系統(tǒng)設(shè)計使用硬件要求：1塊ZigBee協(xié)調(diào)器模塊、1塊ZigBee繼電器終端節(jié)點(diǎn)模塊。四、提交的成果1.課程設(shè)計說明書（1份）A4打印稿，正文部分要求不少于30頁，中文為宋體，英文為TimeNewRoman。正文及目錄格式參考（畢業(yè)設(shè)計論文格式要求）正文包括以下內(nèi)容。系統(tǒng)簡介;需求分析;ZigBee繼電器硬件電氣原理圖設(shè)計;繼電器驅(qū)動程序設(shè)計;ZigBee協(xié)議棧軟件設(shè)計;PC機(jī)Qt圖形界面軟件設(shè)計;摘要、章節(jié)目錄、總結(jié)、參考文獻(xiàn)、致謝等。2.光盤（1張）把完成的所有電子文檔（設(shè)計說明書文檔、打包后可運(yùn)行程序及源程序）一并交由指導(dǎo)老師處。為了統(tǒng)一，資料規(guī)范如下。（1）光盤名稱為“學(xué)號+姓名”，如：14730142周**。（2）光盤根目錄下只包含一個文件夾，文件夾的命名為“學(xué)號+姓名”，該文件夾中包含4部分內(nèi)容：電氣原理圖、PC機(jī)Qt圖形窗體界面圖、軟件程序流程圖和設(shè)計說明書。五、主要參考文獻(xiàn)[1]鐘永鋒,劉永俊.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京郵電大學(xué)出版社.2011[2] 瞿雷,劉盛德,胡咸斌.ZIGBEE技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2007[3] 王小強(qiáng),歐陽駿,黃寧淋ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2012[4] 青島東合信息技術(shù)有限公司.Zigbee開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐.西安電子科大.2014[5] 杭州晶控電子有限公司.教你搭建自己的智能家居系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013[6] 鄭阿奇，陳超.Qt4開發(fā)實(shí)踐.電子工業(yè)出版社.2011.[7]李文仲,段朝玉等.ZigBee2007/PRO協(xié)議棧實(shí)驗與實(shí)踐[M].北京航空航天.2011[8] 雷梁.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式智能家居監(jiān)控系統(tǒng)研究[P].西華大學(xué).2009.[9]童曉渝,房秉毅,張云勇.物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展分析[J].移動通信.2010[10] 王浩，浦靈敏等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)[P].中國水利水電出版社.2014.六、各階段時間安排（共2周）周次日期內(nèi)容地點(diǎn)第1周星期一分組、選題、收集與整理資料教室星期二硬件電氣原理圖設(shè)計教室星期三硬件驅(qū)動程序設(shè)計星期四~星期五ZigBee協(xié)議棧終端節(jié)點(diǎn)開發(fā)軟件設(shè)計第2周星期一ZigBee協(xié)議棧協(xié)調(diào)器開發(fā)軟件設(shè)計教室星期二~星期三PC機(jī)Qt窗體界面設(shè)計教室星期四撰寫課程設(shè)計說明書教室星期五答辯教室2017年6月3日摘要隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對安全、舒適、健康的生活需求變得日益迫切。而近年來，智能家居概念已經(jīng)逐漸深入到國民的生活之中，且不斷地影響著人們的思維。因此，眾多有能力的小區(qū)、別墅用戶已經(jīng)開始安裝使用智能家居系統(tǒng)，并嘗試智能化為家居生活帶來的安全、舒適和便利。時光飛逝，日夜如梭。室外清潔工作所花費(fèi)的成本與面臨的安全隱患也持續(xù)增大，然而，家庭擦窗時總會遇到這樣的麻煩，窗戶外側(cè)玻璃受到空間限制，擦拭比較困難，尤其是住在高層建筑上的住戶，操作時存在很大的安全隱患，但長時間不擦拭，粘上灰塵，就不美觀了，因此我們的設(shè)計實(shí)現(xiàn)內(nèi)外壁同時擦拭，智能化，集成化度高，操作方便，我們使用zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，最后顯在Qt界面上。由于我國房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，也帶動了我國門窗幕墻行業(yè)的迅速發(fā)展，隨著消費(fèi)者生活水平的提高，智能化的產(chǎn)品如雨后春筍，正逐步發(fā)展和壯大。