基于ZigBee的家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、基于ZigBee的家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用基于ZigBee的家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用智能家居自動化節(jié)能方案家庭環(huán)境管家遠(yuǎn)程監(jiān)控防護(hù)電器智能控制智能家居自動化節(jié)能方案家庭環(huán)境管家遠(yuǎn)程監(jiān)控防護(hù)電器智能控制智能家居的三層體系結(jié)構(gòu)感知層： Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層： 智能家居網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計(jì)應(yīng)用層： 初級云平臺的設(shè)計(jì)與搭建智能家居的三層體系結(jié)構(gòu)感知層：ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)一.為什么選擇ZigBee 有線無線 1.布線繁瑣，安裝施工問題多；2.電纜用量大，材料浪費(fèi)多；3.系統(tǒng)功能固定，擴(kuò)展性差；4.運(yùn)行維護(hù)成本高，能量損耗大；5.移動性能差，且影響美觀；1.傳輸距離不限,超視距；2.安裝簡單無需布

2、線、易部署；3.使用方便；4.靈活性高、更綠色環(huán)保；ZigBeeBluetoothWIFI無線標(biāo)準(zhǔn)802.15.4802.15.4802.15.4傳輸速率250 kbps720 kbps11+ Mbps最大功耗1-3mW1-100mW100+mW傳輸距離1-100m+1-10+1-30+網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Mesh,StarStarStar網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)256-65536715-32 有線無線 1.布線繁瑣復(fù)雜，安裝施工問題多；2.電纜用量大，材料浪費(fèi)多；3.系統(tǒng)功能固定，擴(kuò)展性差；4.運(yùn)行維護(hù)成本高，能量損耗大；5.移動性能差，且影響美觀；1.傳輸距離不限,超視距；2.安裝簡單無需布線、可快速部署；3.使用方

3、便；4.靈活性高、更綠色環(huán)保；ZigBee的優(yōu)勢：低功耗成本低組網(wǎng)能力強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)容量大. ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)一.為什么選擇ZigBee 有線無二.ZigBee的基礎(chǔ)知識 ZigBee通信體系ZigBee最小模塊二.ZigBee的基礎(chǔ)知識 ZigBee通信體系Z三.ZigBee的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹形拓?fù)洌═ree）多跳網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（Multi hop mesh）三.ZigBee的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹形拓?fù)洌═ree）多跳網(wǎng)格結(jié)四.ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)形成四.ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)形成四.ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)16位地址分配1、確定節(jié)點(diǎn)深度值d

4、Cm 父設(shè)備擁有子設(shè)備數(shù)量的最大值 Lm 網(wǎng)絡(luò)的最大深度 Rm 子設(shè)備最大路由器數(shù)2、確定3、計(jì)算偏移值4、計(jì)算地址Aparent 為父設(shè)備地址深度值偏移值021152130n 是一個 1（Cm-Rm）的值四.ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)16位地址五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能四種幀結(jié)構(gòu)在MAC層和物理層上的描述信標(biāo)幀數(shù)據(jù)幀確認(rèn)幀MAC 層命令幀五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能四種幀結(jié)構(gòu)在MAC層和物理層五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能智能家居網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì) 網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。并且具有廣泛的感知網(wǎng)接入、通信協(xié)

5、議轉(zhuǎn)換和強(qiáng)大的系統(tǒng)管理等特點(diǎn)，同時有效降低成本，最總有利于家庭智能化的普及。控制組網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換本地控制軟硬件：運(yùn)行在 ZigBee無線模塊中的ZigBee協(xié)議棧程序和運(yùn)行在主處理器STM32中的嵌入式程序智能家居網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì) 網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)一.ZigBee協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器要完成的任務(wù)有很多，不僅要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建，還要接收和處理終端節(jié)點(diǎn)采集來的數(shù)據(jù)，與家居網(wǎng)關(guān)進(jìn)行串口通信，還要根據(jù)用戶的操作指令向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的參數(shù)等。CC2530+Z-Stack 一.ZigBee協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器要完成的任務(wù)有很多，不僅要負(fù)責(zé)C二.基于STM32的網(wǎng)關(guān)STM32F107VCT6+Dp84848+L

6、wIP LAN/Wifi 接入型網(wǎng)關(guān)二.基于STM32的網(wǎng)關(guān)STM32F107VCT6+Dp84三.網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)LwIP：Light Weight (輕型)IP協(xié)議LwIP的特性如下：(1)支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)(2)支持ICMP協(xié)議(3)包括實(shí)驗(yàn)性擴(kuò)展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）(4)包括阻塞控制，RTT估算和快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議）(5)提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口（Raw API）用于提高應(yīng)用程序性能(6)可選擇的Berkeley接口API（多線程情況下）(7)在最新的版本中支持ppp(8)新版本中增加了的IP fragment的支持.(9)支持DHCP協(xié)議,動態(tài)分配i

