基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)

基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)TheIntelligentSystemofHomeAppliancesBasedonZigbee設(shè)計(jì)報(bào)告摘要本次設(shè)計(jì)使用了指定硬件平臺(tái)：NXPLPC1769（Cortex-M3微控制器），以Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了智能家居模擬系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的智能家居模擬系統(tǒng)包括智能門禁系統(tǒng)、自動(dòng)窗簾、安防系統(tǒng)、可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè)、居室內(nèi)外溫度檢測(cè),通過(guò)短信與用戶交互，可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)家居隱患以及簡(jiǎn)單的安防。此次設(shè)計(jì)統(tǒng)秉承了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗、低成本、分布式和自組織的優(yōu)點(diǎn)，其靈活性和可靠性得到了提高，也方便用戶進(jìn)行無(wú)線和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。關(guān)鍵詞：NXP1769、Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能家居系統(tǒng)AbstractNXPLPC1769（Cortex-M3microcontroller）isusedasthespecifiedhardwareplatforminthedesignoftheintelligentsystemofhomeappliancesbasedonZigbeewirelesssensornetwork.Thissimulationsysteminclude：intelligentaccesscontrolsystem,automaticwindowcurtain,homesecuritysystem,flammablegasleakdetection,bedroominsideandoutsidetemperaturedetection,areal-timepotentialsafetyhazardandsecurityriskcanbefoundthroughuserinteractionviatextmessages.Thedesignhasthefollowingadvantagesofwirelesssensornetwork:lowpowerconsumption,lowcost,distributedandself-organization,itsflexibilityandreliabilityhasbeenimproved,alsomakeuserusewirelessremotemonitorandcontrolmoreconvenient.Keywords:NXPLPC1769、Zigbeewirelesssensornetwork、Intelligentsystemofhomeappliances

目錄第1章緒論 11.1 NXPLPC1769簡(jiǎn)介 11.1.1 NXPLPC1700系列 11.1.2 NXPLPC1769 11.1.3 特色和優(yōu)點(diǎn) 11.2 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介 31.2.1 設(shè)計(jì)背景 31.2.2 Zigbee技術(shù)概述 31.2.3 ZigBee技術(shù)特點(diǎn) 41.2.4 CC2430芯片簡(jiǎn)介 5第2章系統(tǒng)方案 52.1 系統(tǒng)總體方案 52.2 系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu) 6第3章系統(tǒng)功能 73.1 系統(tǒng)功能 7第4章實(shí)現(xiàn)原理 74.1 系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu) 74.2 主要通信協(xié)議—Zigbee協(xié)議 94.2.1 協(xié)議框架 94.2.2 通信流程 9第5章硬件框圖 105.1 控制中心硬件框圖 105.2 協(xié)調(diào)器模塊硬件框圖 115.3 數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖 115.3.1 數(shù)據(jù)采集終端1硬件框圖 115.3.2 數(shù)據(jù)采集終端2硬件框圖 125.3.3 數(shù)據(jù)采集終端3硬件框圖 12第6章硬件電路設(shè)計(jì) 146.1 控制中心硬件電路圖 146.2 Zigbee節(jié)點(diǎn)硬件電路圖 156.2.1 CC2430模塊硬件電路 156.2.2 CC2430串口硬件電路圖 156.3 可燃?xì)怏w檢測(cè)硬件電路圖 166.3.1 供電電源電路 166.3.2 MQ-2模塊電路圖 166.3.3 DHT11模塊電路圖 166.4 自動(dòng)窗簾模塊電路圖 176.5 智能門禁模塊電路圖 176.5.1 門禁讀卡器和電控鎖電路圖 186.5.2 人體紅外感應(yīng)電路圖 18第7章軟件設(shè)計(jì) 187.1 控制中心LPC1769的軟件設(shè)計(jì) 187.2 協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)（CC2430模塊） 217.3 終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)（CC2430模塊） 21第8章系統(tǒng)測(cè)試方案 258.1 NXPLPC1769測(cè)試 258.2 Zigbee節(jié)點(diǎn)測(cè)試 258.3 智能門禁系統(tǒng)測(cè)試 258.4 自動(dòng)窗簾系統(tǒng)測(cè)試 258.5 可燃?xì)怏w泄漏檢測(cè) 268.6 液晶屏測(cè)試 268.7 GSM模塊測(cè)試 26第9章測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析 269.1 測(cè)試儀器和設(shè)備 269.2 門禁讀卡器及數(shù)字電控鎖 279.3 溫濕度傳感器 279.4 MQ-2傳感器 279.5 人體紅外傳感模塊 289.6 直流減速電機(jī) 289.7 液晶屏 289.8 GSM模塊 289.9 LPC1769和Zigbee節(jié)點(diǎn) 28第10章實(shí)現(xiàn)功能 2810.1 控制中心NXPLPC1769 2810.2 Zigbee節(jié)點(diǎn)CC2430模塊 2910.3 門禁讀卡器及電控鎖： 2910.4 溫濕度傳感器DHT11 2910.5 MQ-2傳感器 2910.6 人體紅外傳感器 2910.7 直流減速電機(jī) 2910.8 液晶屏 2910.9 GSM模塊 30第11章系統(tǒng)特色 3011.1 無(wú)線特色 3011.2 傳感器特色 3011.3 語(yǔ)音電話和短信特色 30結(jié)論 31附錄 32參考文獻(xiàn) 33緒論NXPLPC1769簡(jiǎn)介NXPLPC1700系列LPC1700系列Cortex-M3微控制器用于處理要求高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用。ARMCortex-M3是下一代新生內(nèi)核，它可提供系統(tǒng)增強(qiáng)型特性，例如現(xiàn)代化調(diào)試特性和支持更高級(jí)別的塊集成。LPC1700系列Cortex-M3微控制器的操作頻率可達(dá)100MHz。ARMCortex-M3CPU具有3級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，帶獨(dú)立的本地指令和數(shù)據(jù)總線以及用于外設(shè)的稍微低性能的第三條總線。ARMCortex-M3CPU還包含一個(gè)支持隨機(jī)跳轉(zhuǎn)的內(nèi)部預(yù)取指單元。LPC1700系列Cortex-M3微控制器的外設(shè)組件包含高達(dá)512KB的Flash存儲(chǔ)器、64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)MAC、USB主機(jī)/從機(jī)/OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4個(gè)UART、2條CAN通道、2個(gè)SSP控制器、SPI接口、3個(gè)I2C接口、2-輸入和2-輸出的I2S接口、8通道的12位ADC、10位DAC、電機(jī)控制PWM、正交編碼器接口、4個(gè)通用定時(shí)器、6-輸出的通用PWM、帶獨(dú)立電池供電的超低功耗RTC和多達(dá)70個(gè)的通用I/O管腳。NXPLPC1769LPC1769/68/67/66/65/64

