【基于物聯(lián)網(wǎng)的智能設備管理系統(tǒng)設計】10000字

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能設備管理系統(tǒng)設計213381緒論 I1緒論1.1研究的目的和意義隨著科技的進步，近年來以物聯(lián)網(wǎng)為代表的技術(shù)發(fā)展迅速，智能化水平也在逐步提高，其中最為引人注目的是燈光技術(shù)與控制技術(shù)的相融合的智能燈光技術(shù)。它保證了燈光質(zhì)量的提高和節(jié)能降耗的落實，成為智慧城市的重要組成部分。傳統(tǒng)燈光人們需求僅局限于燈光本身，對燈光效果基本上沒有要求。如今，人們生活水平的提高，科學技術(shù)的進步，使得人們對于室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)有了更高標準的要求。人們不滿意傳統(tǒng)燈光布線繁瑣、擴展性差、人工管理、功能單一、“長明燈”耗能嚴重的問題。針對這樣的市場需求，雖然有些企業(yè)也做出了相應的產(chǎn)品，但是主要將燈光當做智能家居的一部分，沒有認真解決燈光質(zhì)量的問題。高品質(zhì)的光除了亮度以外，色溫、光效、顯指也很重要，研究表明光對人體健康、工作效率、睡眠質(zhì)量有重要影響，合適的燈光可以讓人白天能更高效的辦公，夜晚擁有良好的睡眠。因此結(jié)合zigbee技術(shù)開發(fā)出一種智能化管理，燈光質(zhì)量高的智能燈光系統(tǒng)不僅意義重大，市場應用也很廣闊。1.2本文的框架結(jié)構(gòu)本文將ZigBee技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)運用到照明領域，結(jié)合本文提出的基于最優(yōu)化模型的照明控制策略算法，設計并實現(xiàn)了一套照明控制系統(tǒng)。在本照明控制系統(tǒng)中，本文給出了系統(tǒng)的需求分析、總體結(jié)構(gòu)設計和軟硬件的詳細設計。其中數(shù)據(jù)搜集模塊由光照度傳感器、人體熱釋傳感器等感知當前環(huán)境數(shù)據(jù)，并發(fā)送到服務器模塊，服務器模塊運用本文提出的照明控制策略算法計算當前所需人工照明的光照度，然后將光照度指令發(fā)送給照明燈具控制模塊，照明燈具控制模塊對燈具做相應的調(diào)光控制，數(shù)據(jù)展示模塊將當前傳感器感知的數(shù)據(jù)以及燈具的實時狀態(tài)以圖表的形式展示出來。最后，本文對照明控制系統(tǒng)進行了整體功能測試和性能測試，測試結(jié)果表明本照明控制系統(tǒng)在不影響照明效果的前提下很好地節(jié)約了能源。2物聯(lián)網(wǎng)的相關理論及關鍵技術(shù)2.1物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)這個名詞，國內(nèi)外普遍公認的是由MITAuto-ID(美國麻省理工學院自動識別中心)KevinAshton教授于1999年研究RFID時最早提出來的。物聯(lián)網(wǎng)是指通過無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)、射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、服務器技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)手段，獲取聲、光、電、位置和力學等需要的信息，通過底層的無線傳感器網(wǎng)絡、局域網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)形成異構(gòu)網(wǎng)絡，實現(xiàn)物品信息的實時獲取，同時能夠利用終端節(jié)點的控制設備模塊實現(xiàn)遠程操作，實現(xiàn)人與物、物與物的泛在連接。物聯(lián)網(wǎng)通俗地講就是指將無處不在的終端設備和節(jié)點，例如攜帶無線終端設備的個人與車輛、貼上RFID的各種物品、帶有獲取信息和傳輸功能的設備等，通過有線或無線通信網(wǎng)絡實現(xiàn)互連互通，在互聯(lián)網(wǎng)(Internet)、專網(wǎng)(Extranet)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制實現(xiàn)對物品的控制、管理和處理。2005年11月，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)表的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》系統(tǒng)地介紹了意大利、日本、新加坡和韓國等國家物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的案例，還提出了關于構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)時代”的想法。由此之后物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展越來越被人們所重視，物聯(lián)網(wǎng)的應用覆蓋范圍也越來越廣闊。