7、p地址.三.網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)LwIP：Light Weight (輕型三.網(wǎng)關(guān)的通信1、本地局域網(wǎng)通信三.網(wǎng)關(guān)的通信1、本地局域網(wǎng)通信2、遠(yuǎn)程通信三.網(wǎng)關(guān)的通信2、遠(yuǎn)程通信三.網(wǎng)關(guān)的通信智能家居云平臺傳統(tǒng)智能家居：信息孤立感知動作單一功能擴(kuò)展性差開發(fā)升級難度大Ninja BlocksYeelink京東智能云智能家居云平臺傳統(tǒng)智能家居：Ninja BlocksYeel一.智能家居云平臺的設(shè)計(jì)思想云數(shù)據(jù)中心是一個提供云服務(wù)的服務(wù)器集群。提供以下功能:( 1) 通過 Internet 接收來自家庭網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)并存儲，并根據(jù)內(nèi)置策略或來自控制端的指令將控制數(shù)據(jù)傳輸給家庭網(wǎng)關(guān);( 2) 通過 Interne

8、t 與控制端連接，向控制端提供系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)，接收來自控制端的指令;( 3) 對存儲的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，尋找可供進(jìn)一步利用的知識。一.智能家居云平臺的設(shè)計(jì)思想云數(shù)據(jù)中心是一個提供云服務(wù)的服務(wù)一.智能家居云平臺的設(shè)計(jì)思想 對上層屏蔽底層的差異，將所有操作轉(zhuǎn)化為對數(shù)據(jù)的操作，并向用戶或開發(fā)者提供統(tǒng)一的接口。傳感器類型檢測開關(guān)狀態(tài)布爾型檢測燈的亮度數(shù)值型檢測燈的顏色（RGB）多數(shù)值型執(zhí)行器類型控制燈的開關(guān)布爾型控制燈的亮度數(shù)值型控制燈的顏色多數(shù)值型采集數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)下載或推送數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) 定義一個廣義的傳感器，它既可以采集數(shù)據(jù)，又可以接收數(shù)據(jù)，那么對于燈這個設(shè)備來說，它可以由三個傳感器組

9、成，當(dāng)然還有其他組合方式。Switch(開關(guān))Level（亮度）RGB（顏色）一.智能家居云平臺的設(shè)計(jì)思想 對上層屏蔽底層的差異，將二.云平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)二.云平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)二.數(shù)據(jù)交互格式 對于本課題的云平臺而言，需要一種結(jié)構(gòu)化的描述語言作為數(shù)據(jù)格式，用以承受結(jié)構(gòu)明確的請求數(shù)據(jù)和返回?cái)?shù)據(jù)。（JSON VS XML）JSONXML可讀性適合機(jī)器閱讀適合人閱讀編碼難度容易相對困難解碼難度很容易較難數(shù)據(jù)體積數(shù)據(jù)小，傳輸快數(shù)據(jù)量較大 info: Login Success, id: 10000, username: linpcloud, apikey: 1a39ad4c87ba09ef861ead97

10、f010df7b二.數(shù)據(jù)交互格式 對于本課題的云平臺而言，需要一種結(jié)構(gòu)三.云平臺API設(shè)計(jì)請求方法URI/URL功能用戶接口POST/api/login用戶登錄，用戶認(rèn)證GET/api/user/獲取用戶的詳細(xì)信息PUT/api/user/更改用戶的詳細(xì)信息設(shè)備接口GET/api/devices獲取所有設(shè)備列表POST/api/devices添加一個新的設(shè)備GET/api/device/獲取設(shè)備的詳細(xì)信息PUT/api/device/更改設(shè)備的詳細(xì)信息DELETE/api/device/刪除設(shè)備傳感器接口GET/api/sensors/獲取指定設(shè)備下的所有傳感器POST/api/sensors/在指定設(shè)備下添加一個新的傳感器GET/api/sensor/獲取傳感器的詳細(xì)信息PUT/api/sensor/更改傳感器的詳細(xì)信息DELETE/api/sensor/刪除傳感器數(shù)據(jù)點(diǎn)接口POST/api/datapoint/為指定傳感器創(chuàng)建單個數(shù)據(jù)點(diǎn)GET/api/datapoint/獲取指定傳感器的最新數(shù)據(jù)POST/api/datapoints/批量上傳數(shù)據(jù)GET/api/datapoints/device/批量獲取數(shù)據(jù)GET/api/datapoints/sensor獲取歷史數(shù)據(jù)三.云平臺API設(shè)計(jì)請求方法URI/URL功能用戶接口POS