是基于

ARMCortex-M3

的微控制器，適用于高集成度和低功耗的嵌入式應(yīng)用。ARMCortex-M3

是新一代內(nèi)核，提供諸如增強(qiáng)調(diào)試特性和更高級(jí)別模塊集成支持等系統(tǒng)增強(qiáng)型特性。LPC1768/67/66/65/64

工作于高達(dá)

100MHz

的

CPU

頻率。ARMCortex-M3CPU

具有

3

級(jí)流水線功能，并采用哈佛結(jié)構(gòu)，支持獨(dú)立本地指令和數(shù)據(jù)總線以及用于外設(shè)的第三條總線。ARMCortex-M3CPU

還包括一個(gè)內(nèi)部預(yù)取單元，支持投機(jī)分支操作。LPC1769微控制器采用512KBFlash、64KBSRAM、USB2.0主機(jī)/OTG/設(shè)備、CAN2.0B接口、12位ADC、10位DAC、I2C、SPI、UART及各種其他外設(shè)。LPC1769同時(shí)還配備了一個(gè)10/100以太網(wǎng)控制器，并搭載了一個(gè)專用的以太網(wǎng)DMA（直接內(nèi)存訪問(wèn)）控制器。目前，來(lái)自IAR、Keil、Hitex、CodeRed等眾多領(lǐng)先工具供應(yīng)商的大量開(kāi)發(fā)工具、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)、中間件、技術(shù)支持服務(wù)等均對(duì)LPC1700系列提供良好支持。如：LPCXpresso和mbed（在線快速原型開(kāi)發(fā)工具）。特色和優(yōu)點(diǎn)（1）ARMCortex-M3

處理器，工作頻率可高達(dá)

100MHz（LPC1768/67/66/65/64）或

120MHz（LPC1769）。包含一個(gè)支持

8

個(gè)區(qū)域的存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU）。（2）RMCortex-M3

內(nèi)置嵌套向量中斷控制器（NVIC）。（3）高達(dá)

512kB

的片上

flash

程序存儲(chǔ)器。增強(qiáng)型

flash閃存加速器可實(shí)現(xiàn)零等待狀態(tài)下的高速

120MHz

工作。（4）可通過(guò)片上引導(dǎo)軟件實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）。（5）片上

SRAM

包括：*帶有本地代碼/數(shù)據(jù)總線的

32/16kBSRAM

在

CPU

上，用于高性能

CPU

訪問(wèn)。*帶有獨(dú)立訪問(wèn)路徑的

2/1

個(gè)

16kBSRAM

模塊以獲得更高吞吐量。這些

SRAM

模塊可用于以太網(wǎng)、USB

和DMA

存儲(chǔ)器，及用于通用

CPU

指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。（6）AHB

多層矩陣上的

8

通道通用

DMA

控制器（GPDMA）可與

SSP、I2S

總線、UART、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器外設(shè)、計(jì)時(shí)器匹配信號(hào)一同使用，及用于存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器的傳輸。（7）多層

AHB

矩陣互連為每個(gè)

AHB

主機(jī)提供單獨(dú)總線。AHB

主機(jī)包括

CPU、通用

DMA

控制器、以太網(wǎng)

MAC

和USB接口。該互連提供無(wú)仲裁延遲的通信。（8）分開(kāi)的

APB

總線允許高吞吐量，幾乎不會(huì)在CPU和DMA之間出現(xiàn)停頓。（9）仿真跟蹤模塊支持對(duì)指令執(zhí)行進(jìn)行無(wú)干擾式的高速實(shí)時(shí)跟蹤。（10）集成

PMU（電源管理單元）自動(dòng)調(diào)整內(nèi)部穩(wěn)壓器以便在睡眠、深度睡眠、掉電和深度掉電模式下實(shí)現(xiàn)功耗最小化。（11）四種低功耗模式：睡眠、深度睡眠、掉電和深度掉電。（12）單個(gè)

3.3V

電源（2.4V

至

3.6V）。（13）四個(gè)外部中斷輸入可設(shè)置為邊沿/電平觸發(fā)。Port0

和

Port2

的所有引腳均可用作邊沿觸發(fā)的中斷源。（14）非屏蔽中斷（NMI）輸入。（15）時(shí)鐘輸出功能可反映主振蕩器時(shí)鐘、IRC

時(shí)鐘、RTC

時(shí)鐘、CPU

時(shí)鐘和

USB

時(shí)鐘。（16）喚醒中斷控制器（WIC）允許

CPU

自動(dòng)從任何優(yōu)先級(jí)中斷中喚醒，這可能出現(xiàn)在當(dāng)時(shí)鐘在深度睡眠、掉電和深度掉電模式中停止時(shí)。（17）任何掉電模式下還能工作的中斷（包括外部中斷、RTC

中斷、USB的使用、以太網(wǎng)喚醒中斷、CAN

總線的使用、Port0/2

引腳中斷和

NMI）可將處理器從掉電模式中喚醒。（18）掉電檢測(cè)可分別為中斷和強(qiáng)制復(fù)位設(shè)置不同的閾值。（19）上電復(fù)位（POR）。（20）晶振工作頻率范圍