2.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)目前比較公認的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分為三層：感知層、傳輸層、和應用層。如圖2.1所示。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)的底層位置，實現(xiàn)與物理世界的信息感知和智能控制。利用ZigBee技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)和嵌入式技術(shù)等組建傳感器網(wǎng)絡對環(huán)境進行信息感知，例如：溫濕度、光強、受力、位置、壓強、視頻等信息，并且通過控制模塊與終端節(jié)點連接實現(xiàn)遠程控制。其中，利用ZigBee技術(shù)組建無線傳感器網(wǎng)絡，負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4標準的無線通信協(xié)議，相對于Wi-Fi,Bluetooth等短距離通信標準，其具有低功耗、低成本、自組織、網(wǎng)絡容量大、安全性有保證等優(yōu)點。感知層實體包括ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點、ZigBee路由器節(jié)點、ZigBee終端節(jié)點和功能各異的傳感器模塊和控制器模塊等。圖2.1物聯(lián)網(wǎng)基本體系結(jié)構(gòu)圖傳輸層位于物聯(lián)網(wǎng)的中間層，實現(xiàn)感知層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸層是在現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡和Internet的基礎上擴展而來，傳輸方式分為無線傳輸(2G/3G/4G移動通信網(wǎng))和有線傳輸(廣電網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng))。將感知層的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關轉(zhuǎn)發(fā)到應用層，同時也接收應用層的控制指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸功能。應用層將傳輸層傳遞上來的數(shù)據(jù)進行分析和處理，完成信息數(shù)據(jù)的匯總、共享、處理和分析等作用。應用層與傳輸層負責將感知的數(shù)據(jù)收集起來，集中到應用進行統(tǒng)一處理與分析?？梢栽诓煌袠I(yè)、不同應用和不同終端之間進行信息協(xié)同共享，最大程度地為人們服務。應用層通過用戶需求設計不同的應用產(chǎn)品進行對接服務，例如智能樓宇、智能農(nóng)業(yè)、智能家居和智能醫(yī)療等服務。2.3物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)作為當代新型技術(shù)，它的發(fā)展離不開許多重要技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)是保證物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的重要基礎。其核心技術(shù)包括：無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘和融合技術(shù)和網(wǎng)絡與通信技術(shù)等。如圖2.2所示。圖2.2物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)3基于物聯(lián)網(wǎng)智能燈光控制系統(tǒng)硬件設計3.1傳感器技術(shù)我國對傳感器的定義是：“能感受規(guī)定的測量值并且按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成為可用信號的裝置或器件”通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和電源組成。”簡單地講，傳感器就是一種檢測裝置，可以將外界被測信號轉(zhuǎn)換為電信號的電子器件。在智能燈光控制系統(tǒng)中，大多數(shù)的數(shù)據(jù)測量都是非電量，例如溫度、濕度、水位、光照強度等，而非電量是無法被計算機直接接收和處理，因而要把非電量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電量數(shù)據(jù)。智能燈光控制系統(tǒng)中的傳感器通常需要將壓力、震動、聲音、光、溫度、濕度、位移等轉(zhuǎn)換成相應的電信號，再經(jīng)過放大、濾波、整型等處理，使得信號數(shù)據(jù)成為易于傳輸?shù)臄?shù)字/模擬信號。