無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能家居設(shè)計(jì)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能家居終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用與人們的生活當(dāng)中，特別是在知識(shí)大爆炸的二十一世紀(jì)，各種發(fā)明，技術(shù)創(chuàng)新上的累積，量變累積到一定的程度產(chǎn)生了質(zhì)變,新的技術(shù)將逐漸應(yīng)用于智能家居，因此智能家居有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。本設(shè)計(jì)采用的ZigBee技術(shù)相比于其他的等無線通信技術(shù)、它性能好、成本更低。正在逐漸應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測軍事、智能家居、醫(yī)療健康、空間探索、智能家居等領(lǐng)域。這個(gè)論文是設(shè)計(jì)一個(gè)采用ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能家居終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過選取合適的芯片，通過熟練掌握并運(yùn)用CC2530等芯片、ZigBee無線通信的基本原理和Z-Stack協(xié)議棧的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了無線智能家居終端節(jié)點(diǎn)模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在IAR集成開發(fā)環(huán)境中使用C語言編寫相關(guān)程序代碼，實(shí)現(xiàn)硬件仿真。實(shí)現(xiàn)了智能家居的幾個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊的設(shè)計(jì)：電源模塊、紅外報(bào)警模塊、光照檢測模塊、溫度檢測模塊。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器能無線接收到這三大感應(yīng)模塊采集的的數(shù)據(jù)。再由協(xié)調(diào)器通過USB接口傳給PC機(jī)（即電腦）。關(guān)鍵字：ZigBee技術(shù)，傳感器，紅外報(bào)警，光照采集，溫度檢測AbstractWiththecontinuousdevelopmentandprogressoftechnologicallevel,moreandmoreadvancedtechnologieshavebeenappliedtopeople'slives,especiallyinthe21stcenturywhentheknowledgeexplosionoccurred.Variousinventionsandtechnologicalinnovationshaveaccumulatedtoacertainextent,resultinginqualitativechanges.ZigBeehasbetterperformanceandlowercost.Newtechnologieswillgraduallybeappliedtosmarthome,sosmarthomehasgreatpotentialfordevelopment。ithasbetterperformanceandlowercost.Itisgraduallyappliedinenvironmentalmonitoring,military,smarthome,medicalhealth,spaceexploration,smarthomeandotherfields.ThisdesignistodesignawirelesssensornetworksmarthometerminalbasedonZigBeetechnology.Bychoosingsuitablechips,masteringandusingCC2530andotherchips,thebasicprincipleofZigBeewirelesscommunicationandtheknowledgeofZ-Stackprotocolstack,thehardwaredesignandsoftwaredesignofwirelesssmarthometerminalmodulearerealized.IntheIARintegrateddevelopmentenvironment,Clanguageisusedtowriterelevantprogramcodesandrealizehardwaresimulation.Severalterminalnodemodulesofsmarthomearedesigned:powermodule,infraredalarmmodule,illuminationdetectionmoduleandtemperaturedetectionmodule.Thesesensormodulessendthecollecteddatatothenetworkcoordinatorthroughwirelessnetwork,andthentransmitthedatatothePCthroughtheUSBinterfacebythecoordinator.Keywords:ZigBeetechnology,sensors,infraredalarm,lightacquisition,temperaturedetection目錄摘要Ⅰ目錄Ⅳ緒論11.1課題的選題背景及意義11.2智能家居的研究現(xiàn)狀11.3課題研究內(nèi)容及章節(jié)安排2Zigbee技術(shù)簡介及原理32.1ZigBee技術(shù)簡介32.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)32.3ZigBee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)43.ZigBee硬件設(shè)計(jì)及其芯片選擇53.1CC2530芯片簡介53.2ZigBee開發(fā)板介紹72.3智能家居總體設(shè)計(jì)93.3.1紅外報(bào)警模塊93.3.2光照采集模塊113.3.3溫度傳感模塊124.