1MHz

至

25MHz。（21）4MHz

內(nèi)部

RC

振蕩器，精度誤差縮減為

1%，可選擇用作系統(tǒng)時(shí)鐘。（22）PLL

允許

CPU

以最高

CPU

速率工作而無(wú)需高頻晶體?？捎芍髡袷幤?、內(nèi)部

RC

振蕩器或

RTC

振蕩器運(yùn)行。（23）USBPLL

以增加靈活性。（24）不同安全級(jí)別的代碼讀保護(hù)（CRP）。（25）器件序列號(hào)唯一，便于識(shí)別（26）可提供

100

引腳

LQFP

封裝（14mm×14mm×1.4mm）ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)背景如今，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建智能家居網(wǎng)已經(jīng)成為勢(shì)不可擋的發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于有線網(wǎng)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不僅接入靈活、操作方便而且符合家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點(diǎn)，其應(yīng)用必將大大促進(jìn)家庭網(wǎng)絡(luò)智能化的進(jìn)程。目前實(shí)現(xiàn)組建智能家居網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)括藍(lán)牙、WiFi、以及極具發(fā)展?jié)摿Φ腪igBee。ZigBee技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，應(yīng)用在控制和監(jiān)控場(chǎng)合的無(wú)線通信方式。它使用2.4GHz波段，采用跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)。鑒于ZigBee技術(shù)的低成本、低功耗，低速率的特點(diǎn)，其必將是最符合智能家居控制的無(wú)線通信方式之一。Zigbee技術(shù)概述ZigBee是近年來(lái)提出的一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信新技術(shù)，主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以滿足對(duì)小型廉價(jià)設(shè)備的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)和控制。ZigBee技術(shù)的命名主要來(lái)自于人們對(duì)蜜蜂采蜜過(guò)程的觀察，蜜蜂在采蜜過(guò)程中，跳著優(yōu)美的舞蹈，其舞蹈軌跡像“Z”的形狀，其蜜蜂自身體積小，所需要的能量少，又能傳送所采集的花粉，借此意義Zigbee作為新一代無(wú)線通訊技術(shù)的命名。在此之前Zigbee也被稱為“HomeRFLite”、“RF-EasyLink”或“fireFly”無(wú)線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為Zigbee。Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無(wú)限擴(kuò)展。與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬(wàn)元人民幣以上，而每個(gè)Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣。每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無(wú)線連接。ZigBee技術(shù)特點(diǎn)ZigBee是一種無(wú)線連接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。作為一種無(wú)線通信技術(shù),ZigBee具有如下特點(diǎn):(1)低功耗:由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。(2)成本低:ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,估計(jì)很快就能降到1.5—2.5美元,并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。(3)時(shí)延短:通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短,典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用。(4)網(wǎng)絡(luò)容量大:一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備,一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò),而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式,每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。(6)安全:ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證,采用了AES-128的加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。幾種無(wú)線通信的比較如表1所示：表1幾種無(wú)線通信的比較CC2430芯片簡(jiǎn)介CC2430芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee協(xié)議的SoC解決方案。它延用了CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。CC2430擁有1個(gè)8位8051MCU，8KB的RAM，32KB、64KB或128KB的Flash，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、幾個(gè)定時(shí)器、AES128協(xié)處理器、看門狗定時(shí)器、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路，以及21個(gè)可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。CC2430芯片的主要特點(diǎn)有：32MHz單指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz頻段的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)；8KB的SRAM，其中4KB可在所有功耗模式下保持?jǐn)?shù)據(jù)；兼容RoHS的7×7mmQLP封裝；4種可編程功耗模式；可編程的看門狗定時(shí)器；上電復(fù)位功能；支持硬件調(diào)試功能；優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性；在休眠模式時(shí)僅0.9μA的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于0.6μA的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；較寬的電壓范圍（2.0～3.6V）；數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能；具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能；集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC；集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個(gè)強(qiáng)大的、支持幾組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE802.15.4規(guī)范的MAC計(jì)時(shí)器，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。