3.2傳感器網(wǎng)絡的設計3.2.1微處理器模塊智能燈光控制系統(tǒng)終端節(jié)點模塊需要一個核心微處理器，這個微處理器對系統(tǒng)的成本、功耗和處理效果等實際性的問題都有著諸多的影響。本設計選用的是TI公司開發(fā)生產(chǎn)的CC2530芯片，它符合IEEE802.15.4標準，性能高效穩(wěn)定。CC2530芯片具有性價比高、安全可靠、功耗低等一些特點，所以它是理想型的無線通信芯片。如圖3.1所示為CC2530模塊結(jié)構(gòu)框圖，大致可分為無線電部分，電源、外設、時鐘部分，CPU部分這三大類，同時它有豐富的硬件資源，主要有：（1）電源供電方式：miniUSB供電，SV的內(nèi)正外負電源座，允許外接電源。（2）串口通訊：具有USB轉(zhuǎn)串口功能的RS232通信接口，方便數(shù)據(jù)的傳輸和調(diào)試。（3）功能按鍵：自帶一個復位鍵和兩個普通按鍵，在無線網(wǎng)絡的組網(wǎng)過程中可手動入網(wǎng)和退網(wǎng)。（4）傳感器接口：支持多種傳感器即插即用，不需要拔插短路帽，滿足快速采集不同環(huán)境參數(shù)的需求。（5）LCD：支持OLED，顯示更加直觀清楚。（6）ADC接口：8個可配置輸入通道，簡化芯片的內(nèi)部設計，方便數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換。（7）天線接口：使用2.4G全向天線，空曠直視信號傳輸距離達300米左右。（8）JTAG接口：10針仿真接口，可通過SmartRF04EB仿真器相接，在電腦上結(jié)合SmartRFFlashProgrammer軟件進行程序的下載調(diào)試和仿真等操作。圖3.1CC2530功能框圖圖3.2是CC2530模塊的電路原理圖，在本系統(tǒng)中，將CC2530芯片的P1組和P2組引腳與底座上的P1組和P2組引腳相連，中間金屬頭外接天線。圖3.2CC2530模塊電路原理圖圖3.3所展示的是CC2530模塊的實物圖。圖3.3CC2530實物圖3.2.2RF模塊在RF電路模塊設計中，查閱了CC2530的用戶手冊，并按資料進行了電路的設計與天線的選型。CC2530芯片應用電路3.4如圖所示：圖3.4CC2530芯片應用電路因為CC2530的內(nèi)部電路含有T/R電路，RF口采用差動連接方式，它的射頻信號設計的是差分方式，射頻RF的輸入輸出阻抗應該與芯片的輸入輸出阻抗相匹配，因為輸入輸出阻抗相匹配會使信息在傳遞過程中信號是最強的，不會出現(xiàn)信號被反射減弱的現(xiàn)象。查閱使用手冊手冊得知CC2530的比較合適的輸入輸出阻抗為5OΩ，根據(jù)匹配原則，當有信號需要被發(fā)送時，RF輸出的差分信號轉(zhuǎn)變成為單端5OΩ的RF信號，當有信號需要被接收時，反之，單端SOS2的RF信號轉(zhuǎn)變成為RF差分信號輸入。在無線網(wǎng)絡通信中，作為無線通信設備的天線起著關鍵作用，因為它決定著無線通信的范圍大小，因此在天線的選型中需要考慮很多因素。增益這個因素對天線尤其重要，增益的大小決定這傳送數(shù)據(jù)的遠近，但與此同時輻射面的角度又與增益大小成反比，所以選擇增益時要根據(jù)系統(tǒng)的主要功能點來進行選擇。增益有3dBi，SdBi，7dBi三種規(guī)格，該系統(tǒng)選擇的天線為3dBi增益接頭類型為SAM的天線，它的工作頻率在2.38GHz-2.5GHz范圍內(nèi)，標稱阻抗為5OΩ，極化方式為垂直，長度為10.5cm。3.2.3晶振電路在CC2530芯片的內(nèi)部有一個32MHz系統(tǒng)時鐘，射頻模塊接收和發(fā)送信息都是按照32MHz晶振時鐘源的時序進行操作的，在具體的設計中，32MHz晶振電路為主晶振電路采用電容三點式振蕩電路，由C17，C18兩個電容值為27pf的電容組成。輔助晶振電路為32.768kHz晶振電路，由C16，C15兩個電容值為15pf的電容組成。輔助晶振的作用將系統(tǒng)從睡眠模式精確的喚醒，并為睡眠模式提供外部時鐘信號。3.2.4電源模塊電源模塊在給各種類型的傳感器供電的同時，也需要給CC2530供應電壓，保證模塊能夠正常工作。CC2530模塊一般的工作電壓為3.3V，要用一個電壓轉(zhuǎn)換芯片來對電壓進行轉(zhuǎn)換，所以本設計選取LM1117系列的低壓差電壓調(diào)節(jié)器芯片，其壓差在1.2V時輸出，從而能夠提供可以手動調(diào)動的3.3V電壓。在系統(tǒng)進行少寫程序和調(diào)整測試的時候，USB接口同樣可以用來供電。圖3.5是LM1117芯片的電路原理圖，它的電壓范圍在1.25V-13.8V，一般提供1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V的電壓，自身帶有過熱保護和電流約束的特點，齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓保證電壓輸出的誤差不超過士1%，負載調(diào)整率最大為4%，通常在電池供電裝置上廣泛應用。由此可見，本芯片比較適合本系統(tǒng)對各種電壓的需求，能夠被采用。圖3.5電源模塊電路原理圖3.2.5復位電路模塊復位電路通常用來將電路設置回到初始狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的工作。