基于Zigbee技術的智能教室設備控制系統(tǒng)設計_陳海松.pdf_圖文

1、 電子技術設計與應用Electronics Design & Application10.3969/j.issn.1000-0755.2013.08.016基于Zigbee技術的智能教室設備控制系統(tǒng)設計陳海松(深圳職業(yè)技術學院工業(yè)中心摘要:隨著生活水平的提高及科技進步,智能控制得到越來越廣泛的應用?，F有教室的燈光、窗簾、風扇等大都是采用手動控制或采用遙控器通過無線射頻信號進行控制。文章將ZigBee無線通信技術應用到智能教室設備控制系統(tǒng)的設計中,給出了智能教室設備控制無線網絡系統(tǒng)的總體方案和各部分軟硬件的設計,并實現用戶通過手機或平板電腦以無線Wifi的形式發(fā)送控制信號至無線路由器,控

2、制信號經網線到以太網模塊后發(fā)送至Zigbee模塊,Zigbee模塊接收控制信號后實現對Zigbee設備的控制。關鍵詞:Zigbee;設備控制;Wifi;控制信號Smart Classroom Equipment Control System Design Based on Zigbee TechnologyChen Haisong(Industrial Training Centre, Shenzhen PolytechnicAbstract: With the improvement of living standards and the progress of science and te

3、chnology, intelligent control has been more widely used. The existing classroom lighting, curtains, fans, etc. are controlled based on manual control or remote controller through RF signal. In this paper Zigbee wireless communication technology is applied in the design of the control system design o

4、f smart classroom equipment, the overall scheme and various hardware and software designs of the smart classroom equipment control wireless network system are given, and the transmission of the control signal to wireless router is implemented through mobile phone or tablet in Wifi form. The control

5、signal is sent to the Zigbee module through cable to the Ethernet module, and the Zigbee module realizes the control of Zigbee devices by receiving control signal.Key words: Zigbee; equipment control; Wifi; control signal0 引言隨著電子技術的飛速發(fā)展,越來越多的領域應用到無線智能控制。在已出現的各種短距離無線通信技術中,Zigbee憑借領先的技術和性能水平成為短距離無線通信技

6、術中強有力的競爭對手1。本系統(tǒng)中利用Zigbee技術實現對智能教室設備的控制。同時,現有的家庭、辦公室、教室等場所的Zigbee設備往往通過Zigbee遙控器來進行控制。但是由于此類設備需要專門對應Zigbee設備設置Zigbee遙控器,Zigbee 遙控器的傳輸距離有限,無法實現長距離和遠程控制,使用不便且成本高。為了克服現有技術的不足,基于Zigbee技術的智能教室設備控制系統(tǒng)的設計采用無線路由器、網關設備、Zigbee模塊完成對智能教室設備的控制。用戶通過手機或平板電腦以無線Wifi 的形式發(fā)送控制信號至無線路由器,控制信號經網線至以太網模塊后發(fā)送至Zigbee模塊,Zigbee模塊接收

7、控制信號后經放大后通過天線以Zigbee信號的形式發(fā)送至Zigbee設備,從而實現對Zigbee設備的控制。1 智能教室設備控制系統(tǒng)智能教室設備控制系統(tǒng)是利用網絡、通信、傳感與自動控制等技術,將與教室設備有關的各種子系 統(tǒng)通過綜合管理有機地結合一起,讓教室的環(huán)境更 有效、舒適和安全2。本系統(tǒng)由管理平臺、設備控 制子網、安防傳感子網構成。管理平臺由手機或者 平板電腦構成,設備控制子網包括教室的燈、窗簾、 空調、風扇等受控設備,安防傳感子網由溫度傳感 器、人體感應傳感器構成。系統(tǒng)拓撲結構框圖如圖 1、2所示。圖1 智能教室設備控制系統(tǒng)框圖圖2 控制中心硬件框圖 55 電子技術設計與應用 Elect

8、ronics Design & Application 1.1 系統(tǒng)硬件設計 溫度傳感器采用CC2530自帶的溫度傳感器;同時還系統(tǒng)采用Chipcon 公司的CC2530,通過Zigbee 無 可以通過手動的方式控制窗簾的開啟和關閉。窗簾 線網絡技術,以星狀連接方式組網。設備控制子網 控制系統(tǒng)由Zigbee 模塊和直流電機組成,用戶終端采用CC2530的單一I/O 口控制,通過P1.0、P1.1、發(fā)送窗簾的控制命令給路由器節(jié)點,路由器和網關 P1.2分別控制無線燈光、電動窗簾、空調開關,溫 完成握手后,CC2530接收到協(xié)調器的控制信號,確 度傳感器采用CC2530片上集成的溫度傳感器

9、,安防 定自己是否被呼叫,如果被呼叫,則接收發(fā)送來的系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感技術,報警按鍵連接在數據,然后確定是電機的正轉、反轉還是停止,在 P1.3,設計的框圖如圖3所示。接收數據信息的同時,與自身存儲的數據作對比, 確定需要的脈沖數,從而控制窗簾的開關程度。窗簾控制的界面如圖5所示。 圖3 教室設備控制系統(tǒng)硬件設計框圖1.1.1 無線燈控實現本系統(tǒng)采用可控硅相控調光的方法實現燈光的 無線控制,通過控制可控硅的導通角,將電網輸入 的正弦波電壓斬掉一部分,以降低輸出電壓的平均 值,達到控制燈具供電電壓,從而實現調光,此方 法精度高、使用方便、參數可設、靈活3。采用用戶終端發(fā)送開啟、關閉、調光、預

