基于Zigbee的智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)--開(kāi)題報(bào)告

1、福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告姓 名馮祥勛學(xué)號(hào)專 業(yè)電氣工程與自動(dòng)化（自動(dòng)化方向）題 目基于Zigbee的智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、研究背景、概況及意義1.1背景現(xiàn)代社會(huì)，商品經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，工作節(jié)奏不斷加快。對(duì)于全身心投入競(jìng)爭(zhēng)的人們，家務(wù)工作方面必然力不從心，家務(wù)管理因此就顯得尤為重要。智能家居系統(tǒng)可以提供智能控制方案，使家庭主人在處理家務(wù)方面，既快捷又省力。還提供舒適健康的環(huán)境，可以監(jiān)視室內(nèi)的溫度、濕度，進(jìn)麗控制空調(diào)機(jī)的運(yùn)行，達(dá)到人工模擬大自然的氣息。使人們將來(lái)足不出戶就能體驗(yàn)和享受到身l臨大自然的美好境地。加大了處理緊急情況的力度、增強(qiáng)了住戶無(wú)人在家時(shí)的安全感，使人們能夠全身心地

2、投入工作，從而提高生活質(zhì)量。一切發(fā)明和創(chuàng)造都是為了人類的生活更加方便和舒適。智能家居的開(kāi)發(fā)與建設(shè)是2l世紀(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于信息技術(shù)的大力普及和應(yīng)用，極大推動(dòng)了家居智能化建設(shè)的進(jìn)程，更為家居智能化提供了可靠的技術(shù)保障，實(shí)施起來(lái)更加容易和簡(jiǎn)捷。智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化、個(gè)性化的獨(dú)特魅力，它對(duì)于改善現(xiàn)代人類的生活質(zhì)量，創(chuàng)造舒適、安全、便利的生活空間有著非常重要的意義。1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居照明方案。在智能家居發(fā)展過(guò)程中，美國(guó)一直處于領(lǐng)先水平。

3、近來(lái)，以美國(guó)微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國(guó)際知名企業(yè)，先后躋身于智能家居的研究與開(kāi)發(fā)中，例如：微軟開(kāi)發(fā)的“夢(mèng)幻之家"、IBM公司開(kāi)發(fā)的“家庭主任"、摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)的“居所之門(mén)”等。3COM公司也一直在通過(guò)因特網(wǎng)向用戶宣傳智能家居這一概念，并正在研發(fā)家用無(wú)線網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。此外Intel公司、托馬杜多媒體公司、日本松下電器公司、新加坡科技電子公司、韓國(guó)三星公司等知名企業(yè)也正致力于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)工作。在國(guó)外各大企業(yè)研發(fā)智能家居產(chǎn)品的同時(shí)，國(guó)內(nèi)廠商也已開(kāi)始智能家居產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，特別是一些大型IT企業(yè)利用自身在資金與技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，在低端產(chǎn)品市場(chǎng)上占據(jù)了相當(dāng)重要的地

4、位。比如：清華同方ehome事業(yè)部、北京德達(dá)創(chuàng)先科技集團(tuán)、南京普天樓宇智能有限公司、中美科龍公司、上海五艾智能系統(tǒng)有限公司、深圳正星特科技有限公司等都正加緊研發(fā)智能家居系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品。總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)智能家居產(chǎn)品的研發(fā)從上世紀(jì)九十年代后期才起步，起步較晚，在整體水平上參差不齊，軟件功能較差，升級(jí)能力差，系統(tǒng)也不易維護(hù)；而且大都采用了有線通信技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、布線成本較高，基于無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)目前還處于試驗(yàn)階段。1.3 概況傳統(tǒng)智能照明系統(tǒng)的特點(diǎn)和不足傳統(tǒng)的智能照明系統(tǒng)一般是有線的方式來(lái)組建的，如LonWorks、CEBus、X-10、RS485、CANBus、Ethernet等。其中X-

5、10是智能型系統(tǒng)中最被廣泛采用之技術(shù)，主要是因?yàn)閮r(jià)格便宜及部分消費(fèi)者可自行裝設(shè)：而CEBus及LonWorks雖然品質(zhì)及性能都較X-10好，但偏高的售價(jià)卻造成難以普及，至于LonWorks目前主要市場(chǎng)還是在工、商業(yè)界，而且通常需要專業(yè)人員協(xié)助裝設(shè)。RS485、CANBus用于自動(dòng)化工業(yè)控制場(chǎng)合，技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟。Ethernet適合高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，用于家庭自動(dòng)化控制也受到電纜布線的限制口1。一些技術(shù)發(fā)展己經(jīng)相對(duì)比較成熟，而且在行業(yè)已經(jīng)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)性和通用性，但普遍還存在以下缺點(diǎn)：1，基于有線的方案的明顯缺點(diǎn)是布線麻煩，增減設(shè)備需要重新布線，而且影響美觀：另一方面系統(tǒng)可擴(kuò)展性差，系統(tǒng)