圖3.6是復位電路的原理圖，其所需電壓為5V士5%，當VCC不在此電壓范圍內(nèi)或者晶振穩(wěn)定時，復位信號將撤出，微機電路開始執(zhí)行新任務，復位信號輸入端的引腳是Reset引腳。本模塊采用的是最為簡單方便的手動按鈕復位方式，按下復位鍵，輸入端加上+5V電壓，Reset端為零電平，復位結(jié)束。圖3.6復位電路原理圖3.3終端節(jié)點外圍模塊的設計3.3.1光照強度檢測模塊實驗的光照強度檢測用到的是光敏電阻傳感器，該模塊是由CC250模塊，光敏電阻，電腦端和CC2530端的測試模塊和無線收發(fā)模塊組成的，如圖3.7所示。此模塊主要的工作就是收集室內(nèi)外和電燈的光照信息，再將收集到的數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡控制中心，用戶可以通過手機端的App獲取這些信息。圖3.7光照模塊實物圖與硬件設計框圖光敏電阻主要工作原理是將光值轉(zhuǎn)換成電值完成光的測量。根據(jù)光照強度的定義光強越弱其電阻值越大。通常，會在電阻兩端加載樹狀的電極，從而增加電阻的靈敏度。當感應到光照時，電阻內(nèi)部產(chǎn)生電子，此時電路中的電流就會產(chǎn)生變化。光敏電阻模塊特色如下：（1）該光敏電阻靈敏性好。（2）搭載可調(diào)電位器便能調(diào)節(jié)光線亮度。（3）工作電壓在3.3V-5V。（4）信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強。（5）輸出形式是數(shù)字開關量輸出0和t。3.3.2氣體傳感器模塊本實驗用到的是MQ-2氣體模塊，該終端模塊的設計部件主要由MQ-2傳感器，電腦端和CC2530端的測試模塊，CC2530節(jié)點模塊和無線收發(fā)模塊，如圖3.8所示。該模塊主要作用就是為了收集環(huán)境中煙霧跟有毒氣體的情況。然后將獲得的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡中心，用戶可以在手機端便捷的知曉家里是否有危險的信息。防止用戶因為家里有毒氣體的泄漏而沒有及時得到消息，發(fā)生了危險或者爆炸。圖3.8氣體模塊實物圖與硬件設計框圖氣體模塊的特點如下：（1）具有信號輸出指示。（2）擬量輸出和TTL電平輸出。（3）對液化氣，天然氣等識別性好。（4）缺點是受溫濕度影響。3.3.3人體紅外感應模塊本次實驗用到的是HC-SR501型號的人體紅外傳感器，終端設計模塊由CC2530，無線收發(fā)，PC和CC2530端測試跟HC-SR501傳感器等模塊組建的，如圖3.9所示。該模塊主要作用就是為了收集從人身上發(fā)出來的紅外線信息。然后將獲得的警報信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡中心，用戶可以在手機端知曉家里是否有人強行闖入。圖3.9人體紅外感應模塊實物圖與硬件設計框圖工作原理是探測人體輻射，而且是波長為10UM的。人體紅外感應模塊特性如下：（1）以探測人體輻射為目標的，尤其是波長為10UM左右。（2）在它的輻射照面通常覆蓋特殊的光片，避免受到環(huán)境干擾。（3）價格低，功耗小，沒有輻射危害。（4）缺點是易受到光源和熱源的干擾。3.4智能網(wǎng)關設計本系統(tǒng)智能網(wǎng)關由ARM板和3G移動通信模塊組成，ARM板負責接收ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡，并將其數(shù)據(jù)通過3G模塊傳輸至應用層。系統(tǒng)感知層中的每個ZigBee終端節(jié)點設備負責收集傳感器數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，再通過網(wǎng)關將這些數(shù)據(jù)上傳至服務器端。同時，智能網(wǎng)關負責將應用層的控制指令下達至感知層，實現(xiàn)智能照明的遠程控制。ARM板的系統(tǒng)開發(fā)使用Google研發(fā)得而自由開源的Android系統(tǒng)。Android具有很高的應用程序兼容性，尤其是在開發(fā)AndroidAPPS的無縫集成，系統(tǒng)提供的接口還可以使用Android開發(fā)提供的API(應用程序編程接口)來方便實現(xiàn)。從而使得在ARM板上開發(fā)軟硬件更加方便高效。3G移動通信模塊，它與ARM板連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至服務器，以及接收應用層下達的控制指令。ARM板和3G模塊作為智能實驗樓宇環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)關硬件平臺，該平臺具有較高的穩(wěn)定性與高速處理計算能力。ARM-3G網(wǎng)關的設計如圖3.10所示。從圖中可以看出，ARM-3G智能網(wǎng)關處于中間層位置，下層的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡中有一些環(huán)境監(jiān)測傳感器、繼電器和報警器等模塊，它們之間通過串口RS232串口與ARM-3G網(wǎng)關硬件連接。