而我們的智能窗戶就是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，因此具有廣闊的市場空間和應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：智能化人性化zigbee技術(shù)一體化系統(tǒng)集成目錄TOC\o"1-3"\h\u1961系統(tǒng)概述 1111151.1系統(tǒng)介紹 1281371.2系統(tǒng)總流程圖 3180792需求分析 3258523Zigbee繼電器硬件電氣原理設(shè)計 5202463.1Zigbee硬件開發(fā)平臺 5177033.2Zigbee采集節(jié)點(diǎn)模塊 6312383.3Zigbee無線傳輸模塊 6147553.4PC機(jī)無線控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)與外設(shè)實(shí)現(xiàn)的效果圖 7137763.5關(guān)鍵代碼設(shè)計 7202714.驅(qū)動模塊設(shè)計 9236934.1器件介紹 9241794.2原理設(shè)計 9305784.3繼電器功能流程圖 10149274.4代碼 11190325zigbee協(xié)議棧軟件設(shè)計 14188955.1協(xié)調(diào)器代碼 14205815.2終端節(jié)點(diǎn) 17129596.PC機(jī)Qt圖形界面軟件設(shè)計 21233446.1軟件設(shè)計 2182386.2界面設(shè)計 23204386.3運(yùn)行程序界面 2321733總結(jié) 266613參考文獻(xiàn) 2724092致謝 281系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)介紹隨著生活水平的提高，人們希望擁有一個舒適、便捷、安全的家居環(huán)境，傳統(tǒng)的住宅正向智能化方向轉(zhuǎn)變。在此背景下，設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)。給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，著重闡述主要硬件及軟件的設(shè)計。該系統(tǒng)以嵌入式操作系統(tǒng)為核心，采用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號傳輸，GPRS通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對窗簾的本地與遠(yuǎn)程控制。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸正確率高。將該系統(tǒng)應(yīng)用于智能窗簾中，能夠使智能窗簾的控制更加多樣化與智能化，對智能窗簾未來的發(fā)展，具有實(shí)際應(yīng)用價值。智能家居是一個居住環(huán)境，是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實(shí)施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為智能家居集成。它將各種家庭設(shè)備通過程序設(shè)置，利用寬帶、固話和3G無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。與普通家居相比，智能家居不僅提供舒適宜人且高品位的家庭生活空間，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更智能化的家庭控制管理。一方面，智能家居讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過無線遙控器、智能手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別方式控制家用電器，還可以執(zhí)行場景模式稱作，使多個設(shè)備形成聯(lián)動；另一方面，智能家居的各種設(shè)備相互之間可以通信，不需要用戶干預(yù)也能根據(jù)事先設(shè)定的不同條件，相互之間進(jìn)行識別和運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。簡而言之，智能家居是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居發(fā)展的特點(diǎn)和方向智能家居的發(fā)展歷程智能家居的發(fā)展大致經(jīng)歷了4代：第一代只要基于同軸線、兩芯線進(jìn)行家庭組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)燈光、窗簾控制和少量安防設(shè)備控制等功能。第二代主要基于rs-485線，部分基于IP技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可視對講、安防等功能。第三代實(shí)現(xiàn)了智能控制的集中化，主要實(shí)現(xiàn)包括安防、控制計量等業(yè)務(wù)功能。第四代基于IP技術(shù)，利用zigbee無線通信技術(shù)，智能家居業(yè)務(wù)可根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)定制化和個性化。智能家居技術(shù)種類目前市場上比較可靠的智能家居技術(shù)主要有4類：集中布線技術(shù)、無線射頻技術(shù)、電力載波技術(shù)、zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)。