系統(tǒng)方案系統(tǒng)總體方案基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)主要是由若干執(zhí)行機(jī)構(gòu)、若干無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，輔助機(jī)構(gòu)，家居控制中心，組成。其中,節(jié)點(diǎn)分布于客廳、臥室、廚房等需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域內(nèi),執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理和通信工作。無(wú)線執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)向主控報(bào)警，窗簾開(kāi)合和，模式開(kāi)啟電鎖開(kāi)關(guān)，等控制功能。無(wú)線協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)是節(jié)點(diǎn)和控制中心的信使，轉(zhuǎn)發(fā)兩者之間的通信數(shù)據(jù)。家居無(wú)線控制中心處理來(lái)自無(wú)線協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)的信息,并且為互聯(lián)網(wǎng)的連接提供接口進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。此次設(shè)計(jì)結(jié)合智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)，如家庭內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接距離較短,分布的節(jié)點(diǎn)并不是太多，并且數(shù)據(jù)的傳輸量也不是太大?；诩彝ゾW(wǎng)絡(luò)的這些特點(diǎn)，以協(xié)調(diào)器（協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)）為中心節(jié)點(diǎn)組建一個(gè)星形家庭網(wǎng)絡(luò)。家居系統(tǒng)的控制心，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，她支配整個(gè)系統(tǒng)的活動(dòng)。她可以發(fā)命令給協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器通過(guò)傳輸轉(zhuǎn)達(dá)給終端，協(xié)調(diào)器和終端之間是無(wú)線通信。終端獲得信息后控制外設(shè)傳感器等器件，這些外設(shè)就屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們時(shí)刻等待命令，一旦接受立即執(zhí)行相應(yīng)操作。協(xié)調(diào)器是控制中心和終端的信使，她實(shí)現(xiàn)了控制中心和終端的雙向無(wú)線通信。終端是系統(tǒng)的前線，它起著數(shù)據(jù)供給的作用。她在系統(tǒng)的邊緣，她是數(shù)據(jù)采集終端，算是擁有獨(dú)立系統(tǒng)的單元，她有獨(dú)立的微控制器（嵌入8051內(nèi)核），所以可對(duì)控制中心發(fā)來(lái)的命令，經(jīng)過(guò)分析之后命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)操作。終端和協(xié)調(diào)器是無(wú)線雙向通信的。協(xié)助機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)向用戶遠(yuǎn)程傳達(dá)信息的，比如語(yǔ)音電話手機(jī)。系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)控制中心根據(jù)總體方案畫出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，是按照結(jié)構(gòu)層次劃分四層：控制中心，協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)助機(jī)構(gòu)。他們之間的聯(lián)系如圖1所示：控制中心數(shù)據(jù)傳輸協(xié)助機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)調(diào)器Zigbee協(xié)議Zigbee協(xié)議協(xié)調(diào)器Zigbee協(xié)議Zigbee協(xié)議終端終端終端終端終端Zigbee協(xié)議終端Zigbee協(xié)議圖1智能家居系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)這只是系統(tǒng)方案的大致結(jié)構(gòu)，由于此次設(shè)計(jì)是智能家居模擬系統(tǒng)，在圖中的節(jié)點(diǎn)（終端和執(zhí)行機(jī)構(gòu)）只是取了三組，在實(shí)際運(yùn)用中可以根據(jù)需求增加多個(gè)節(jié)點(diǎn)，使家居系統(tǒng)更完善。系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能此次設(shè)計(jì)的智能家居模擬系統(tǒng)功能包括：智能門禁系統(tǒng)、自動(dòng)窗簾、可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè)、居室內(nèi)外溫度檢測(cè)和語(yǔ)音電話和短信報(bào)警，可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)家居隱患以及家居的安防。以下是系統(tǒng)功能的詳細(xì)描述：=1\*GB2⑴智能門禁系統(tǒng)：當(dāng)人走到家居門口時(shí)，人體紅外模塊檢測(cè)有人，人體攜帶著身份識(shí)別標(biāo)簽（預(yù)先設(shè)置好的ID卡或者鑰匙卡）時(shí)，標(biāo)簽會(huì)發(fā)送加密身份信號(hào)給門禁Zigbee設(shè)備，門禁系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析判斷后決定是否開(kāi)啟數(shù)字門鎖，用戶再也不用自己掏鑰匙開(kāi)門了；而為了方便用戶出門不用去扭開(kāi)數(shù)字門鎖，我們?cè)谑覂?nèi)接了一個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)，只要用戶按下開(kāi)關(guān)，門鎖就開(kāi)了，方便用戶出門。=2\*GB2⑵自動(dòng)窗簾：當(dāng)用戶選擇菜單的開(kāi)閉窗簾功能時(shí)候，窗簾會(huì)在打開(kāi)或者關(guān)閉停到合適的位置。由于用戶的窗戶窗簾的尺寸可調(diào)，所以窗簾開(kāi)/關(guān)的時(shí)間由用戶在菜單上自行設(shè)定。自動(dòng)窗簾還可以手動(dòng)操作，由用戶自動(dòng)調(diào)節(jié)窗簾的位置。=3\*GB2⑶可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè)：在廚房安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)，一旦檢測(cè)到可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)或者發(fā)生火災(zāi)，立即報(bào)警和短信遠(yuǎn)程報(bào)警通知，保證家居內(nèi)人員的人身安全。該節(jié)點(diǎn)還包括了一個(gè)溫濕度傳感器，可檢測(cè)廚房溫度和濕度。=4\*GB2⑷語(yǔ)音電話及短信報(bào)警在平時(shí)，語(yǔ)音電話是充當(dāng)普通語(yǔ)音電話，可以撥打和接聽(tīng)電話，里面插上可用的SIM卡既可以了。