智能家居軟件設(shè)計(jì)134.1IAREW8051集成開發(fā)環(huán)境介紹134.2Z-stack協(xié)議棧結(jié)構(gòu)144.3無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)154.4無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)計(jì)174.5紅外報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì)204.6光照采集模塊軟件設(shè)計(jì)224.7溫度傳感模塊的軟件設(shè)計(jì)25智能家居模塊測試275.1紅外報(bào)警模塊測試275.2光照采集模塊測試285.3溫度傳感模塊測試316.總結(jié)與展望336.1總結(jié)336.2展望34致謝35參考文獻(xiàn)36附錄37.緒論.1.1課題研究背景及其意義在21世紀(jì)的今天，隨著科學(xué)的進(jìn)步，技術(shù)的創(chuàng)新，人們生活質(zhì)量改善了，人們對(duì)家要求不僅僅是環(huán)境舒適，家庭生活的智能化也更加重視，于是就有人提出了“智能家居”這個(gè)概念。智能家居是指在人們的家庭中，通過一系列的無線發(fā)送和接收的技術(shù)，各種感應(yīng)設(shè)備，衛(wèi)星定位等技術(shù)，現(xiàn)實(shí)中的物品與互聯(lián)網(wǎng)相連，人們可以在互聯(lián)網(wǎng)上識(shí)別物品尋找物品，還能對(duì)物品進(jìn)行定位追蹤的網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)則是物聯(lián)網(wǎng)的底層，也是組成物聯(lián)網(wǎng)的最為關(guān)鍵的部分。就像人體的神經(jīng)末梢，傳感器感受到外界的刺激，使得傳感的敏感元件受刺激，電流或電壓發(fā)生劇烈或微弱變化。這些電流變化被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而能被人們所利用?！癦igBee技術(shù)”這個(gè)名字與蜜蜂有關(guān)，人們模仿蜜蜂的工作方式，由于蜂群采蜜的形狀，蜜蜂體積小，而且蜜蜂之間能相互分享花粉來源，方向，距離等信息。還能采集花粉，傳送花粉。因而這仿生物技術(shù)就由此得名。在早期，由于技術(shù)不完善不成熟，智能家居的成本高，導(dǎo)致智能家居不能得到普及。由于這最新的ZigBee技術(shù)具有其它無線通信技術(shù)無可比擬的特點(diǎn)，人人紛紛把目光轉(zhuǎn)向了智能家居設(shè)計(jì)上。1.2智能家居的研究現(xiàn)狀及定義近年來，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能家居也由以前的通過數(shù)據(jù)線控制線來各個(gè)設(shè)備改為利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來控制大樓，家庭的燈光照明，電視冰箱空調(diào)等家庭用品。甚至可以用手機(jī)對(duì)智能家居進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這背景下智能家居智能家居一直在不斷地發(fā)展，不少企業(yè)都認(rèn)為智能家居是一個(gè)朝陽行業(yè)，開始了智能家居的研發(fā)，這也直接促進(jìn)了智能家居這個(gè)行業(yè)的發(fā)展。但是由于各個(gè)方面的原因，沒能得到普及。一方面是由于大多數(shù)人低經(jīng)濟(jì)實(shí)力不滿足智能家居的要求；另一方面，由于技術(shù)還不夠完善或者設(shè)計(jì)成本高，生產(chǎn)者無法從中獲取利益。而這種新興的ZigBee技術(shù)由于擁有其他無線通信技術(shù)所不具備的特點(diǎn)（如成本低）將徹底改變這種狀況。目前的智能家居主要是以單品出現(xiàn)，尤其以智能家電居、智能冰箱、智能空調(diào)、智能照明等居多，沒有實(shí)現(xiàn)由一個(gè)控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)來控制智能家居的燈的開關(guān)，電視的開關(guān)等等。1.3課題研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)的步驟本設(shè)計(jì)是關(guān)于基于ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)的終端是由這幾個(gè)模塊組成：電源模塊、紅外報(bào)警模塊、光照采集模塊和溫度傳感模塊組成，要求能實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。傳感器模塊將發(fā)送數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，之后傳給PC機(jī)。本設(shè)計(jì)的論文和智能家居系統(tǒng)的從選題到實(shí)現(xiàn)的流程如下查找并閱讀無線智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)、圖書資料，了解智能家居系統(tǒng)的基本的內(nèi)容,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有個(gè)初步的框架。2、統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)中所需器件的硬件材料和軟件以及獲取渠道。3、利用IAR軟件件程序環(huán)境，編寫環(huán)境對(duì)跟隨系統(tǒng)代碼繼續(xù)編寫，編譯和調(diào)試。