基于Zigbee技術的控制開關系統(tǒng)設計

1、西安電子科技大學機電工程學院 2012年大學生無線傳感網(wǎng)絡技術專題研究與開發(fā)項目申報書項目名稱：基于Zigbee技術的投影儀控制項目成員： 午建軍 楊力斌 指導教師： 趙建 所在專業(yè)、班級： 測控技術與儀器 041051 研究起止時間：2012年4月至 2013 年 1 月 西安電子科技大學機電工程學院綜合實驗中心2012年4月制 項目名稱基于Zigbee技術的智能照明系統(tǒng)設計項目來源教師提出項目 學生提出項目申請經(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）（對項目的實際應用對象和場合進行介紹，并簡要說明其項目研發(fā)意義。）該項目設計并實現(xiàn)用于高等院校本科生理論教學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，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用之一，具有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的投影儀往往采用有線連接，具有布線麻煩、增減設備需要重新布線、系統(tǒng)可擴展性差、安裝和維護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33作為新興的近距離無線通信技術之一，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)中應用； 二、項目主要技術指標（5號宋體字、行距：18）（提出項目的主要技術指標與功能要求）采用MSP430單片機+CC2520模塊設計，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、項目關鍵技術要點（5號宋體字、行距：18、不少于100

4、0字，可續(xù)頁）（說明該項目中的關鍵技術要點，主要有：傳感器選型、信號調(diào)理電路設計要求、控制器設計要求、結(jié)構(gòu)設計要求、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） 遠程控制系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡在家庭自動化領域的應用之一，本文設計的系統(tǒng)主要包括底層WSN、接入節(jié)點、遠端用戶和數(shù)據(jù)中心。需完成的主要功能有：(1)WSN無線傳感器網(wǎng)絡（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)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(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)給遠端用戶(手機)或者通過串口線轉(zhuǎn)發(fā)給PC機上的數(shù)據(jù)中心；接入節(jié)點還能夠解析遠端用戶或者數(shù)據(jù)中心發(fā)送的查詢命令、拓撲更新命令和開關燈控制命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給WSN中的底層節(jié)點。(3)遠端用戶和數(shù)據(jù)中心遠端用戶采用手機監(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)中心主要任務是接收哈爾濱丁程大學碩+學位論文并顯示W(wǎng)SN的監(jiān)測數(shù)據(jù)、實時顯示網(wǎng)絡拓撲結(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)設計可以分別從硬件、軟件兩個方面來實現(xiàn) 1、硬件設計要求(1)小型化：為了確保設備的實用美觀，應盡量保證節(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)可擴展性：當有新的監(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)的硬件設計必須具備較高的可擴展性；2、軟件設計要求(1)模塊化結(jié)構(gòu)：保證軟件設計的各部分采用模塊化結(jié)構(gòu)設計，各模塊之間的通信按照規(guī)定的接口進行，任何一個模塊的更新或改進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)絡的組建和通訊，網(wǎng)絡穩(wěn)定，具有一定的自我修復能力。同時網(wǎng)絡具備兼容性和通用性，四、設計方案說明（5號宋體字、行距：18、不少于1500字，可續(xù)頁）（較為詳細說明軟硬件、機殼、面板等設計方案以及樣機測試方法）

8、由智能控制系統(tǒng)的設計要求和結(jié)構(gòu)組成可知，系統(tǒng)的硬件設計也就是節(jié)點的設計。節(jié)點的設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機通信，并通過同步串行接口SPI與無線射頻收發(fā)模塊進行通信。處理器預留外接調(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工作原理圖電子凸輪系統(tǒng)硬件原理圖軟件設計方案1. 接入點軟件設計2.接入點工作流程2路由節(jié)點軟件設計路由節(jié)點軟件工作流程圖路由節(jié)點加入網(wǎng)絡后，對無線信號進行輪詢檢測。若接收到上傳數(shù)據(jù)，且此數(shù)據(jù)為拓撲更新數(shù)據(jù)，則在數(shù)據(jù)中加入自己的拓撲

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，則響應該命令；若接收到發(fā)給其他節(jié)點的數(shù)據(jù)，則進行轉(zhuǎn)發(fā)。3.終端節(jié)點軟件設計 終端節(jié)點主要負責網(wǎng)絡中數(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)絡后，周期性的向接入節(jié)點發(fā)送采集的光強、溫度、拓撲等信息，若收到數(shù)據(jù)中心的時間同步、測量周期設定或開關燈等控制命令，則執(zhí)行相應操作。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。鼠標放在數(shù)據(jù)中心顯示不同節(jié)點的圖標上，。五、經(jīng)費預算計劃（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、機殼購置等各種費用進行預算，列出經(jīng)費預算清單）電子元件（導線.開關 ） 50凸輪機 25MSP430F2618的AD轉(zhuǎn)換器 25中功率繼電器 20單片機 150直流電機 50總計 320六、預期成果（5號宋體字、行距：18）1.智能教室智能控制開關的配置。2.