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或者可燃?xì)怏w泄漏濃度超標(biāo)的時(shí)候，蜂鳴器開(kāi)啟并且以短信方式發(fā)送給用戶報(bào)警。發(fā)送報(bào)警短信的電話號(hào)碼用戶可以設(shè)置的。實(shí)現(xiàn)原理本章節(jié)根據(jù)系統(tǒng)方案勾勒出了系統(tǒng)的物理框架和介紹了主要的通信協(xié)議—Zigbee協(xié)議。這次設(shè)計(jì)是在物理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分模塊實(shí)現(xiàn)各種功能，物理結(jié)構(gòu)之間通過(guò)指定的通信協(xié)議進(jìn)行相互傳達(dá)信息。CC2430是符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上Zigbee產(chǎn)品，為此次系統(tǒng)的無(wú)線通信提供了條件。系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部署如圖所示，部署圖中勾勒出了系統(tǒng)大體物理結(jié)構(gòu)，如圖2所示：控制中心（LPC1769）控制中心（LPC1769）語(yǔ)音電話和短信報(bào)警協(xié)調(diào)器接收節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)向主控傳送終端采集的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)2溫濕度數(shù)據(jù)采集端門禁控和制識(shí)別端安防數(shù)據(jù)采集端節(jié)點(diǎn)1溫濕度數(shù)據(jù)采集端氣體泄漏檢測(cè)端節(jié)點(diǎn)3溫濕度數(shù)據(jù)采集端窗簾控制端安防數(shù)據(jù)采集端圖2系統(tǒng)大體物理結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)1,2,3節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣，是以CC2430開(kāi)發(fā)板為核心，外接各種傳感器，門禁模塊（讀卡器，數(shù)字電控鎖，）人體紅外模塊（安防數(shù)據(jù)采集）和控制器件等。節(jié)點(diǎn)所用的傳感器為溫濕度傳感器DHT11和可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器MQ-2,；門禁讀卡器讀取ID卡識(shí)別身份；數(shù)字電控鎖是基于門禁讀卡上的，需要識(shí)別用戶ID卡信息；人體紅外模塊通過(guò)檢測(cè)人體釋放紅外線獲得數(shù)據(jù)，為安防提供數(shù)據(jù)；其他控制器件如直流減速電機(jī)用在窗簾控制。節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器是通過(guò)串口通信的。協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器是控制中心和節(jié)點(diǎn)的信使，也是CC2430開(kāi)發(fā)板，它通過(guò)無(wú)線接收得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)，他們之間的通訊是遵循Zigbee協(xié)議的。協(xié)調(diào)器和控制中心是通過(guò)串口通信的?？刂浦行目刂浦行模∟XPLPC1769核心板），主要是綜合和控制信息，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦?？刂浦行暮蛥f(xié)調(diào)器以及語(yǔ)音電話和短信報(bào)警都是通過(guò)串口通信。GSM模塊語(yǔ)音電話和短信報(bào)警是一個(gè)GSM模塊。平時(shí)，該模塊是充當(dāng)普通的語(yǔ)音電話；當(dāng)出現(xiàn)可燃?xì)怏w泄露和非法入侵等家居隱患發(fā)生時(shí)候，則馬上短信報(bào)警通知用戶。主要通信協(xié)議—Zigbee協(xié)議協(xié)議框架ZigBee標(biāo)準(zhǔn)采用分層結(jié)構(gòu)。每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實(shí)體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實(shí)體都通過(guò)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為上層提供一個(gè)接口，每個(gè)SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的功能。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)堆棧架構(gòu)是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場(chǎng)和實(shí)際需要定義的IEEE802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)定義了底層：物理層(PhysicalLayer，PHY)和媒體訪問(wèn)控制層(MediumAccessControlSub-Layer，MAC)。ZigBee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer，NWK)，應(yīng)用層(ApplicationLayer，APL)架構(gòu)。其中應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(ApplicationSupportSub-Layer，APS)，應(yīng)用架構(gòu)(ApplicationFramework，AF)。Zigbee協(xié)議框架如圖3所示：應(yīng)用類應(yīng)用類應(yīng)用框架Zigbee或OEM自定義應(yīng)用框架網(wǎng)絡(luò)層、安全協(xié)議層網(wǎng)絡(luò)層、安全協(xié)議層MAC層Zigbee聯(lián)盟MAC層PHY層IEEE組織PHY層圖3Zigbee協(xié)議框架通信流程一個(gè)基于Zigbee協(xié)議的通信流程簡(jiǎn)圖，如圖4所示：A應(yīng)用層A網(wǎng)絡(luò)層A應(yīng)用層A網(wǎng)絡(luò)層AMAC層A物理層B應(yīng)用層B網(wǎng)絡(luò)層BMAC層B物理層圖4通信流程完成一次通信，大概的流程如圖4，A設(shè)備的應(yīng)用層提出要求，形成應(yīng)用層的要求，然后到網(wǎng)絡(luò)層形成了網(wǎng)絡(luò)層的幀，然后到MAC層加上MAC層的格式然后到物理層，處理一下形成物理幀，然后收發(fā)機(jī)就發(fā)了。當(dāng)B收到了A的內(nèi)容經(jīng)過(guò)他的物理層去掉物理層的格式化的內(nèi)容然后再到MAC層進(jìn)行分析，順次到達(dá)B的應(yīng)用層，經(jīng)過(guò)了層層剝離最后獲得了A的應(yīng)有層的信息。相同地，B設(shè)備也是以相同的流程給A設(shè)備信息，這樣就實(shí)現(xiàn)了A設(shè)備和B設(shè)備的雙向通信。硬件框圖本章節(jié)是在第4章節(jié)提出的物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將各個(gè)模塊作出了具體的框圖，所有的框圖組成整個(gè)系統(tǒng)的物理框圖。控制中心硬件框圖控制中心硬件框圖是由大賽指定的硬件平臺(tái)NXPLPC1769為核心，向外擴(kuò)展而成。同通用I/O連接的有：液晶屏128*64，4*4矩陣鍵盤，蜂鳴器報(bào)警通知模塊；而通過(guò)兩個(gè)RS232串口連接了一個(gè)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音電話及短信報(bào)警功能的GSM模塊和協(xié)調(diào)器模塊和一個(gè)協(xié)調(diào)器CC2430模塊。