4、在各模塊的功能相繼實(shí)現(xiàn)之后，將各個(gè)模塊的終端節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)小型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。然后進(jìn)行多次測試，排除可能出現(xiàn)的故障以確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)章節(jié)安排本論文的章節(jié)結(jié)構(gòu)如下：第一章，詳細(xì)闡述了關(guān)于無線智能家居的選題的內(nèi)在意義和現(xiàn)下智能家居的發(fā)展前景。第二章，ZigBee技術(shù)簡介及原理，詳細(xì)介紹ZigBee技術(shù)的工作原理以及芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也解釋ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。第三章，ZigBee硬件設(shè)計(jì)及其芯片選擇。主要是介紹畢設(shè)要用到的CC2530芯片、設(shè)計(jì)到的ZigBee開發(fā)板。此外，設(shè)計(jì)紅外報(bào)警模塊、光照采集模塊、溫度采集模塊。第四章，智能家居終端軟件設(shè)計(jì)，本章節(jié)主要介紹了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的軟件開發(fā)的IAR開發(fā)環(huán)境，Z-stack協(xié)議棧。還有溫度傳感器，光照采集模塊和紅外報(bào)警模塊的軟件設(shè)計(jì)的具體方案和相應(yīng)模塊的實(shí)現(xiàn)。第五章，系統(tǒng)的整體測試，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行測試。第六章，總結(jié)與展望，總結(jié)畢設(shè)過程中遇到的困難，找出畢設(shè)的一些不足的地方，還有需要挑戰(zhàn)的地方，探討無線智能家居繼續(xù)改進(jìn)的方向。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)首先在于設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)，把各個(gè)模塊通過協(xié)調(diào)器組成一個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)需要。組成通過ZigBee技術(shù)無線通信實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期的整體功能。整個(gè)系統(tǒng)可以描述為各個(gè)傳感器將數(shù)據(jù)通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)并通過USB將數(shù)據(jù)傳給PC端。2.ZigBee技術(shù)簡介及原理2.1ZigBee技術(shù)簡介ZigBee技術(shù)是一種最近興起的一種被快速被廣泛應(yīng)用應(yīng)用的無線通信技術(shù)，具有可靠安全低功耗、成本低的的特點(diǎn)。主要用于小范圍的無線通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由以下各種類型的節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)也可稱之為設(shè)備。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器:一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)協(xié)調(diào)器，因而是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)管理網(wǎng)絡(luò)和分配地址等?？梢哉fZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的“大腦”。Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由器：它是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的中繼站，主要功能是路由發(fā)現(xiàn)、信息轉(zhuǎn)發(fā)、也有協(xié)調(diào)器的部分功能，比如如允許其他終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)：主要負(fù)責(zé)傳感模塊的信息采集和發(fā)送，只能被動(dòng)加入無線傳感網(wǎng)絡(luò)。2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2-1Zigbee網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要有這三種：他們分別是：星型、樹型和網(wǎng)狀型。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)：所有終端設(shè)備只發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器或終端節(jié)點(diǎn)只能接收到ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的信息。，但是不同的終端節(jié)點(diǎn)不能相互發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。。如果協(xié)調(diào)器被激活工作，它就建立一個(gè)自己的網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋椭贿m合終端節(jié)點(diǎn)比較少的無線傳感網(wǎng)絡(luò)樹形網(wǎng)絡(luò)：樹形網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備只與自己的子設(shè)備進(jìn)行通信，父節(jié)點(diǎn)可以與它的子節(jié)點(diǎn)和他的上一層進(jìn)行通信，他的上一層可以是路由器，也可以是ZigBee協(xié)調(diào)器。