（1）集中布線技術(shù)它主要應(yīng)用于智能化控制，因為需要布線，所以信號相對穩(wěn)定，比較適合樓宇和小區(qū)智能化等大區(qū)域的控制，但設(shè)備安裝比較復(fù)雜、造價較高。（2）無線射頻識別技術(shù)它利用點(diǎn)對點(diǎn)的射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對家居和燈光的控制，安裝設(shè)置相對比較方便，但系統(tǒng)功能相對較弱，控制方式也比較單一，易受周圍無線設(shè)備環(huán)境及障礙物的干擾，其主要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)特定功能電器或燈光控制領(lǐng)域。(3）電力載波技術(shù)它無需重新布線，主要利用家庭內(nèi)部的電力線傳輸控制信號，從而實(shí)現(xiàn)對家電和燈光的控制與管理，而且可以不斷升級。功能實(shí)用，比較適合大眾化消費(fèi)。（4）zigbee無線組網(wǎng)通信技術(shù)zigbee從布線上屬于無線技術(shù)，具有布線簡單、易擴(kuò)展和易維護(hù)的特點(diǎn)。這使得zigbee可以按照功能要求，構(gòu)建含有任意多個節(jié)點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)，通信傳輸可以在任意節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，可以有效節(jié)約人力、物力成本。2.智能家居系統(tǒng)的發(fā)展方向（1）一體化系統(tǒng)集成智能家居在未來發(fā)展過程中，需要將家庭自動化管理，三表計量、安全防范監(jiān)測、火災(zāi)報警以及設(shè)備監(jiān)控等功能進(jìn)行集成，從而提高家庭管理智能化水平。（2）節(jié)能環(huán)保智能家居結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)降低功耗，減少對家庭和周圍環(huán)境的污染，提高生活環(huán)境的質(zhì)量，這些都是智能家居今后走入家庭必須考慮的問題。（3）智能化、網(wǎng)絡(luò)化和人性化家庭智能化是當(dāng)代高科技技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)的高度綜合和升華，其中網(wǎng)絡(luò)化是信息技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是發(fā)展家庭智能化的一個重要條件，個性化體現(xiàn)了以用戶為中心，在家庭構(gòu)建按需所求的智能家居系統(tǒng)。1.2系統(tǒng)總流程圖圖1.1系統(tǒng)總流程圖2需求分析由于我國房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，也帶動了我國門窗幕墻行業(yè)的迅速發(fā)展。一般來說，一個建筑物按建筑面積推算，有10％是窗，15％是門，全國每年新建的房屋為20億平方米，門窗的需求量為5億多平方米。如再考慮到原有城鄉(xiāng)房屋建筑的窗戶改造，每年窗戶的安裝量至少達(dá)到10億平方米。全國窗戶消費(fèi)需求空間為500億元，并且還有不斷擴(kuò)大的趨勢。門窗是家庭智能化安全防范系統(tǒng)的一個重要組成部分，是一種智能化的控制系統(tǒng)，它由先進(jìn)傳感器（溫度傳感器、風(fēng)雨信號傳感器等）、遙控器及一系列機(jī)械傳動裝置組成，是具有智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技產(chǎn)品?？梢詫Υ皯暨M(jìn)行隨心所欲的控制和安全設(shè)置，它具有時尚、方便、安全等特點(diǎn)，使人們的家居環(huán)境得到較大的改善，智能窗戶控制系統(tǒng)將在具有明顯競爭優(yōu)勢的環(huán)境下找到市場，帶來經(jīng)濟(jì)效益。1.消費(fèi)者智能化意識增強(qiáng)，智能產(chǎn)品用戶增多近幾年，在國內(nèi)很多IT和家電企業(yè)紛紛躋身智能家居行業(yè)領(lǐng)域。使得行業(yè)競爭度迅速提升，一時之間市場充滿各種各種智能家居產(chǎn)品，很多人家里都使用總線制的技術(shù)的，傳感器技術(shù)，紅外技術(shù)，電力載波技術(shù)，無線通信組網(wǎng)技術(shù)，還有無線射頻技術(shù)。盡管以上這種物品的功能單一，都集中無線搖控、遠(yuǎn)程控制等處，但市場需求依舊龐大。2.市場上現(xiàn)存的部分智能家居產(chǎn)品尚且存在許多不足之處從以上信息我可以看出這些產(chǎn)品多數(shù)不能算是真正意義上的家居智能化，個別產(chǎn)品如電力線載波技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)家居的智能化，但是通過消費(fèi)者調(diào)研和專家分析，我發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品的缺點(diǎn)很多，比如傳輸信息不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量本身有問題、外觀差等弊病，這些對一般的家庭來說，其成本也是很高的。