為了能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音電話功能，給GSM模塊增加了音頻輸入的麥克風(fēng)和實(shí)現(xiàn)輸出的揚(yáng)聲器。外加給整個(gè)模塊加上了供電模塊和以太網(wǎng)網(wǎng)口。液晶屏和矩陣鍵盤配合使用為用戶提供信息和功能選擇；協(xié)調(diào)器給核心板傳遞終端節(jié)點(diǎn)采集的信息；蜂鳴器和GSM模塊配合實(shí)現(xiàn)報(bào)警通知。這些形成系統(tǒng)控制中心硬件框圖，如圖5所示：系統(tǒng)控制中心NXPLPC1769核心板電路通用I/O口系統(tǒng)控制中心NXPLPC1769核心板電路通用I/O口通用I/O口RS232串口1RS232串口2電源供電模塊液晶屏128*644*4矩陣鍵盤語(yǔ)音電話及短信報(bào)警GSM模塊協(xié)調(diào)器CC2430模塊蜂鳴器報(bào)警通知模塊以太網(wǎng)網(wǎng)口麥克風(fēng)音頻功率放大揚(yáng)聲器圖5系統(tǒng)控制中心硬件框圖協(xié)調(diào)器模塊硬件框圖和控制中心通過(guò)RS232串口連接的協(xié)調(diào)器和其他三個(gè)終端節(jié)點(diǎn)沒(méi)有硬件上的直接連接，他們是通過(guò)無(wú)線星形網(wǎng)絡(luò)通信的，圖6中所示表示他們的通信關(guān)系：RF模塊數(shù)據(jù)采集終端2RF模塊數(shù)據(jù)采集終端2CC2430模塊無(wú)線通信采用zigbee通信協(xié)議協(xié)調(diào)器CC2430模塊RF模塊RF模塊RS232串口控制中心模塊NXPLPC1769數(shù)據(jù)采集終端3CC2430模塊無(wú)線通信采用zigbee通信協(xié)議數(shù)據(jù)采集終端1CC2430模塊無(wú)線通信采用zigbee通信協(xié)議圖6協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)通信框圖數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖數(shù)據(jù)采集終端1硬件框圖終端節(jié)點(diǎn)1是一個(gè)CC2430模塊為核心，通用I/O口接一個(gè)采集溫濕度數(shù)據(jù)的傳感器DHT11和一個(gè)檢測(cè)可燃?xì)怏w傳感器MQ-2。整個(gè)模塊就是采集數(shù)據(jù)利用無(wú)線方式向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。整個(gè)框圖如圖7所示：數(shù)據(jù)采集終端1數(shù)據(jù)采集終端1CC2430模塊普通I/O口普通I/O口RF模塊可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器MQ-2協(xié)調(diào)器CC2430模塊無(wú)線通信采用zigbee通信協(xié)議溫濕度傳感器DHT11圖7數(shù)據(jù)采集終端1硬件框圖數(shù)據(jù)采集終端2硬件框圖終端節(jié)點(diǎn)2也是有一個(gè)CC2430模塊為核心，普通I/O口接了一個(gè)溫濕度傳感器DHT11，一個(gè)人體紅外感應(yīng)模塊，韋根讀卡器和數(shù)字門鎖控制模塊。人紅外模塊，韋根讀卡器和數(shù)字門鎖控制模塊配合實(shí)現(xiàn)門禁。整個(gè)模塊的數(shù)據(jù)信息也是通過(guò)無(wú)線方式傳送給協(xié)調(diào)器，硬件框圖如圖8所示：普通I/O口普通I/O口普通I/O口RF模塊普通I/O口協(xié)調(diào)器CC2430模塊數(shù)據(jù)采集終端2CC2430模塊無(wú)線通信采用zigbee通信協(xié)議人體紅外傳感模塊溫濕度傳感器DHT11偉庚讀卡器數(shù)字門鎖控制模塊圖8數(shù)據(jù)采集終端2硬件框圖數(shù)據(jù)采集終端3硬件框圖終端節(jié)點(diǎn)3同樣以CC2430為核心，普通I/O口接了一個(gè)溫濕度傳感器DHT11和一個(gè)直流減速電機(jī)模塊。直流減速電機(jī)模塊為系統(tǒng)自動(dòng)窗簾提供了條件。整個(gè)模塊的數(shù)據(jù)都是以無(wú)線方式傳送給協(xié)調(diào)器整個(gè)終端節(jié)點(diǎn)框圖如圖9所示：普通I/O口普通I/O口普通I/O口RF模塊協(xié)調(diào)器CC2430模塊數(shù)據(jù)采集終端2CC2430模塊無(wú)線通信采用zigbee通信協(xié)議溫濕度傳感器DHT11直流減速電機(jī)模塊圖9數(shù)據(jù)采集終端3硬件框圖硬件電路設(shè)計(jì)本章是在根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件框圖畫出了硬件電路圖?？刂浦行挠布娐穲D如圖10所示：圖10控制中心硬件框圖Zigbee節(jié)點(diǎn)硬件電路圖CC2430模塊硬件電路如圖11所示：圖11CC2430模塊硬件電路圖CC2430串口硬件電路圖如圖12所示：圖12CC2430串口硬件電路圖可燃?xì)怏w檢測(cè)硬件電路圖供電電源電路如圖13所示：圖13可燃?xì)怏w檢測(cè)硬件電路圖MQ-2模塊電路圖如圖14所示：圖14MQ-2模塊電路圖DHT11模塊電路圖如圖15所示：圖15DHT11模塊電路圖自動(dòng)窗簾模塊電路圖注：1、供電電源電路圖（略，同圖13）2、DHT11模塊電路圖（略，同圖15）如圖16所示：圖16窗簾控制電路圖智能門禁模塊電路圖注：1.供電電源電路圖（略，同圖13）；2.DHT11模塊電路圖（略，同圖15）門禁讀卡器和電控鎖電路圖如圖17所示：圖17門禁讀卡器和電控鎖電路圖人體紅外感應(yīng)電路圖如圖18所示：圖18人體紅外感應(yīng)電路圖軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)分為控制中心LPC1769的軟件設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)（CC2430模塊）和終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)（CC2430模塊）。控制中心LPC1769的軟件設(shè)計(jì)控制中心的軟件設(shè)計(jì)，如圖19所示：系統(tǒng)初始化開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)始進(jìn)入系統(tǒng)頁(yè)面協(xié)調(diào)器是否傳來(lái)數(shù)據(jù)？接收數(shù)據(jù)UART1的BUFFER[num]==‘a(chǎn)’？UART1的BUFFER[num]==‘b’？接收數(shù)據(jù)和已存ID卡號(hào)相同？電控鎖打開(kāi)和已存火災(zāi)報(bào)警號(hào)碼相同？觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)GSM有數(shù)據(jù)發(fā)送？接收數(shù)據(jù)圖19續(xù)：呼叫本機(jī)？呼叫本機(jī)？是否接聽(tīng)？通話結(jié)束進(jìn)入主菜單？選擇功能2：溫度查看1：語(yǔ)音電話3：時(shí)間設(shè)置4：門禁設(shè)置5：火災(zāi)設(shè)置6：鬧鐘定制撥打電話通話結(jié)束設(shè)置成功2：窗簾時(shí)間1：當(dāng)前時(shí)間顯示溫度1：添加卡號(hào)2：刪除卡號(hào)添加成功刪除成功設(shè)置報(bào)警通知電話號(hào)碼設(shè)置成功1：早晨模式2：夜間模式鬧鐘設(shè)置成功鬧鐘設(shè)置成功時(shí)間到達(dá)鬧鐘早晚設(shè)置時(shí)間，窗簾自動(dòng)開(kāi)閉功能完成系統(tǒng)頁(yè)面設(shè)置成功開(kāi)/關(guān)窗簾按鍵按下？