這種類型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢詰?yīng)用于大規(guī)模，多終端節(jié)點(diǎn)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備都可以與感應(yīng)范圍內(nèi)地其他設(shè)備進(jìn)行通信，協(xié)調(diào)器在ZigBee開發(fā)板中進(jìn)行編程來定義，一旦協(xié)調(diào)器完成網(wǎng)絡(luò)的建立，其功能就和路由器一樣了。本設(shè)計(jì)就是采用星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣能用于大型的無線網(wǎng)絡(luò)。3.Zigbee硬件設(shè)計(jì)及其芯片選擇3.1CC2530芯片簡介CC2530芯片是ZigBee技術(shù)應(yīng)用開發(fā)必不可少的重要電子芯片，它是組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)路由器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的核心部分。CC2530芯片內(nèi)有最先進(jìn)的RF射頻收發(fā)器的良好特性，有四種不同的閃存，此外還有不同耗電量的運(yùn)行模式，這使得它能應(yīng)用與超低電耗的電路系統(tǒng)。CC2530芯片還能提供一個(gè)強(qiáng)大的解決方案，這主要?dú)w功于他結(jié)合了先進(jìn)的ZigBee協(xié)議棧。CC2530芯片的電路原理圖如下圖2-3CC2530的電路原理圖CC2530芯片內(nèi)部含有晶振，定時(shí)器和DMA等，芯片的結(jié)構(gòu)框架圖如圖所示。圖2-4CC2530芯片結(jié)構(gòu)框架圖3.2ZigBee開發(fā)板介紹ZigBee開發(fā)板內(nèi)含CC2530芯片，是單片機(jī)的一種。它的程序編譯是IAR，ZigBee開發(fā)板因?yàn)槠洳僮骱唵危c外接的電路模塊連接方便，還有豐富的學(xué)習(xí)資料。是初學(xué)者學(xué)習(xí)和研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)的最實(shí)用的開發(fā)工具。此外，其發(fā)送和接收可以按照IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。開發(fā)板主要包含三個(gè)模塊如下：電源時(shí)鐘模塊、外設(shè)電路模塊、AF射頻模塊。調(diào)試接口采用的是smartRF04EB)。其他外設(shè)部件：功能功能選擇與擴(kuò)展跳線，連接插槽。原圖如下圖3-1CC3530開發(fā)板實(shí)物圖3.3智能家居總體設(shè)計(jì)本無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能家居設(shè)計(jì)主要由三個(gè)部分組成:PC機(jī)（電腦）ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和模塊終端節(jié)點(diǎn)。

PC機(jī)要下載安裝IAR軟件和其他的輔助軟件。

zigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器:在IAR中的程序編譯完成并且沒有錯(cuò)誤，可點(diǎn)擊下載調(diào)試通過USB仿真器將網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的程序下載到開發(fā)板中。這樣就可以作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。

zigBee終端節(jié)點(diǎn):電腦同樣通過USB仿真器將終端相關(guān)的程序下載到ZigBee開發(fā)板，即是一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的終端節(jié)點(diǎn)有三個(gè):紅外報(bào)警模塊節(jié)點(diǎn)、光照采集模塊節(jié)點(diǎn)和溫度傳感器模塊節(jié)點(diǎn)。3.3.1紅外報(bào)警模塊本設(shè)計(jì)采用的傳感器是型號(hào)為HC-SR501人體紅外傳感器。它具有全自動(dòng)感應(yīng)功能，人進(jìn)入其感應(yīng)范圍就輸出高電平，感應(yīng)范圍無人時(shí)則輸出低電平。無源蜂鳴器。紅外傳感器實(shí)物圖如下：圖3-2人體紅外傳感器實(shí)物圖圖3-3無源蜂鳴器HC-SR501人體紅外傳感器采用直流5V到10V電源供電，功耗低六十毫安，感應(yīng)范圍內(nèi)有人則輸出高電平，無人時(shí)則輸出低電平；人體紅外傳感器正常工作溫度為-15到70°C，延時(shí)時(shí)間可調(diào)（0.3-18秒）；紅外傳感器的感應(yīng)范圍是一個(gè)角度小于120°，7米內(nèi)的小區(qū)域。HC-SR501有兩種觸發(fā)方式：（1）不可重復(fù)，（2）可重復(fù)的。主要的工作特性如下：傳感器接線方式:

1.VCC:接開發(fā)板電源正極（5V）接口

2.OUT:接開發(fā)板P0.4接口