3.本產(chǎn)品在行業(yè)中的價值鏈分析對于本產(chǎn)品而言，它在行業(yè)中面臨的競爭，我可以通過最為基本的行業(yè)競爭波特五力模式來予以分析。在和供應(yīng)商討價還價方面，該公司在產(chǎn)品的原料上沒有什么太大的門檻，所以在討價還價上幾乎不存在阻力，同時由于生產(chǎn)科技的專利，尚無競爭對手來拼搶原料資源；面對潛在進(jìn)入者的威脅比較小，該產(chǎn)品已經(jīng)注冊，產(chǎn)品研發(fā)科技已經(jīng)申請專利保護(hù)，目前產(chǎn)品尚沒有在市場上得到響應(yīng)，還沒有企業(yè)關(guān)注，潛在進(jìn)入者的威脅至少在目前還不存在3Zigbee繼電器硬件電氣原理設(shè)計3.1Zigbee硬件開發(fā)平臺CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(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)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其它強(qiáng)大的功能。CC2530芯片系列中使用的8051CPU內(nèi)核是一個單周期的8051兼容內(nèi)核。它有三種不同的內(nèi)存訪問總線（SFR，DATA和CODE/XDATA），單周期訪問SFR，DATA和主SRAM。它還包括一個調(diào)試接口和一個18輸入擴(kuò)展中斷單元。中斷控制器總共提供了18個中斷源，分為六個中斷組，每個與四個中斷優(yōu)先級之一相關(guān)。當(dāng)設(shè)備從活動模式回到空閑模式，任一中斷服務(wù)請求就被激發(fā)。一些中斷還可以從睡眠模式（供電模式1-3）喚醒設(shè)備。內(nèi)存仲裁器位于系統(tǒng)中心，因為它通過SFR總線把CPU和DMA控制器和物理存儲器以及所有外設(shè)連接起來。內(nèi)存仲裁器有四個內(nèi)存訪問點(diǎn)，每次訪問可以映射到三個物理存儲器之一：一個8-KBSRAM、閃存存儲器和XREG/SFR寄存器。它負(fù)責(zé)執(zhí)行仲裁，并確定同時訪問同一個物理存儲器之間的順序。8-KBSRAM映射到DATA存儲空間和部分XDATA存儲空間。8-KBSRAM是一個超低功耗的SRAM，即使數(shù)字部分掉電（供電模式2和3）也能保留其內(nèi)容。這是對于低功耗應(yīng)用來說很重要的一個功能。32/64/128/256KB閃存塊為設(shè)備提供了內(nèi)電路可編程的非易失性程序存儲器，映射到XDATA存儲空間。除了保存程序代碼和常量以外，非易失性存儲器允許應(yīng)用程序保存必須保留的數(shù)據(jù)，這樣設(shè)備重啟之后可以使用這些數(shù)據(jù)。使用這個功能，例如可以利用已經(jīng)保存的網(wǎng)絡(luò)具體數(shù)據(jù)，就不需要經(jīng)過完全啟動、網(wǎng)絡(luò)尋找和加入過程。調(diào)試接口執(zhí)行一個專有的兩線串行接口，用于內(nèi)電路調(diào)試。通過這個調(diào)試接口，可以執(zhí)行整個閃存存儲器的擦除、控制使能哪個振蕩器、停止和開始執(zhí)行用戶程序、執(zhí)行8051內(nèi)核提供的指令、設(shè)置代碼斷點(diǎn)，以及內(nèi)核中全部指令的單步調(diào)試。使用這些技術(shù)，可以很好地執(zhí)行內(nèi)電路的調(diào)試和外部閃存的編程。設(shè)備含有閃存存儲器以存儲程序代碼。閃存存儲器可通過用戶軟件和調(diào)試接口編程。閃存控制器處理寫入和擦除嵌入式閃存存儲器。閃存控制器允許頁面擦除和4字節(jié)編程。I/O控制器負(fù)責(zé)所有通用I/O引腳。CPU可以配置外設(shè)模塊是否控制某個引腳或它們是否受軟件控制，如果是的話，每個引腳配置為一個輸入還是輸出，是否連接襯墊里的一個上拉或下拉電阻。CPU中斷可以分別在每個引腳上使能。每個連接到I/O引腳的外設(shè)可以在兩個不同的I/O引腳位置之間選擇，以確保在不同應(yīng)用程序中的靈活性。系統(tǒng)可以使用一個多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存儲空間訪問存儲器，因此能夠訪問所有物理存儲器。每個通道（觸發(fā)器、優(yōu)先級、傳輸模式、尋址模式、源和目標(biāo)指針和傳輸計數(shù)）用DMA描述符在存儲器任何地方配置。許多硬件外設(shè)（AES內(nèi)核、閃存控制器、USART、定時器、ADC接口）通過使用DMA控制器在SFR或XREG地址和閃存/SRAM之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，獲得高效率操作。定時器1是一個16位定時器，具有定時器/PWM功能。它有一個可編程的分頻器，一個16位周期值，和五個各自可編程的計數(shù)器/捕獲通道，每個都有一個16位比較值。每個計數(shù)器/捕獲通道可以用作一個PWM輸出或捕獲輸入信號邊沿的時序。它還可以配置在IR產(chǎn)生模式，計算定時器3周期，輸出是ANDed，定時器3的輸出是用最小的CPU互動產(chǎn)生調(diào)制的消費(fèi)型IR信號。