開(kāi)/關(guān)窗簾圖19控制中心的軟件設(shè)計(jì)流程協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)（CC2430模塊）協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)，如圖20所示：系統(tǒng)初始化開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)始網(wǎng)絡(luò)建立指示燈閃爍收到數(shù)據(jù)？發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束圖20協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)流程終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)（CC2430模塊）1.終端節(jié)點(diǎn)1（火災(zāi)系統(tǒng)模塊）的軟件設(shè)計(jì)，如圖21所示：2.終端節(jié)點(diǎn)2（門禁系統(tǒng)模塊）的軟件設(shè)計(jì)，如圖22所示：3.終端節(jié)點(diǎn)3（自動(dòng)窗簾系統(tǒng)模塊）的軟件設(shè)計(jì)，如圖23所示：節(jié)點(diǎn)1（火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)模塊）設(shè)計(jì)流程：開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)始系統(tǒng)初始化設(shè)置節(jié)點(diǎn)ID號(hào)設(shè)置無(wú)線通訊信道設(shè)置無(wú)線通信短地址切換到公共信道設(shè)置發(fā)射功率加入網(wǎng)絡(luò)MAC層通訊處理定時(shí)采樣DHT11發(fā)送的數(shù)據(jù)以及MQ-2的返回狀態(tài)定時(shí)發(fā)送溫濕度值定時(shí)發(fā)送溫濕度值MQ-2返回低電平結(jié)束圖21節(jié)點(diǎn)1（火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)模塊）設(shè)計(jì)流程節(jié)點(diǎn)2（門禁系統(tǒng)模塊）設(shè)計(jì)流程：開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)始系統(tǒng)初始化設(shè)置節(jié)點(diǎn)ID號(hào)設(shè)置無(wú)線通訊信道設(shè)置無(wú)線通信短地址切換到公共信道設(shè)置發(fā)射功率加入網(wǎng)絡(luò)MAC層通訊處理定時(shí)采樣DHT11發(fā)送的數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送溫濕度值電控鎖開(kāi)室內(nèi)門禁開(kāi)關(guān)按下？結(jié)束讀卡通過(guò)？電控鎖開(kāi)圖22節(jié)點(diǎn)2（門禁系統(tǒng)模塊）設(shè)計(jì)流程節(jié)點(diǎn)3（智能窗簾系統(tǒng)模塊）設(shè)計(jì)流程：開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)始系統(tǒng)初始化設(shè)置節(jié)點(diǎn)ID號(hào)設(shè)置無(wú)線通訊信道設(shè)置無(wú)線通信短地址切換到公共信道設(shè)置發(fā)射功率加入網(wǎng)絡(luò)MAC層通訊處理定時(shí)采樣DHT11發(fā)送的數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送溫濕度值控制直流減速電機(jī)開(kāi)關(guān)窗簾收到開(kāi)/關(guān)窗簾命令？結(jié)束圖23節(jié)點(diǎn)3（門禁系統(tǒng)模塊）設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)測(cè)試方案本系統(tǒng)以NXPLPC1769為控制中心，它是以Zigbee節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。在完成此次設(shè)計(jì)完成之后我們對(duì)其各個(gè)模塊的各項(xiàng)功能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試方案如下：NXPLPC1769測(cè)試我們?cè)跍y(cè)試這個(gè)主芯片的時(shí)候，將編寫好的程序燒入主控制板，然后檢測(cè)每各個(gè)管腳的電壓。我們還將其它的模塊與它相連來(lái)測(cè)試他們是否正常工作。Zigbee節(jié)點(diǎn)測(cè)試在測(cè)試的時(shí)候該模塊的時(shí)候出來(lái)檢測(cè)各個(gè)管腳的電壓之外，我們還將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信程序下載到CC2430開(kāi)發(fā)板中，然后檢測(cè)它發(fā)送和接收數(shù)據(jù)是否是否正常。智能門禁系統(tǒng)測(cè)試=1\*GB3①門禁讀卡器：在給讀卡器供電后之后，將讀卡器的數(shù)據(jù)線接入同CC2430開(kāi)發(fā)板的普通I/O口上，在刷卡之后，會(huì)將該卡的ID號(hào)序列通過(guò)UART將其顯示在PC機(jī)上。=2\*GB3②門禁鎖：用直流電源給門禁鎖供電，然后用CC2430的I/O口上的高低電平通過(guò)控制電磁繼電器來(lái)選通門禁鎖的工作電流。=3\*GB3③人體紅外：將在給人體紅外模塊供電之后，將其數(shù)據(jù)線接在示波器上，如果它檢測(cè)到人體輻射的紅外線時(shí)，示波器原來(lái)顯示的低電平會(huì)變成高電平。自動(dòng)窗簾系統(tǒng)測(cè)試=1\*GB3①溫濕度傳感器：在給溫濕度傳感器供電之后，將其數(shù)據(jù)線接入CC2430的I/O口上，通過(guò)UART將其所采集的溫度和濕度的數(shù)據(jù)顯示在PC機(jī)上。=2\*GB3②人體紅外：將在給人體紅外模塊供電之后，將其數(shù)據(jù)線接在示波器上，如果它檢測(cè)到人體輻的紅外線時(shí)，示波器原來(lái)顯示的低電平會(huì)變成高電平。=3\*GB3③直流減速電機(jī)：將直流減速電機(jī)兩端接在L298的輸出引腳上，用CC2430開(kāi)發(fā)板的普通I/O口上的高低電平來(lái)控制L298的使能端，從而來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以達(dá)到窗簾的閉合。我們還在還給電機(jī)定時(shí)，當(dāng)時(shí)間到了之后，電機(jī)就會(huì)自行轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)閉合窗簾?？扇?xì)怏w泄漏檢測(cè)=1\*GB3①溫濕度傳感器DHT11：在給溫濕度傳感器供電之后，將其數(shù)據(jù)線接入CC2430開(kāi)發(fā)板的普通I/O口上，通過(guò)串口調(diào)試工具將其所采集的溫度和濕度的數(shù)據(jù)顯示在PC機(jī)上。=2\*GB3②MO-2傳感器：在給其供電之后，將其數(shù)據(jù)線接在示波器上，然后將打火機(jī)里面的液化氣釋放在該傳感器的周圍，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，示波器原來(lái)顯示的高電平會(huì)降低。液晶屏測(cè)試本系統(tǒng)使用的液晶屏是DM12864M，它能顯示32個(gè)漢字。將其與主控制芯片NXPLPC1769連接，字母可以讓液晶屏直接顯示，但是漢字和符號(hào)則需要控制其字形碼表才能正確的顯示。GSM模塊測(cè)試在測(cè)試該模塊時(shí)使用其自帶的軟件，向其發(fā)送AT這令來(lái)控制它正常工作。也可以通過(guò)串口與主控制芯片LPC1769連接，向其發(fā)送AT指令來(lái)控制。