10、約開啟、關閉和 調光的控制信號給路由節(jié)點,路由節(jié)點接收到數據 后,通過與WIFI 轉Zigbee 的網關設備完成握手后, 輸出相應的數據來驅動雙向可控硅,控制可控硅相 控調光和控制燈光的開啟和關閉,實現教室燈光的 智能控制,同時通過鎖存器將上一次的數據存儲, 以便與下一次數據作比較,從而實現對燈光亮暗的 調節(jié)。燈光調節(jié)的界面如圖4所示。 (a 手動控制模式 (b 自動控制模式 圖4 無線燈光調節(jié)的界面1.1.2 電動窗簾的實現電功窗簾控制采用自動控制和手動控制兩種方式。通過對環(huán)境的光照強度、濕度的變化以及無線 控制來對智能窗簾網絡化控制系統(tǒng)進行控制,光照強度強時,窗簾關起;濕度低時,窗簾關起,

11、反之 光照強度弱時,窗簾開啟;濕度高時,窗簾開啟,圖5 電動窗簾控制的界面1.1.3 安防本系統(tǒng)中的安防系統(tǒng)實現的是教室設備及儀器的防盜功能。當下班時將安防設備打開,如有人闖入,則通過熱釋電傳感器感應到人體后,發(fā)送報警信息到網關設備,網關通過路由器節(jié)點將報警信息發(fā)送給用戶終端,用戶終端通過攝像頭可以查看教室的狀況,如果只是誤報或沒有真正的入侵者,通過用戶終端可以將安防設備的參數進行重置,如果是有真正的入侵者,第一時間通知學校的保衛(wèi)部門,及時對報警情況進行處理。防盜的傳感器主要采用熱釋電紅外探測器,只要有人進入探測區(qū)域內,人體的紅外輻射就會被探測出來,主要負責對教室中敏感位置的異常情況進行探測。

12、當探測到移動的人體時,就輸出報警信號。1.2 系統(tǒng)軟件設計用戶通過手機或平板電腦以Wifi的形式發(fā)送控制信號至無線路由器,控制信號經網線至以太網模塊后,由協(xié)調器接收控制板的控制信息,轉化為2.4GHz信號傳輸給路由節(jié)點或直接到達設備開關終端節(jié)點,先發(fā)送地址碼,所有子網均接收,與自身編碼作比較,相等則允許接受下次信息,不相等則不接受;再由協(xié)調器發(fā)送數據碼,子網中相應的節(jié)點接收數據,完成握手,達到對子網的控制4。子網結點將接收的數據譯碼,實現其所指定的開關動作。燈光、窗簾、空調等設備子網控制的軟件流程圖如圖6所示。圖6 設備子網控制的軟件流程圖(參見下頁 56 電子技術設計與應用 Electron

13、ics Design & Application 圖6 設備子網控制的軟件流程圖在智能教室設備控制系統(tǒng)的設計中,網絡協(xié)調 器負責建立無線網絡,接收終端節(jié)點的狀態(tài)信息并 進行顯示和控制。在建網的過程中,先初始化協(xié)調 器,協(xié)調器選擇一個PAN ID 的標識號碼,然后啟動 網絡,所有的設備接入協(xié)調器。當協(xié)調器收到數據 時,首先判斷是新節(jié)點加入網絡的請求還是設備節(jié) 點的控制請求,如果是新節(jié)點加入網絡的請求則分 配網絡地址并綁定節(jié)點,如果是控制請求,則針對 不同的控制請求進行數據處理,數據處理完畢,協(xié)調 器返回等待請求監(jiān)聽狀態(tài)5。具體流程如圖7所示。 圖7 網絡協(xié)調器組網流程圖2 系統(tǒng)功能實現用

14、戶終端要管理和控制設備,首先要設置接入 模式,是采用遠程連接還是本地局域網連接,本系 統(tǒng)采用本地局域網連接,連接好無線路由器、網關 設備、控制設備之后,用戶終端會自動搜索網關設 備所對應的IP 地址,然后進行聯(lián)網通信6。連接后 就可以用用戶終端的軟件來控制設備子網中的無線 燈光、電動窗簾、空調等,當教室中有入侵者時, 會發(fā)出報警,用戶終端收到信息之后,及時處理。 本系統(tǒng)的測試數據如表1所示。表1 測試數據 (參見右欄TechnologyJ International Forum on Computer Science Technology and Applications,2009(2: 29

15、表 1 測試數據 33. 3 結束語 本系統(tǒng)實現用戶通過手機或平板電腦對教室設 備進行智能控制，實現燈光、空調、窗簾的開啟和 關閉的功能，并實現教室的安防控制。本系統(tǒng)的 Zigbee 設備控制系統(tǒng)的控制距離可達到 200m，操控 方便，可擴展達到手機控制教室、小區(qū)、家庭、辦 公室、商場、工業(yè)設備等 Zigbee 設備的目的，應用 前景廣闊。 參考文獻： 1 Niu Dou, Yang Mei. 111e networking technology within Smart Home system-ZigBee 57 2 楊浩杰,韓秀玲.一種智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的設計 J. 微型電腦應用,2011,27(2: 49-50,55. 3 李成大,張京,等.基于 ZigBee 無線通信技術的 智能家居系統(tǒng)J.電訊技術，2007(5:63-66. 4 高雨明.淺析 Zigbee 無線傳輸技術及其應用J. 信