3.GND:接開發(fā)板GND接口工作原理：人體的體溫都比較穩(wěn)定，一般在37度左右，這個(gè)溫度下人體發(fā)出的紅外電波波長為10um,傳感器的中的被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。傳感器模塊感應(yīng)的微小的電壓波動(dòng)，經(jīng)后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就會(huì)使蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。這就是紅外報(bào)警模塊。。圖3-4人體紅外報(bào)警模塊原理圖3.3.2光照采集模塊硬件設(shè)計(jì)本模塊采用光照度傳感器來采集光照數(shù)據(jù)。實(shí)物圖和接線圖如下：圖3-5光敏傳感器圖3-6接線方式光敏傳感器的三個(gè)分別接在開發(fā)板的P0.5,接口，GND和3.3V光照度傳感器的工作原理是熱電效應(yīng)原理，感應(yīng)元件其表面涂有高吸收率的黑色涂層，這種黑手涂層能夠吸收太陽光。光敏感應(yīng)材料吸收溫度，元件內(nèi)部的電子隨著溫度梯度向低溫區(qū)移動(dòng)，產(chǎn)生了微弱的電流，與冷熱接點(diǎn)相比較，產(chǎn)生溫差電勢(shì)。在線性范圍內(nèi)，輸出信號(hào)和太陽輻照度成正比。為減小溫度的影響則配有溫度補(bǔ)償線路，3.3.3溫度傳感模塊本溫度檢測模塊采用的是DS18B20溫度傳感器。因?yàn)樗哂畜w積小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)，DS18B20有三個(gè)端口，其中，VDD為電源輸入端，測量溫度范圍為-55°C至+125℃。圖3-7溫度傳感器實(shí)物圖DS18B20數(shù)字溫度傳感器引線方式：紅色，白色，黑色。實(shí)驗(yàn)中將紅色線接在開發(fā)板上的P1.0的3.3V電源線上即可。溫度傳感器原理：DS18B20測溫原理如圖所示。圖3-8DS18B20工作原理圖4.智能家居軟件設(shè)計(jì)4.1IAREW8051集成開發(fā)環(huán)境介紹圖4-1IAR開始界面開發(fā)環(huán)境如下：圖4-2IAR開發(fā)環(huán)境界面4.2Z-stack協(xié)議棧4.2.1Z-stack協(xié)議棧簡介Z-Stack協(xié)議棧是由TI公司推出的關(guān)于ZigBee的協(xié)議棧。主要是用來配合CC2530芯片來進(jìn)行開發(fā)的。他得到了全球大多數(shù)開發(fā)商的認(rèn)可和采用。Z-Stack協(xié)議棧的使用要在IAR開發(fā)環(huán)境中才能使用。它向用戶提高一個(gè)名為操作系統(tǒng)抽象OSAL的調(diào)度函數(shù)，用戶可通過API來進(jìn)行。協(xié)議棧對(duì)于用戶是透明的，不可見的4.2.2Z-stack協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖4-3Zstack協(xié)議棧結(jié)構(gòu)4.2.3ZigBee協(xié)議棧工作流程主要是對(duì)硬件，I/O和HAL各層層等等進(jìn)行初始化，然后后進(jìn)入OSAL輪循環(huán)主任務(wù)，看有什么事件發(fā)生，如果有事件要進(jìn)行處理，就調(diào)用與之相對(duì)應(yīng)的函數(shù)來處理，如果沒有時(shí)間要處理，就一直檢測是否有事件要處理。圖4-4協(xié)議棧工作流程圖Z-stack是在首先進(jìn)入main()函數(shù)，main()函數(shù)主要任務(wù)是：一是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對(duì)硬件進(jìn)行初始化。這是程序能正常工作的前提，二是執(zhí)行系統(tǒng)0SAL任務(wù)循環(huán)任務(wù)。4.3無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先接上一個(gè)5V的電源或者直接通過PC機(jī)由USB接線進(jìn)行供電。然后對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行硬件初始化和系統(tǒng)初始化。再由pc機(jī)向協(xié)調(diào)器發(fā)送命令組建一個(gè)星型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，之后網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就相當(dāng)于無線網(wǎng)絡(luò)中路由器。組網(wǎng)成功后，協(xié)調(diào)器進(jìn)入進(jìn)入OSAL任務(wù)主循環(huán)任務(wù)，將周期性接收到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，然后通過USB線傳給PC機(jī)。具體的工作流程圖如下：進(jìn)入OSAL任務(wù)主循環(huán)開始進(jìn)入OSAL任務(wù)主循環(huán)開始協(xié)調(diào)器初始化協(xié)調(diào)器初始化OSAL是否有事件發(fā)生OSAL是否有事件發(fā)生建立無線網(wǎng)絡(luò)建立無線網(wǎng)絡(luò) 否 是是否有節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)申請(qǐng)是否有節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)申請(qǐng)無線接收數(shù)據(jù)無線接收數(shù)據(jù)否 是是否入網(wǎng)成功事件處理是否入網(wǎng)成功事件處理否 是圖4-5協(xié)調(diào)器工作流程圖核心代碼：intmain(void){osal_int_disable(INTS_ALL);HAL_BOARD_INIT();zmain_vdd_check();InitBoard(OB_COLD);HalDriverInit();osal_nv_init(NULL);ZMacInit();zmain_ext_addr();#ifdefinedZCL_KEY_ESTABLISHzmain_cert_init();#endifzgInit();#ifndefNONWKafInit();#endifosal_init_system();osal_int_enable(INTS_ALL);InitBoard(OB_READY);zmain_dev_info();#ifdefLCD_SUPPORTEDzmain_lcd_init();#endif#ifdefWDT_IN_PM1/*IfWDTisused,thisisagoodplacetoenableit.