CC2530具有一個IEEE802.15.4兼容無線收發(fā)器。RF內(nèi)核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU和無線設(shè)備之間的一個接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動操作和確定無線設(shè)備事件的順序。無線設(shè)備還包括一個數(shù)據(jù)包過濾和地址識別模塊。3.2Zigbee采集節(jié)點(diǎn)模塊主要作用：用于接收來自傳感器的數(shù)據(jù)信號并通過天線以電磁波的形勢發(fā)送給中央節(jié)點(diǎn)。采集節(jié)點(diǎn)組成包括：天線、單片機(jī)、傳感器。其中單片機(jī)運(yùn)行所有的程序，實(shí)現(xiàn)讀傳感器數(shù)據(jù)以及把數(shù)據(jù)通過天線以電磁波的形勢發(fā)送給中央節(jié)點(diǎn)的作用。3.3Zigbee無線傳輸模塊作用：通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)傳輸模塊與上位機(jī)通信的全過程。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好。實(shí)踐證明，基于zigbee無線傳輸協(xié)議設(shè)計無線數(shù)據(jù)傳輸模塊來傳輸數(shù)據(jù)具有耗資少、安全性高、靈活性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣和應(yīng)用。3.4PC機(jī)無線控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)與外設(shè)實(shí)現(xiàn)的效果圖zigbee網(wǎng)絡(luò)zigbee網(wǎng)絡(luò)圖3.1無線控制效果圖PC端通過串口發(fā)送打開或關(guān)閉控制命令信息，給zigbee協(xié)調(diào)器，zigbee協(xié)調(diào)器通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至zigbee終端節(jié)點(diǎn)即繼電器接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)窗戶和水泵的打開關(guān)閉控制。3.5關(guān)鍵代碼設(shè)計P14、P15初始化為輸出功能。voidRELAY_INT(void){P1DIR|=0x30;//繼電器12輸出P1_4=0;P1_5=0;}然后就可以對P14和P15輸出進(jìn)行操作從而對繼電器的開合進(jìn)行控制。主函數(shù)程序清單voidmain(void){ uint8keyvalue;intClock(); P1DIR|=0x04;//打開電源 P1&=~0x04;RELAY_INT();ugOled9616int();//初始化OLed配置HalAdcInit();delay(10);LcdPutString16_8(0,0,"WXL-WINDOWS",12,1);while(1) { keyvalue=0;keyvalue=halGetJoyKeyInput();switch(keyvalue){case0x01://UPP1_4=1;//K1OPENP1_5=0;//K2CLOSELcdPutString16_8(0,0,"OPEN",12,1);break;case0x02://RIGHTP1_4=0;//K1CLOSEP1_5=1;//K2OPENLcdPutString16_8(0,0,"CLOSE",12,1);break;default:break;}}}4.驅(qū)動模塊設(shè)計4.1器件介紹繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。\o"查看圖片"

電磁繼電器工作原理圖只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。4.2原理設(shè)計這里采用兩路繼電器來實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)酵拼捌鞯拈_關(guān)功能圖4.1繼電器原理圖4.3繼電器功能流程圖圖4.2繼電器功能流程圖窗戶開關(guān)取決于網(wǎng)關(guān)發(fā)送的繼電器命令組合。4.4代碼繼電器命令接收處理代碼如下。