ARM-3G網(wǎng)關通過3G模塊將數(shù)據(jù)無線上傳至Internet。圖3.10ARM-3G網(wǎng)關工作示意圖4基于物聯(lián)網(wǎng)智能燈光控制系統(tǒng)軟件設計4.1軟件開發(fā)環(huán)境為了使所設計的系統(tǒng)能夠最優(yōu)化，本設計采用IAREmbeddedWorkbench集成開發(fā)環(huán)境，這是一個支持微處理器的開發(fā)平臺，是嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具，能夠保障所設計的系統(tǒng)實現(xiàn)所需功能。IAREmbeddedWorkbench集成開發(fā)環(huán)境可選擇內(nèi)存模式，兼容標準C，代碼緊湊，可快速建立芯片的程序，它具有完善的處理器開發(fā)環(huán)境。IAREmbeddedWorkbench軟件開發(fā)界面如下圖4.1所示。圖4.1IAR軟件開發(fā)界面因為CC2530是一個帶有增強型8051內(nèi)核的微處理器，所以將IAREmbeddedWorkbenchfor8051作為CC2530的軟件開發(fā)環(huán)境，同時結(jié)合SmartRF04EB仿真器驅(qū)動程序使用。圖4.2是SmartRF04EB仿真器軟件圖。圖4.2SmartRF04EB仿真器軟件圖IAREmbeddedWorkbenchforARM具有IARC-SPY調(diào)試工具、通用的IARXLINKLinker、功能強大的編輯器、高度優(yōu)化的C/C++Compiler等特點，為ARM芯片提供了穩(wěn)定可靠的PROMable代碼，支持全球技術(shù)指導，用于STM32微處理器芯片的軟件開發(fā)。4.2軟件架構(gòu)Z-StackZ-Stack是TI公司下一代開源軟件，具有初始化系統(tǒng)和執(zhí)行操作系統(tǒng)兩個功能，全API交付，版本間能夠在5分鐘之內(nèi)無縫升級，擴展性強，靈活性好，可維護性強。無線數(shù)據(jù)的通信需要經(jīng)過協(xié)議棧來組網(wǎng)、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，Z-Stack以輪轉(zhuǎn)查詢方式為基礎，它的main函數(shù)在Zmain.c中。通常用C語言來編寫Z-Stack協(xié)議棧，圖4.3（a）是它所包含的文件目錄，在不同的文件夾中存放配置功能不同的源文件。如圖4.3（b）所示，APP層的目錄文件在APP文件夾中存放有應用程序源文件；HAL層是硬件層目錄，供應接口給硬件調(diào)試使用，只要代碼稍作改動就能驅(qū)動硬件；MAC層通常可以不做修改直接使用；MT層一般使用于系統(tǒng)的調(diào)試，可以和其他功能層經(jīng)過串口來通信，具有監(jiān)控功能；NWK層是網(wǎng)絡層目錄，存有許多網(wǎng)絡層的函數(shù)庫和參數(shù)文件。如圖4.3（c）所示，OSAL是操作系統(tǒng)OSAL的目錄文件，用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)功能；Profile包含AF層的處理函數(shù)文件，是APS層和應用程序的無線數(shù)據(jù)接口；Security是安全層目錄，存放了加密函數(shù)等處理函數(shù)；Services是地址處理函數(shù)目錄；Tools是工程配置目錄，里面具有存儲器配置、通用的編譯選項文件、協(xié)調(diào)者設備編譯選項文件等，具有劃分空間功能。如圖4.3（d）所示，設備對象層ZDO的文件目錄和Zmain主函數(shù)目錄，其中Zmain主函數(shù)目錄中包含了入口函數(shù)及硬件配置文件；Output是由IARIDE生產(chǎn)的輸出文件目錄。（a）（b）（c）（d）圖4.3Z-Stack文件目錄Z-Stack具體流程如圖4.4所示。系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)，StackRAM、boardI/O口、HAL層驅(qū)動、NVFLASH、MAC層、OSAL系統(tǒng)等都一一進行初始化工作。初始化完成后，系統(tǒng)開始啟動需要調(diào)用osal_start_system()函數(shù)，進入OSAL任務輪詢，不斷檢驗是否有事件發(fā)生。當有事件發(fā)生時，操作系統(tǒng)按事件的優(yōu)先級來依次進行處理，有較高級別的事件調(diào)度則立刻處理較高級別的事件，然后返回重新輪詢，從而有效降低設備的工作時間，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)的各功能。