*/WatchDogEnable(WDTIMX);#endifosal_start_system();return0;}4.4無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)無線終端節(jié)點(diǎn)上電初始化之后，自動(dòng)搜索附近的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，若有發(fā)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)并比較距離。選擇最近的無線網(wǎng)絡(luò)。發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，若因?yàn)橐恍┎恢脑虿荒苋刖W(wǎng)成功，則繼續(xù)申請(qǐng)入網(wǎng)，直到得到協(xié)調(diào)器分配的地址，入網(wǎng)成功。入網(wǎng)成功后，周期性發(fā)送傳感器模塊節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。工作流程圖如下;開始開始終端初始化終端初始化讀取傳感器數(shù)據(jù)讀取傳感器數(shù)據(jù)向協(xié)調(diào)器發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求向協(xié)調(diào)器發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)入網(wǎng)成功入網(wǎng)成功 否 是傳感器循環(huán)檢測傳感器循環(huán)檢測圖4-6終端節(jié)點(diǎn)工作流程圖4.5紅外報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用的是最新的靈敏度較高的HC-SR501可調(diào)紅外傳感器人體紅外傳感器和低電平觸發(fā)的蜂鳴器。本模塊需要完成相關(guān)端口和I/O的配置，紅外傳感器模塊周期性循環(huán)檢測，將紅外傳感電阻的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器。具體的工作流程圖如下：開始開始初始化發(fā)送數(shù)據(jù)初始化發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束結(jié)束紅外周期檢測紅外周期檢測蜂鳴器發(fā)出聲音有人蜂鳴器發(fā)出聲音有人 是 否圖4-7紅外報(bào)警模塊流程圖核心代碼如下;voidSampleApp_Send_P2P_Message(void){bytestate;if(DATA_PIN==1){MicroWait(10000);//Wait10msif(DATA_PIN==1){state=0x31;//有人進(jìn)入HalUARTWrite(0,"insecurity\n",11);//串口顯示HalLcdWriteString("insecurity",HAL_LCD_LINE_3);//LCD顯示}}else{state=0x30;HalUARTWrite(0,"security\n",9);//串口顯示HalLcdWriteString("security",HAL_LCD_LINE_3);//LCD顯示}if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,&state,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){}else{}}4.6光照采集模塊軟件設(shè)計(jì)本模塊采用光敏電阻來采集光照數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。光敏電阻接在ZigBee開發(fā)板的P0.5口。光照采集模塊首先初始化開發(fā)板的LED燈，串口初始化代碼，串口發(fā)送函數(shù)等。主要代碼如下：具體的工作流程圖如下：開始開始初始化初始化光照循環(huán)檢測光照循環(huán)檢測是否有光照是否有光照顯示屏輸出midnight顯示屏輸出light顯示屏輸出midnight顯示屏輸出light向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束結(jié)束圖4-8光照檢測傳感器流程圖光照模塊首先初始化開發(fā)板的LED燈，本模塊的相關(guān)代碼包括串口初始化代碼，串口發(fā)送函數(shù)，LED燈初始化代碼和獲取光敏電阻光照數(shù)據(jù)的函數(shù)。主要代碼如下：voidSampleApp_Send_P2P_Message(void){bytestate;if(DATA_PIN==1){MicroWait(10000);//Wait10msif(DATA_PIN==1){state=0x31;//當(dāng)光敏電阻處于黑暗中時(shí)P0.5高電平HalUARTWrite(0,"midnight\n",9);//串口顯示HalLcdWriteString("midnight",HAL_LCD_LINE_3);//LCD顯示}}else{state=0x30;HalUARTWrite(0,"light\n",6);//串口顯示HalLcdWriteString("light",HAL_LCD_LINE_3);//LCD顯示}if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,&state,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){}else{}}4.7溫度傳感模塊的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用不銹鋼探頭的型號(hào)DS18B20溫度傳感器進(jìn)行室內(nèi)溫度的采集，我們使用單線工作方式，即實(shí)驗(yàn)中只需要將溫度傳感器與CC2530通過傳感器自帶的數(shù)據(jù)線相連接即可。