6、安裝和維護(hù)成本高，移動(dòng)性能差。2，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。智能家居內(nèi)部設(shè)備的通信和控制沒(méi)有一個(gè)國(guó)際上統(tǒng)一的通信接口標(biāo)準(zhǔn)，家居設(shè)備在家庭內(nèi)部的編碼方式隨便混亂。3，對(duì)PC的依賴?，F(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)中的家電需要依靠家庭內(nèi)部PC。PC必須一天24小時(shí)工作，否則家庭內(nèi)部的管理就無(wú)法進(jìn)行，無(wú)論是升級(jí)和維護(hù)都不方便。鑒于此，一種基于ZIGBEE技術(shù)的無(wú)線模塊+GPRS遠(yuǎn)程傳輸遠(yuǎn)程路燈控制系統(tǒng)很好的解決這些問(wèn)題。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的

7、“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)1.4 意義住宅智能照明控制系統(tǒng)的研究不僅為目前國(guó)際上前沿研究課題智能照明控制系統(tǒng)研究積累有益的經(jīng)驗(yàn)，而且還提高了照明光環(huán)境和住宅價(jià)值，以及為節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境提供了可靠途徑，這也是實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，并且具有極為廣闊的應(yīng)用前景。具體研究意義如下：1，提高住宅照明光環(huán)境質(zhì)量。在住宅的照明光環(huán)境設(shè)計(jì)中除充分考慮

8、到視覺(jué)作業(yè)，合適的照度，亮度分布，視覺(jué)舒適性，眩光控制，顯色性等，還考慮到人體因受到季節(jié)光減少而產(chǎn)生“季節(jié)性情感紊亂”因素和根據(jù)含不同光譜對(duì)褪黑素分泌的抑制能力強(qiáng)弱不同，視具體的情況采用不同的光源。2，體現(xiàn)以人為本的照明控制思想，根據(jù)人們的行為模式和住宅光環(huán)境決定照明的控制思想，創(chuàng)造一個(gè)個(gè)性化，藝術(shù)化，舒適，高雅的家庭光環(huán)境。好的照明光環(huán)境使人心情愉快，工作效率提高；而好的照明控制系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)好的照明光環(huán)境，而且節(jié)能，維護(hù)管理方便，真正實(shí)現(xiàn)綠色照明。3，構(gòu)成智能住宅系統(tǒng)的一部分。智能照明控制系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)光環(huán)境的合理控制；同時(shí)，其具有通信功能以及可擴(kuò)展性，可把住宅智能照明系統(tǒng)作為住

9、宅的子系統(tǒng)，并與家居自動(dòng)控制系統(tǒng)，電視，多媒體，探測(cè)，警報(bào)系統(tǒng)共同構(gòu)成家庭智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。二、研究主要內(nèi)容在智能照明領(lǐng)域，由于平臺(tái)和組網(wǎng)方式的多樣化，導(dǎo)致了智能照明的實(shí)現(xiàn)方案也是多樣化的，因此基于國(guó)內(nèi)外在網(wǎng)絡(luò)家電的研究現(xiàn)狀、成本、性能以及市場(chǎng)等多方面因素的綜合考慮，本課題采用近年逐漸興起的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接，本文研究的內(nèi)容主要有以下幾方面：1，采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行方案論證，模擬ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)，并且研究了方案的可行性。2，對(duì)ZigBee無(wú)線技術(shù)進(jìn)行深入的研究，并通過(guò)分析ZigBee技術(shù)及智能家居的特點(diǎn)，確定了智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，尋址方式?/p>

10、消息類型等特性。3，以51單片機(jī)射頻收發(fā)芯片CC2530為核心搭建了一套ZigBee網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，并通過(guò)與ZigBee協(xié)議棧的接口實(shí)現(xiàn)無(wú)線智能控制功能，并對(duì)ZigBee的主要功能進(jìn)行了測(cè)試。然后根據(jù)智能家居的網(wǎng)絡(luò)特征對(duì)ZigBee協(xié)議棧進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化。4，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，完成了無(wú)線智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。把ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)作為家居控制器，實(shí)現(xiàn)無(wú)線燈光控制。并結(jié)合終端設(shè)備的各種應(yīng)用對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試并給出了結(jié)論。三、研究步驟、方法本畢業(yè)設(shè)計(jì)首先從Zigbee功能板總體結(jié)構(gòu)入手，光敏傳感器在系統(tǒng)硬件總體思路清晰下，進(jìn)而展開(kāi)對(duì)無(wú)線光照傳感進(jìn)行研究。無(wú)線智能照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為