圖4.4Z-Stack工作流程圖Z-Stack部分初始化程序如下：intmain（void）{osal_int_disable（INTS一LL）；//關閉所有中斷HAL一BOARD_INIT（）；//初始化系統(tǒng)時鐘zmain_vdd_check（）；//檢查芯片電壓是否正常InitBoard（OB_COLD）；//初始化I/O，LED,Timer等HalDriverInit（）；//初始化芯片各硬件模塊osal_nv_init（NULL）；//初始化Flash存儲器ZMacInit（）；//初始化MAC層zmain_ext_addr()；//確定IEEE64位地址zgInit()；//初始化非易失變量#ifndefNONWKaflnit()；#endifosal_init_systemU；//初始化操作系統(tǒng)osal_int_enable(INTS一LL)；//使能全部中斷InitBoard(OBesREADY)；//最終板載初始化zmain_devinfoU；//顯示設備信息#ifdefLCDSUPPORTED#ifdefWDTJN一MlWatchDogEnable(WDTIMX)；#endifosal_start_system()；return0；}//main()4.3智能燈光控制系統(tǒng)軟件設計電源供電給終端節(jié)點，終端節(jié)點開始工作進行初始化，先檢測自身是否處在網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)，如果沒有則搜尋周邊環(huán)境是否有網(wǎng)絡，找到ZigBee網(wǎng)絡向協(xié)調(diào)器節(jié)點入網(wǎng)請求，協(xié)調(diào)器允許入網(wǎng)，LED燈亮，則終端節(jié)點入網(wǎng)成功。然后進入休眠模式，等待定時器中斷喚醒，終端節(jié)點請求發(fā)送數(shù)據(jù)信息到協(xié)調(diào)器節(jié)點，請求執(zhí)行后，終端節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸過去并等待指令，若有指令則查詢傳感器數(shù)據(jù)，若沒有接收到指令則再次進入休眠模式。在IAR開發(fā)環(huán)境中，Workspace區(qū)域的下拉菜單中選擇EndDeviceEB-Pro并下載到開發(fā)板中。傳感器節(jié)點有兩種請求入網(wǎng)方式：第一種是傳感器節(jié)點自身向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送請求入網(wǎng)信息；第二種是傳感器節(jié)點己經(jīng)存在父節(jié)點（即路由器節(jié)點），由父節(jié)點向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求。同時，協(xié)調(diào)器也會搜尋檢測周邊環(huán)境，接收到申請節(jié)點的入網(wǎng)請求后會檢測判斷其是否符合入網(wǎng)條件，若條件符合則會向申請節(jié)點連接回復一個確認幀，并為該節(jié)點注冊分配ID地址，添加到網(wǎng)絡信息庫表中。申請節(jié)點收到確認幀后響應協(xié)調(diào)器的連接許可，則成功加入到協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡，之后處在協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡中的節(jié)點相互之間就可以順暢通信?；谖锫?lián)網(wǎng)智能燈光控制系統(tǒng)終端節(jié)點軟件部分具體流程如圖4.5所示：圖4.5終端節(jié)點工作流程圖一般終端節(jié)點也就是傳感器節(jié)點，進入工作狀態(tài)后，先開啟自己的無線模塊，掃描信道并尋找檢測是否有穩(wěn)定可靠的協(xié)調(diào)器節(jié)點網(wǎng)絡，若有則請求加入此網(wǎng)絡，圖4.6顯示的是傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點的通信傳輸過程。圖4.6協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡接納傳感器節(jié)點的交會過程4.3.1CC2530模塊BasicRF初始化IT公司的BasicRF具有數(shù)據(jù)包收發(fā)功能，僅能夠使節(jié)點與節(jié)點互相通信，不在協(xié)議棧使用，所以它是確保終端節(jié)點能夠無線傳輸信息的前提。為了證明CC2530模塊的外圍設備可以正常工作，需要創(chuàng)建一個basicRfCfg_t結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)初始化，其部分代碼如下：typedefstxuct{uintl6myAddr；//16位節(jié)點地址uintl6panId；//節(jié)點的PANIDuint8channel；//11-26之間的RF通道uint8aclcRequest；//確認請求#ifdefSECURITY_CCM//是否加密，預定義里取消加密uint8*securityKey；uint8*securityNonce；#endif}basicRfCfg_t；初始化完成后，需要創(chuàng)建一個buffer，調(diào)用basicRfSendPacket（）發(fā)送函數(shù)檢測信息是否發(fā)送成功，調(diào)用basicRfReady（）函數(shù)檢測是否能夠收到新數(shù)據(jù)包。