溫度傳感器的紅線與開發(fā)板的3.3V接口相連，黃線與開發(fā)板的P0.7接線，黑色線與開發(fā)板的GND接口相連。實(shí)物的連接如下所示。圖4-9接線方式實(shí)物圖溫度傳感模塊工作流程圖如下：開始開始初始化初始化傳感器周期檢測發(fā)送信息給協(xié)調(diào)器傳感器周期檢測發(fā)送信息給協(xié)調(diào)器結(jié)束讀取溫度信息結(jié)束讀取溫度信息圖4-10溫度傳感器模塊核心代碼：voidSampleApp_Send_P2P_Message(void){bytestr[5];charstrTemp[10];bytetemp;temp=ReadDs18B20();//讀取溫度數(shù)據(jù)str[0]=temp/10+48;str[1]=temp%10+48;str[2]='';str[3]='C';str[4]='\0';HalUARTWrite(0,"TEMP:",5);//終端通過串口輸出提示信息HalUARTWrite(0,str,4);HalUARTWrite(0,"\n",1);osal_memcpy(strTemp,"TEMP:",5);osal_memcpy(&strTemp[5],str,5);HalLcdWriteString(strTemp,HAL_LCD_LINE_3);//LCD顯示//把溫度數(shù)據(jù)無線發(fā)給協(xié)調(diào)器if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,2,str,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}5.智能家居模塊測試5.1紅外報(bào)警模塊測試（1）連接好人體紅外傳感器和蜂鳴器，（2）打開IAR軟件，在項(xiàng)目文件下點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇rebuild,查看程序是否有錯(cuò)誤，并修改；再將電腦通過ZigBee仿真器與ZigBee開發(fā)板相連，按下仿真器復(fù)位鍵，下載調(diào)試。再將USB線與ZigBee開發(fā)板。打開的串口調(diào)試助手現(xiàn)象如下：可以看到，當(dāng)手靠近傳感器時(shí)，開發(fā)板的D1燈點(diǎn)亮，同時(shí)串口調(diào)試助手窗口的數(shù)據(jù)從OFF變?yōu)镺N，蜂鳴器發(fā)出聲音。連接圖和串口調(diào)試圖如下：圖5-1連接實(shí)物圖圖5-2紅外傳感器的串口調(diào)試窗口可以看到窗口的一列0和1數(shù)字，當(dāng)手靠近人體紅外傳感器時(shí)窗口輸出1，同時(shí)蜂鳴器打出聲音，遠(yuǎn)離傳感器時(shí)輸出0，蜂鳴器停止發(fā)出聲音。5.2光照采集模塊測試設(shè)計(jì)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：1進(jìn)行IAR編寫程序，2把程序移植到Z-Stack協(xié)議棧。3.連接好實(shí)物，在IAR開發(fā)環(huán)境左邊的目錄下點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵找到rebuildall進(jìn)行編譯,再下載調(diào)試并調(diào)試，然后協(xié)調(diào)器通過USB與電腦連接光照采集模塊終端節(jié)點(diǎn)通過充電寶供電?？梢钥吹介_發(fā)板的現(xiàn)象如下；發(fā)現(xiàn)有亮光時(shí)開發(fā)板的LED1燈點(diǎn)亮，用紅色小帽遮掩住光照傳感器后LED1燈熄滅，開發(fā)板的現(xiàn)象如下；圖5-3連接實(shí)物圖圖中帶顯示屏和光敏傳感器的是終端節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)開發(fā)板為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。圖5-4在光照下光敏電阻傳感模塊可以看到光照下紅外傳感模塊顯示屏中顯示light，同時(shí)串口調(diào)試窗口連續(xù)出現(xiàn)0數(shù)據(jù)（表示有光照）。圖串口調(diào)試窗口1傳感器戴上紅帽后的現(xiàn)象如下圖5-5紅帽蓋住光敏傳感器在紅帽蓋住光敏傳感器后可以看到顯示屏上顯示midnight.同時(shí)串口調(diào)試窗口中的數(shù)字0（表示有光照）后出現(xiàn)數(shù)字1（無光照）。圖5-6串口調(diào)試窗口5.3溫度傳感模塊測試仿真步驟及現(xiàn)象如下：1.打開IAR軟件，新建工程，保存工程并在工程下添加源文件，編寫代碼，2.調(diào)試程序，在下面的窗口上查看調(diào)試結(jié)果，看有多少個(gè)錯(cuò)誤并修改。3.將溫度傳感器接到CC2530開發(fā)板，將程序通過ZigBee仿真器下載到開發(fā)板中。4.在串口調(diào)試助手查看溫度的連續(xù)變化情況。實(shí)物連接圖和串口調(diào)試助手情況如下：圖5-7溫度傳感模塊實(shí)物連接圖圖5-8溫度傳感模塊實(shí)物連接圖圖5-9串口助手窗口溫度變化圖用手握住溫度傳感器的不銹鋼頭可以在串口調(diào)試助手看到每隔1s的溫度變化。溫度從28°C升到了30°C.這說明溫度傳感器可以正常工作，6.總結(jié)與展望6.1課題總結(jié)從古至今，人們的生活方式隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)明創(chuàng)造，發(fā)生了極大的改變。中國古代的四大發(fā)明，電話的發(fā)明，電燈的發(fā)明等等都極大地改變了人們的生活方式。在今天的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將改變?nèi)藗兊纳罘绞?。本課題主要是對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能家居的終端進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用Zigbee技術(shù)對(duì)智能家居終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的終端節(jié)點(diǎn)模塊主要是：溫度傳感模塊，紅外報(bào)警模塊和光照采集模塊。