voidSampleApp_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t*pkt){ uint8RfHaveTxDara=0;//無線有數(shù)據(jù)需要發(fā)送 ieeeAddr=NLME_GetExtAddr(); memcpy(RfRx.RxBuf,pkt->cmd.Data,32); memset(RfTx.TxBuf,'x',32); switch(RfRx.RXDATA.HeadCom[0]){case'R'://讀break;case'T'://測試if((RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='R')&&(RfRx.RXDATA.HeadCom[2]=='E')//控制繼電器{if(SensorNum==6)//繼電器板{if((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='1')){if(RfRx.RXDATA.DataBuf[2]=='1'){Relay1State=1;P1_4=1;}elseif(RfRx.RXDATA.DataBuf[2]=='0'){Relay1State=0;P1_4=0;}}if((RfRx.RXDATA.DataBuf[3]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[4]=='2')){if(RfRx.RXDATA.DataBuf[5]=='1'){Relay2State=1;P1_5=1;}elseif(RfRx.RXDATA.DataBuf[5]=='0'){Relay2State=0;P1_5=0;}}memcpy(RfTx.TxBuf,RfRx.RxBuf,14);RfTx.TXDATA.DataBuf[0]='O';RfTx.TXDATA.DataBuf[1]='K';RfHaveTxDara=1;}}//end控制繼電器break;case'S'://設(shè)置break; }//end if(RfHaveTxDara)//如果有數(shù)據(jù)要發(fā)送 { RfTx.TXDATA.Head='&'; RfTx.TXDATA.LastByte='*'; SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,32);//發(fā)送數(shù)據(jù) RfHaveTxDara=0; }}5zigbee協(xié)議棧軟件設(shè)計5.1協(xié)調(diào)器代碼uint16SampleApp_ProcessEvent(uint8task_id,uint16events){ afIncomingMSGPacket_t*MSGpkt;uint16temp;#if(defined(WXL_ROUTER)||defined(WXL_RFD))//ROUTERORRFDuint16SrcSaddr;#endif(void)task_id;//Intentionallyunreferencedparameterif(events&SYS_EVENT_MSG) {MSGpkt=(afIncomingMSGPacket_t*)osal_msg_receive(SampleApp_TaskID); while(MSGpkt) {switch(MSGpkt->hdr.event) {caseKEY_CHANGE: SampleApp_HandleKeys(((keyChange_t*)MSGpkt)->state,((keyChange_t*)MSGpkt)->keys); break; caseAF_INCOMING_MSG_CMD: SampleApp_MessageMSGCB(MSGpkt); break; caseZDO_STATE_CHANGE: SampleApp_NwkStat(devStates_t)(MSGpkt->hdr.status); if((SampleApp_NwkState=DEV_ROUTER)||(SampleApp_NwkStat==DEV_END_DEVICE)) { HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_ON); memset(RfTx.TxBuf,'x',32); RfTx.TXDATA.Head='&'; RfTx.TXDATA.HeadCom[0]='J'; RfTx.TXDATA.HeadCom[1]='O'; RfTx.TXDATA.HeadCom[2]='N'; ieeeAddr=NLME_GetExtAddr(); memcpy(RfTx.TXDATA.Laddr,ieeeAddr,8);SrcSaddr=NLME_GetShortAddr(); RfTx.TXDATA.Saddr[0]=SrcSaddr;RfTx.TXDATA.Saddr[1]=SrcSaddr>>8;#ifdef WXL_RFD RfTx.TXDATA.DataBuf[0]='R'; RfTx.TXDATA.DataBuf[1]='F'; RfTx.TXDATA.DataBuf[2]='D';#endif #ifdef WXL_ROUTER RfTx.TXDATA.DataBuf[0]='R'; RfTx.TXDATA.DataBuf[1]='O'; RfTx.TXDATA.DataBuf[2]='U';#endif NLME_GetCoordExtAddr(&RfTx.TXDATA.DataBuf[3]);temp=NLME_GetCoordShortAddr();RfTx.TXDATA.DataBuf[11]=(unsignedchar)(temp>>8);RfTx.TXDATA.DataBuf[12]=(unsignedchar)(temp);RfTx.TXDATA.DataBuf[13]=SensorNum;RfTx.TXDATA.LastByte='*';SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,32);//發(fā)送自己的節(jié)點(diǎn)信息到主機(jī)if(JY) osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT, SAMPLEAPP_1000MS_TIMEOUT);//每秒采集一次傳感器數(shù)據(jù) } BreakecaseSPI_INCOMING_ZTOOL_PORT: UartRxComCallBack();//串口收到一帖數(shù)據(jù)的處理 break; default: break; } osal_msg_deallocate((uint8*)MSGpkt); MSGpkt=(afIncomingMSGPacket_t*)osal_msg_receive(SampleApp_TaskID); } return(events^SYS_EVENT_MSG); } if(events&SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT)//發(fā)送數(shù)據(jù)超時 {osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,SAMPLEAPP_1000MS_TIMEOUT);return(events^SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT); } if(events&SAMPLEAPP_UART_RX_EVT)//串口接收數(shù)據(jù)超時 {return(events^SAMPLEAPP_UART_RX_EVT); } return0;}協(xié)調(diào)器CPU：采用TI公司LM3S9B96；CORTEXM3內(nèi)核；主頻為80MHz。所謂協(xié)調(diào)器，就是網(wǎng)絡(luò)組織的管理者。針對一般的應(yīng)用模式，在一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)形成之后，協(xié)調(diào)器不是必須的。它最主要的作用是，依據(jù)掃描情況，選擇一些合適參數(shù)建立一個網(wǎng)絡(luò)?；贑C2420的zigbee協(xié)調(diào)器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、成本低等特點(diǎn)。5.2終端節(jié)點(diǎn)voidSampleApp_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t*pkt){ uint8RfHaveTxDara=0;//無線有數(shù)據(jù)需要發(fā)送 ieeeAddr=NLME_GetExtAddr(); memcpy(RfRx.RxBuf,pkt->cmd.Data,32); memset(RfTx.TxBuf,'x',32); switch(RfRx.RXDATA.HeadCom[0]){case'R'://讀break;case'T'://測試if((RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='V')&&(RfRx.RXDATA.HeadCom[2]=='F'))//控制排風(fēng)扇{if(SensorNum==6&&DeviceName==12){if((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='1')){P1_4=1;}elseif((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='0')){P1_4=0;}memcpy(RfTx.TxBuf,RfRx.RxBuf,14);RfTx.TXDATA.DataBuf[0]='O';RfTx.TXDATA.DataBuf[1]='K';RfHaveTxDara=1;}}//end控制繼電器elseif((RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='A')&&(RfRx.RXDATA.HeadCom[2]=='L')){if(SensorNum==6&&DeviceName==12){if((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='1')){P1_5=1;}elseif((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='0')){P1_5=0;}memcpy(RfTx.TxBuf,RfRx.RxBuf,14);RfTx.TXDATA.DataBuf[0]='O';RfTx.TXDATA.DataBuf[1]='K';RfHaveTxDara=1;}}//end控制繼電器elseif((RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='A')&&(RfRx.RXDATA.HeadCom[2]=='W')){if(SensorNum==6&&DeviceName==3)//繼電器控制窗戶{if((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='0')){P1_4=0;P1_5=1;}elseif((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='1')){P1_4=1;P1_5=0;}elseif((RfRx.RXDATA.DataBuf[0]=='K')&&(RfRx.RXDATA.DataBuf[1]=='2')){P1_4=0;P1_5=0;}memcpy(RfTx.TxBuf,RfRx.RxBuf,14);RfTx.TXDATA.DataBuf[0]='O';RfTx.TXDATA.DataBuf[1]='K';RfHaveTxDara=1;}}//end控制繼電器break;case'S'://設(shè)置break; } if(RfHaveTxDara)//如果有數(shù)據(jù)要發(fā)送 { RfTx.TXDATA.Head='&'; RfTx.TXDATA.LastByte='*'; SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,32);//發(fā)送數(shù)據(jù) RfHaveTxDara=0; }}6.PC機(jī)Qt圖形界面軟件設(shè)計6.1軟件設(shè)計QT是一個1991年由奇趣科技開發(fā)的跨平臺圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。廣泛用于開發(fā)GUI程序，這種情況下又被稱為部件工具箱。也可用于開發(fā)非GUI程序，比如控制臺工具和服務(wù)器。它是Digia公司的產(chǎn)品。QT使用標(biāo)準(zhǔn)的C++和特殊的代碼生成擴(kuò)展（稱為元對象編譯器(MetaObjectCompiler,moc)）以及一些宏。通過語言綁定，其他的編程語言也可以使用QT。QT是自由且開放源代碼的軟件，在GNU較寬松公共許可證條款下發(fā)布。所有版本都支持廣泛的編譯器，包括GCC的C++編譯器和VisualStudio。Qt開放源代碼，并且提供自由軟件的用戶協(xié)議。使得它可以被廣泛地應(yīng)用在各平臺上的開放源代碼軟件開發(fā)中。Qt提供三種授權(quán)方式。三種授權(quán)方式的功能、性能都沒有區(qū)別，僅在于授權(quán)協(xié)議的不同。LGPL和GPL是免費(fèi)發(fā)布，商業(yè)版則需收取授權(quán)費(fèi)。Qt商業(yè)版-Qt商業(yè)授權(quán)適用于開發(fā)專屬和/或商業(yè)軟件。此版本適用于不希望與他人共享源代碼，或者遵循GNU寬通用公共許可證（LGPL）2.1版或GNUGPL3.0版條款的開發(fā)人員。提供了技術(shù)支持服務(wù)?？梢匀我獾男薷腝t的源代碼，而不需要公開。GNULGPLv.2.1-Qt4.5.0及以后的版本開始遵循GNULGPL。LGPL允許鏈結(jié)到它的軟件使用任意的許可證，可以被專屬軟件作為類庫引用、發(fā)布和銷售?？梢再徺I支持服務(wù)。GNUGPLv.3.0-如果您希望將Qt應(yīng)用程序與受GNU通用公共許可證（GPL）3.0版本條款限制的軟件一同使用，或者您希望Qt應(yīng)用程序遵循該GNU許可證版本的條款，則此版本Qt適用于開發(fā)此類Qt應(yīng)用程序?？梢再徺I支持服務(wù)。Qt的圖形用戶界面的基礎(chǔ)是QWidget。Qt中所有類型的GUI組件如按鈕、標(biāo)簽、工具欄等都派生自QWidget，而QWidget本身則為QObject的子類。Widget負(fù)責(zé)接收鼠標(biāo)，鍵盤和來自窗口系統(tǒng)的其他事件，并描繪了自身顯示在屏幕上。每一個GUI組件都是一個widget，widget還可以作為容器，在其內(nèi)包含其他Widget。QWidget不是一個抽象類型。并且可以被放置在一個已存在的用戶界面中；若是Widget沒有指定父Widget，當(dāng)它顯示時就是一個獨(dú)立的視窗、或是一個頂層widget。QWidget顯示能力包含了透明化及Double-Buffering。Qt提供一種托管機(jī)制，當(dāng)Widget于創(chuàng)建時指定父對象，就可把自己的生命周期交給上層對象管理，當(dāng)上層對象被釋放時，自己也被釋放。確保對象不再使用時都會被刪除。Qt利用信號與槽（signals/slots）機(jī)制取代傳統(tǒng)的callback來進(jìn)行對象之間的溝通。當(dāng)操作事件發(fā)生的時候，對象會發(fā)提交一個信號（signal）；而槽（slot）則是一個函數(shù)接受特定信號并且運(yùn)行槽本身設(shè)置的動作。信號與槽之間，則通過QObject的靜態(tài)方法connect來鏈接。信號在任何運(yùn)行點(diǎn)上皆可發(fā)射，甚至可以在槽里再發(fā)射另一個信號，信號與槽的鏈接不限定為一對一的鏈接，一個信號可以鏈接到多個槽或多個信號鏈接到同一個槽，甚至信號也可連接到信號。以往的callback缺乏類型安全，在調(diào)用處理函數(shù)時，無法確定是傳遞正確型態(tài)的參數(shù)。但信號和其接受的槽之間傳遞的數(shù)據(jù)型態(tài)必須要相符合，否則編譯器會提出警告。信號和槽可接受任何數(shù)量、任何型態(tài)的參數(shù)，所以信號與槽機(jī)制是完全類型安全。信號與槽機(jī)制也確保了低耦合性，發(fā)送信號的類型并不知道是哪個槽會接受，也就是說一個信號可以調(diào)用所有可用的槽。