11、協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)三種.協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和所有終端節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成了ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。CC2530 在單個(gè)芯片上集成了ZigBee RF 前端、內(nèi)存和微控制器，為無(wú)線通信模塊與燈的集成提供了可能，成為開(kāi)發(fā)無(wú)線照明控制系統(tǒng)的最佳選擇.本無(wú)線燈光控制系統(tǒng)由無(wú)線終端燈節(jié)點(diǎn)和無(wú)線遙控器組成.每個(gè)燈節(jié)點(diǎn)和遙控器內(nèi)部都集成了無(wú)線收發(fā)的功能模塊.燈節(jié)點(diǎn)由CB 天線模塊，CC2530 模塊，燈驅(qū)動(dòng)電路模塊，燈電路模塊以及傳感器模塊組成.PCB 天線模塊及CC2530 內(nèi)部的無(wú)線收發(fā)器負(fù)責(zé)與其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信.CC2530 模塊負(fù)責(zé)接收，處理其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)包含自身節(jié)點(diǎn)信息的

12、數(shù)據(jù)，燈驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)燈模塊，實(shí)現(xiàn)燈的亮滅調(diào)光等功能.傳感器電路由光照檢測(cè)電路和熱釋電紅外線傳感器組成，可以采集光照強(qiáng)弱喝室人是否有人等信息，將此信息傳遞給芯片中的微控制器，根據(jù)這些信息通過(guò)控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，從而實(shí)現(xiàn)照明控制，以達(dá)到節(jié)能的目的.光照檢測(cè)電路通過(guò)光敏電阻監(jiān)視室內(nèi)光線的變化，當(dāng)光線亮度超過(guò)某一特定值時(shí)，控制器將檢測(cè)到來(lái)自于光敏電阻的輸出信號(hào)的變化，并將這種變化告訴協(xié)調(diào)器.協(xié)調(diào)器收到信號(hào)后會(huì)重復(fù)前面的操作完成對(duì)電燈的開(kāi)關(guān)動(dòng)作.從而實(shí)現(xiàn)燈光的遠(yuǎn)程智能無(wú)線控制。實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析：項(xiàng)目的主要工作在于單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)，以及ZigBee和GPRS模塊的設(shè)計(jì)，以及周圍電路的搭

13、設(shè)工作。擬通過(guò)電腦先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路和設(shè)計(jì)程序的仿真，再逐步完成實(shí)驗(yàn)設(shè)備的試制工作。整個(gè)流程循序漸進(jìn)，且項(xiàng)目有具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師和師兄指導(dǎo)，因此具有很好的可行性。四、研究進(jìn)度計(jì)劃2013年01月-2013年02月：針對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行其相關(guān)的文獻(xiàn)和資料檢索，對(duì)所有資料進(jìn)行分類、整理、吸收、消化熟悉Zigbee硬件系統(tǒng)，明確各部分功能，確定一個(gè)比較完善的設(shè)計(jì)方案，強(qiáng)化學(xué)習(xí)51單片機(jī)、C+，熟悉IAR-EW8051-760A軟件的使用； 2013年03月-2011年04月：熟悉基本實(shí)驗(yàn)程序并進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)與編寫(xiě)不斷實(shí)踐單片機(jī)編程技術(shù)。通過(guò)查閱并綜合的相關(guān)資料，寫(xiě)出畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)題報(bào)告。20

14、13年04月-2013年05月：依據(jù)老師講解相關(guān)要點(diǎn),設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的大致方案，對(duì)單片機(jī)編程調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)情況下的應(yīng)用調(diào)試工作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，大致完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。2013年05月-2013年06月：對(duì)總畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行總結(jié)、整理，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫(xiě)、排版、打印，提交 。準(zhǔn)備畢業(yè)論文的答辯和進(jìn)行畢業(yè)答辯 。五、參考文獻(xiàn)1 趙德申.建筑電氣照明技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社,2005 2 葉東毅.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程. 廈門(mén)大學(xué)出版社,20093 周荷琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù). 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,20084 李群芳,肖看.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社,2005

15、5Zigbee實(shí)戰(zhàn)演練 6 施旭燕智能家居自動(dòng)化技術(shù)研究 哈爾濱工程大學(xué)碩士論文20027 王建農(nóng). AT89C2051單片機(jī)與MT8880接口設(shè)計(jì). 20058 劉和平PlCl8Fxxx單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社.20059 沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 電子工業(yè)出版社.200510 梁森. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社.200611 Georgiy Pekhteryev、Zafer Sahinoglu、Philip Orlik and Ghulam Bhatti，ImageTransmission over IEEE 802154 and ZigBee

16、NetworksJ，IEEE ISCAS，May200512 IEEE 802154 2003：Wireless Medium Access Control(MAC)and PhysicalLayer (PHY) Specifications for LowRate Wireless Personal Area Networks(LRWPANs)Is13. Enabling the Development of Wireless Applications for ZigBee Novices. team, AIR 刊名：Wireless Design & Development 出版日期：2012 期號(hào)：No.6 14. The Research on CC2530 Nodes Communicating with Each Other Based on Wireless Zhenghua Xin;Hong Li;Liangyi Hu 刊名：TEL