終端的各個(gè)模塊將各自數(shù)據(jù)無線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，再由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過USB發(fā)送到PC機(jī)（電腦)。三個(gè)模塊的功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)的過程中也遇到了大大小小的困難。比如：1)將人體紅外報(bào)傳感器與無源蜂鳴器結(jié)合組成一個(gè)紅外報(bào)警模塊，在設(shè)計(jì)的時(shí)候總是不能在紅外傳感器感應(yīng)到人靠近的時(shí)候發(fā)出聲音或者人體紅外傳感器總是感應(yīng)到人，蜂鳴器一直響。最后終于解決了這個(gè)問題。2)還有一個(gè)難題是如何將幾個(gè)模塊組成一個(gè)完整的智能家居系統(tǒng)，將三個(gè)模塊的程序塊移植到Z-Stack協(xié)議棧代碼。在移植的過程中總是出錯(cuò)。也是花了多少時(shí)間去解決這個(gè)問題。最終完成了這個(gè)設(shè)計(jì)，從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也學(xué)到了許多。這個(gè)智能家居設(shè)計(jì)還是有許多不足的。1.由于經(jīng)費(fèi)問題，沒有足夠的開發(fā)板，不能做的每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)模塊。也沒有Zigbee網(wǎng)關(guān)。3)沒有一個(gè)可視化的視圖可以清楚地看到每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。4)沒有在一個(gè)真正的一個(gè)住宅中完成，由于環(huán)境條件，不能完成照明燈，冰箱，電視的的無線控制。6.2課題展望由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間有限，還有許多需要完善的地方:終端節(jié)點(diǎn)的傳感器靈敏度不夠，采集到的數(shù)據(jù)不夠精確。應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的算法改進(jìn)，采用更加精準(zhǔn)的傳感器。2)本設(shè)計(jì)中大部分模塊只是進(jìn)行了數(shù)據(jù)的采集，系統(tǒng)只是將采集到的溫度數(shù)據(jù)和光照數(shù)據(jù)，人體紅外感應(yīng)的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給電腦。沒有相應(yīng)的控制設(shè)備自動(dòng)控制對(duì)應(yīng)環(huán)境的溫度等。3)希望能設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居的手機(jī)客戶端軟件。無線智能家居的終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)能通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到手機(jī)客戶端，并能在手機(jī)客戶端對(duì)智能家居進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。4)希望在真正的家宅環(huán)境進(jìn)行真實(shí)的測試，這樣采集的數(shù)據(jù)才能更加接近實(shí)際的家居環(huán)境的數(shù)據(jù)。致謝從大一剛踏進(jìn)大學(xué)的校門到現(xiàn)在，已經(jīng)在大學(xué)度過了四年的美好時(shí)光?？鞓返臅r(shí)光總是短暫的，我很快就將離開大學(xué)，大學(xué)四年里的美好回憶仍深深地印在腦海里。在這里，我要感謝陪伴我度過四年時(shí)間的同學(xué)們和老師們。在這四年里，我認(rèn)識(shí)了許多新的朋友，他們不僅僅是來自自己班級(jí)的同學(xué)，還有學(xué)校其他學(xué)院，其他班級(jí)和其他學(xué)校的同學(xué)。在這里我首先要感謝我的父母，父母辛辛苦苦把我養(yǎng)大成人，還出錢讓我上大學(xué)，讓我有機(jī)會(huì)走出大山，進(jìn)入大學(xué)，讓我能體驗(yàn)大學(xué)的生活，認(rèn)識(shí)新的世界。沒有父母，我不會(huì)認(rèn)識(shí)來自全國各地五湖四海的朋友。是他們讓我未來的道路更寬廣。其次，我要感謝教育了我四年的大學(xué)老師們，在來大學(xué)的第一年，我曾對(duì)學(xué)習(xí)松懈了，導(dǎo)致我期末的成績很差，好在老師們一視同仁，對(duì)我們這些成績差的同學(xué)講解書本上的知識(shí)點(diǎn)。最終我的成績終于上了。雖然那些老師只給我們上一年甚至才一個(gè)學(xué)期的大學(xué)老師們。大學(xué)四年，我也要感謝大學(xué)為我們這些學(xué)生提供的優(yōu)秀的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)氛圍良好的環(huán)境。即將離開生活了四年的母校，內(nèi)心還是有些不舍，如若將來事業(yè)有成，一定回報(bào)親愛的母校。大學(xué)四年里，最美好的時(shí)光莫過于與同學(xué)們一起相處的時(shí)光，我們?cè)谝黄饘W(xué)習(xí)，在一起玩游戲。大學(xué)四年里，我遇到過不少的生活上或者學(xué)習(xí)上的困難。他們都能無條件地支持和幫助我，我在這里也要感謝他們，他們讓我的大學(xué)生活更精彩，更難以忘懷。最后，我也感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我遇到大大小小許多的困難，導(dǎo)師肯犧牲他們寶貴