測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析測(cè)試儀器和設(shè)備在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)使用到的儀器和設(shè)備，具體如下：1、PC一臺(tái)2、數(shù)字萬(wàn)用表1塊3、直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)4、示波器1臺(tái)5、CC2430仿真器1臺(tái)6、可用SIM卡一張、7、可用手機(jī)1部8、門禁ID卡1張9、液化氣1瓶。在對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，我們將其一部分?jǐn)?shù)據(jù)記錄下來(lái)用以分析該系統(tǒng)工作的精確性。以下是各模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)：門禁讀卡器及數(shù)字電控鎖通過(guò)測(cè)試我們記錄下了所讀ID卡的卡號(hào)為：0009865431。在與系統(tǒng)所默認(rèn)的正確卡號(hào)比較之后，該卡號(hào)是正確的，同時(shí)控制電控鎖打開(kāi)。分析：測(cè)試所得卡號(hào)與原ID卡的卡號(hào)完全一致，電控鎖也可以打開(kāi)。說(shuō)明該模塊可以正常使用。溫濕度傳感器通過(guò)測(cè)試我們記錄了一系列的溫度與濕度：表2測(cè)試溫濕度溫度室內(nèi)（單位：℃）2829溫度室內(nèi)（單位：℃）3028濕度（單位：%RH）3018濕度（單位：%RH）3027表3當(dāng)前情況下標(biāo)準(zhǔn)溫濕度（此溫濕度是用溫濕度計(jì)測(cè)量）溫度室內(nèi)（單位：℃）2829溫度室內(nèi)（單位：℃）3028濕度（單位：%RH）3020濕度（單位：%RH）2928分析：測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值有一定的誤差。產(chǎn)生這些誤差的原因有：=1\*GB3①所使用的傳感器DHT11在溫度測(cè)量上有±2℃的誤差在濕度測(cè)量上有±5％RH的誤差。=2\*GB3②室內(nèi)溫度是兩個(gè)DHT11采集的溫濕度取平均值，雖然在一定程度上減小了誤差，但是如果因?yàn)槠骷⑿p壞（無(wú)法察覺(jué)）也造成了誤差。=3\*GB3③傳感器在不同的工作條件下也會(huì)影響其對(duì)溫濕度的計(jì)量。=4\*GB3④所使用的溫濕度計(jì)本身也具有一定的誤差。MQ-2傳感器測(cè)試結(jié)果：通過(guò)MQ-2的技術(shù)資料可知道它對(duì)液化氣和丙烷測(cè)試濃度范圍為100ppm-10000ppm；當(dāng)我們?cè)谒車尫糯蚧饳C(jī)里面的液化氣，在濃度達(dá)到它所能測(cè)量的濃度范圍之后，ＭＱ－２就產(chǎn)生了一個(gè)低電平。分析:這個(gè)測(cè)量結(jié)果與MQ-2的技術(shù)特性基本相符。它在測(cè)量液化氣的濃度時(shí)會(huì)受到外界溫濕度的影響，所以這樣會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)一定的誤差。而且MQ-2型氣敏元件對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值。人體紅外傳感模塊測(cè)試結(jié)果：在該傳感器正常工作后，當(dāng)我們接近它時(shí)，它檢測(cè)到了人體的熱輻射，產(chǎn)生了一個(gè)高電平。分析：在這次測(cè)量中，我們發(fā)現(xiàn)所使用的人體紅外傳感器反應(yīng)有點(diǎn)緩慢。估計(jì)原因是跟傳感器的靈敏度和工作電壓有關(guān)系。直流減速電機(jī)測(cè)試結(jié)果：在接好直流電機(jī)的電路之后，電機(jī)能夠按照預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。分析：電機(jī)能夠按照預(yù)定方案正常轉(zhuǎn)動(dòng)，但電機(jī)的轉(zhuǎn)速有些不一致，這跟電機(jī)內(nèi)部的線路有關(guān)系，兩個(gè)電機(jī)內(nèi)部的線路有一些差別。液晶屏測(cè)試結(jié)果：將需要顯示漢字的字型碼表寫入程序中，液晶屏顯示出了“歡迎使用智能家居系統(tǒng)”，在這個(gè)液晶屏里面還有一個(gè)菜單選擇系統(tǒng)，里面所有的漢字都能夠顯示出來(lái)了。分析：本系統(tǒng)采用的液晶屏是DM12864M，它能夠準(zhǔn)確的顯示出所需要的漢字。GSM模塊測(cè)試結(jié)果：在給它發(fā)送AT指令之后，它能夠打接電話，還可以向外發(fā)送短信。但是在接受短信的時(shí)候還是不太理想，對(duì)其寫入中斷指令，在接收到第一條短信后就不再觸發(fā)中斷。所以對(duì)我們?cè)瓉?lái)設(shè)想的用短信控制家居系統(tǒng)造成了影響以至于沒(méi)有應(yīng)用此功能。分析：他能夠?qū)崿F(xiàn)我們所需要的結(jié)果。有時(shí)候接收不到短信這可能跟程序的時(shí)序有問(wèn)題。LPC1769和Zigbee節(jié)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果：這兩個(gè)小模塊在正常的工作電壓之下均能正常工作。分析：LPC1769是我們向大賽主委會(huì)申請(qǐng)的板子，而Zigbee則是買的模塊。從原理上來(lái)說(shuō)這兩個(gè)模塊都能夠正常使用。但是LPC1769沒(méi)有外圍電路，而我們所需要的外圍電路都只能自己設(shè)計(jì)和焊接。實(shí)現(xiàn)功能控制中心NXPLPC1769實(shí)現(xiàn)功能：它是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，系統(tǒng)上所有的部件都是由它控制。外面的數(shù)據(jù)給主控制芯片發(fā)過(guò)來(lái)，當(dāng)主控制芯片在接受到數(shù)據(jù)之后，作出判斷，再發(fā)送后面的命令。Zigbee節(jié)點(diǎn)CC2430模塊實(shí)現(xiàn)功能：它是這個(gè)系統(tǒng)無(wú)線通信的基礎(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸都是在它的基礎(chǔ)上完成的，他承擔(dān)著發(fā)送和接收所有的數(shù)據(jù)。門禁讀卡器及電控鎖：實(shí)現(xiàn)功能：門禁讀卡器是用來(lái)識(shí)別ID卡號(hào)的設(shè)備，當(dāng)用戶進(jìn)門時(shí)需持卡在讀卡器前進(jìn)行讀卡，讀卡器讀取信息后，將信息送到控制中心，主機(jī)首先判斷該該信息是否合法，如合法則發(fā)出開(kāi)門指令（即向電控鎖發(fā)送接通信號(hào)，使門打開(kāi)；不合法則不發(fā)送開(kāi)門指令。電控鎖的功能就是控制門的開(kāi)關(guān)，家里的安防全靠它，當(dāng)卡號(hào)完全正確時(shí)，主控制板將給它一個(gè)信號(hào)，鎖就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)用戶在室內(nèi)時(shí)，只需要扭動(dòng)鎖體上的手動(dòng)開(kāi)關(guān)，鎖就也會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)我們關(guān)上門時(shí)，鎖體上的一對(duì)磁鐵就會(huì)工作促使電鎖將門鎖上。溫濕度傳感器DHT11實(shí)現(xiàn)功能：我們使用的溫濕度傳感器是DHT11。它能夠測(cè)量出室內(nèi)外的溫濕度，當(dāng)用戶想要出行時(shí)，可以隨時(shí)觀看一下戶外的溫濕度，提前做好準(zhǔn)備工作！在室內(nèi)時(shí)，也可以根據(jù)室內(nèi)溫度，來(lái)選擇我們的取暖或降溫方式。MQ-2傳感器實(shí)現(xiàn)功能：MQ-2是用來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)廚房液化氣或天然氣的濃度。有時(shí)候由于用戶的粗心導(dǎo)致煤氣的泄露，這個(gè)時(shí)候當(dāng)這些氣體濃度超過(guò)某一個(gè)預(yù)設(shè)濃度值之后，MQ-2就會(huì)檢測(cè)到，從而發(fā)出警報(bào)聲而且向用戶發(fā)出短信通知（用戶在戶外），使用