4.3.2尋網(wǎng)與入網(wǎng)程序中斷節(jié)點執(zhí)行完初始化程序后，自動搜尋周圍環(huán)境是否有網(wǎng)，找到網(wǎng)絡后請求加入，等待協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)出入網(wǎng)許可，LED燈亮則入網(wǎng)成功，部分程序代碼如下：#ifdefLRWPANROUTER//RFD(終端)節(jié)點do{apljoinNetwork()；//加入尋找到的一個網(wǎng)絡While(apsBusy(））{apsFSM（）；}//等待加入網(wǎng)絡if(aplGetStatus()=LRWPAN_STATUS_SUCCESS)//成功加入網(wǎng)絡{EVB_LED_ON()；break；//LED燈亮}else{//加入網(wǎng)絡失敗my_timer=halGetMACTimer()；while((halMACTimerNowDelta(mytimer))<)MSECS_TOes_MACTICKS(1*Iooo)；}}//等待兩秒return0#endif4.3.3CC2530子模塊軟件設計圖4.7所示的是CC2530的工作流程圖，首先進行端口初始化，然后CC2530發(fā)送命令到計量模塊，再查詢是否有數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)查詢指令完成后，計量模塊將會返回查詢到的數(shù)據(jù)，從而使得CC2530能夠接收到數(shù)據(jù)并進行相關處理；倘若數(shù)據(jù)查詢指令沒有完成，將啟動控制命令將它送到連續(xù)命令，一直到CC2530能夠接收到數(shù)據(jù)且能夠?qū)嵤┨幚聿僮?。圖4.7CC2530工作流程圖4.4無線傳感器網(wǎng)絡程序設計4.4.1光照強度傳感器模塊圖4.8所展示的是光照強度傳感器的程序基本流程圖，其過程比較簡單，主要負責采集室內(nèi)亮度參數(shù)信息，并將采集到的數(shù)據(jù)進行讀取和轉(zhuǎn)換。傳感器采集的亮度通過無線網(wǎng)絡傳輸給協(xié)調(diào)器，再由串口傳給電腦顯示，部分程序如下：voidmain（）{charstr[9]=”DS18B20：”；charstrTemp[6]；ucharucTemp；floatfTemp；InitCLK（）；//設置系統(tǒng)時鐘源InitUart()；//串口初始化POSEL_&=0x7f;//IO口初始化while(1){memset(strTemp,0,ARRAY_SIZE(strTemp))；UartSendString(str,8)；//輸出提示信息}}圖4.8溫度采集流程圖4.4.2MQ-2氣體傳感器模塊MQ-2軟件設計所要實現(xiàn)的功能是：當檢測的二氧化碳氣體濃度在臨界值以內(nèi)，則IO口輸出的是高電平；當檢測的二氧化碳氣體濃度超過了臨界值，則IO口輸出的是低電平。本設計設定PO_5引腳是檢測引腳，在一般的狀態(tài)下表現(xiàn)為高電平，一旦濃度超標則PO_5表現(xiàn)為低電平。圖4.9是煙霧傳感器的程序流程圖，MQ-2傳感器首先需要進行初始化設置，然后給定時器設定一個初值，進行中斷設置。本設計需要得到的是數(shù)字信號，但是煙霧傳感器測得的數(shù)據(jù)信息是模擬信號，所以需要將模擬信號轉(zhuǎn)成所需的數(shù)字信號，也就是A/D采樣轉(zhuǎn)換。LCD會顯示所得到的數(shù)據(jù)信息，如果這個數(shù)據(jù)值超出了之前設定的閡值，則遠程終端會收到警報提示，若果沒有超出閡值，則MQ-2重新等待檢測。圖4.9煙霧傳感器數(shù)據(jù)采集流程圖4.4.3紅外傳感器模塊將HC-SR501紅外傳感器安置在室內(nèi)實時檢測，首先進行初始化設置，然后調(diào)用紅外檢測子程序，如果在監(jiān)控區(qū)域范圍內(nèi)有外人進入室內(nèi)，則輸出高電平且LED燈亮，同時這一信號將被輸送給協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器經(jīng)過網(wǎng)關和網(wǎng)絡遠程發(fā)送到上位機終端，并且報警器會響，使用戶及時了解情況。當人離開了監(jiān)控范圍，則輸出低電平且LED燈不亮，等待下一次檢測。圖4.10所示的是HC-SR501紅外傳感器數(shù)據(jù)采集的流程圖：圖4.10紅外傳感器數(shù)據(jù)采集流程圖5基于物聯(lián)網(wǎng)智能燈光控制系統(tǒng)運行測試本設計主要采用的是Java程序設計語言進行測試，本文使用的JDK版本如圖4.1所示：圖4.1JDK版本安裝好JDK后還需要在Windows平臺上進行Java環(huán)境的搭建，過程如下：首先進入Windows系統(tǒng)的高級系統(tǒng)設置中如圖4.2所示，然后單擊環(huán)境變量按鈕新建三個Administractor用戶變量：（1）變量名：CLASSPATH變量值：.;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;（2）變量名：JAVA_HOME變量值：C：\ProgramFiles\Java\jdk1.7.0_15;（3）變量名：PATH變量值：C：\ProgramFiles\Java\jdk1.7.0_15\bin;圖4.2高級系統(tǒng)設置其設置結(jié)果如圖4.3所示，設置結(jié)束后JAVA編程環(huán)境就搭建成功了。圖4.3環(huán)境變量設置結(jié)果Java環(huán)境搭建好后，要想進行Android軟件的編程，還需要在Eclipse編譯器中插入ADTCAndroidDevelopmentTools)插件和AndroidSDK開發(fā)工具包，本文所使用的ADT版本為ADT_15.0.0，首先將ADT_15.0.0復制到eclipse目錄下，然后運行eclipse，進入菜單中的”Help”一>"InstallNewSoftware”該界面如圖4.4所示。圖4.4InstallNewSoftware界面圖然后單擊該界面中的Add按鈕在彈出的界面框圖中將復制到eclipse文件夾下的ADT加入其中，如圖4.5所示。圖4.5加入ADTADT加入成功后在將android-sdk-windows插件加載到eclipse編譯器中，打開eclipse進入菜單中的”Windows”_>"Preferences"，在彈出的界面的左邊選擇Android選項卡，在SDKLocation中將android-sdk-windows的存放位置填入，如圖4.6所示。圖4.6android-sdk-windows加載界面圖Android開發(fā)環(huán)境搭建好后就可以單擊。clips。菜單欄中的口按鈕來創(chuàng)建一個Android模擬器，創(chuàng)建的參數(shù)如圖4.7所示。圖4.7android模擬器參數(shù)點擊CreateAVD按鈕，就創(chuàng)建好了一個名為wang的Android模擬器，選中該模擬器通過單擊圖4.8中的start按鈕啟動該模擬器，該模擬器的界面圖如圖4.9所示。圖4.8Android模擬器管理器圖4.9Android模擬器界面圖該模擬器主要用于測試運行eclipse編譯器編寫的AndroidAPP，開發(fā)環(huán)境搭建好后就可以使用eclipse進行Android開發(fā)應用程序了，本文所建的工程目錄如圖4.10所示。圖4.10本文APP結(jié)構(gòu)目錄圖6總結(jié)傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)等都在日益發(fā)展更新，智能燈光系統(tǒng)也在逐步完善以滿足人們對生活環(huán)境的不同需求。在研究了國內(nèi)外的發(fā)展背景和研究現(xiàn)狀之后，本文就如何針對基于物聯(lián)網(wǎng)智能燈光控制系統(tǒng)展開了的較為深刻的研究和探討，在實驗室模擬系統(tǒng)工作環(huán)境，起初測試的時候出現(xiàn)了諸如測得數(shù)據(jù)傳輸不到位、數(shù)據(jù)誤差比較大、上位機系統(tǒng)崩潰等情況，但經(jīng)過一段時間的調(diào)試，遇到的問題逐一得到解決，最終使系統(tǒng)的性能穩(wěn)定可靠。本設計在傳統(tǒng)的智能燈光系統(tǒng)基礎上基于ZigBee網(wǎng)絡完善了智能燈光控制系統(tǒng)的一些功能，但綜合考慮本人科研能力、實驗成本、時間等有限的因素，整體設計仍然存在很多不足之處，需要后期加以完善。參考文獻[1]荀艷麗,焦庫,張秦菲.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2018,v.41；No.513(10)：82-84+88.[2]張野,王翔,李陳紅,etal.基于物聯(lián)網(wǎng)的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)[J].電子世界,2018(1)：95-96.[3]張瑞英,荊學海.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設計與實現(xiàn)[J].中國建材科技,2018.[4]高小明.對基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)智慧家居系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)探討[J].科技風,2018.[5]劉敏層,張峰.基于STM32的智能照明監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].自動化儀表,2018,39(7).[6]朱明明,趙亮,張瓊英,etal.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的樓宇監(jiān)控和管理系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù),2018.[7]張玉杰,張海濤,劉麗.城市景觀照明控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2018.[8]劉睿瓊,張文麗.燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J].電子設計工程,2018,v.26；No.383(09)：107-110+119.[9]古浩然.基于ZigBee的城市光伏照明智