博創(chuàng)杯嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品(智能家居系統(tǒng))

博創(chuàng)杯全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽緒論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，窗簾開合和，模式開啟電鎖開關(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啟數(shù)字門鎖，用戶再也不用自己掏鑰匙開門了；而為了方便用戶出門不用去扭開數(shù)字門鎖，我們?cè)谑覂?nèi)接了一個(gè)獨(dú)立開關(guān)，只要用戶按下開關(guān)，門鎖就開了，方便用戶出門。=2\*GB2⑵自動(dòng)窗簾：當(dāng)用戶選擇菜單的開閉窗簾功能時(shí)候，窗簾會(huì)在打開或者關(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/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。控制中心控制中心（NXPLPC1769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?？刂浦行挠布驁D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RF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)初始化系統(tǒng)初始化開始進(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？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)開閉功能完成系統(tǒng)頁(yè)面設(shè)置成功開/關(guān)窗簾按鍵按下？開/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)初始化系統(tǒng)初始化開始網(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：開始開始系統(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：開始開始系統(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室內(nèi)門禁開關(guān)按下？結(jié)束讀卡通過(guò)？電控鎖開圖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：開始開始系統(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)開關(guān)窗簾收到開/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。可燃?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。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。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)出開門指令（即向電控鎖發(fā)送接通信號(hào)，使門打開；不合法則不發(fā)送開門指令。電控鎖的功能就是控制門的開關(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。當(dāng)用戶在室內(nèi)時(shí)，只需要扭動(dòng)鎖體上的手動(dòng)開關(guān)，鎖就也會(huì)自動(dòng)打開。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），使用戶能夠急時(shí)補(bǔ)救。人體紅外傳感器實(shí)現(xiàn)功能：該傳感器能夠檢測(cè)到人體輻射出的紅外線。當(dāng)有人接近門時(shí)，它就會(huì)提醒用戶有客人到訪，用戶就會(huì)去給客人開門。這樣就會(huì)省去客人按門鈴或是直接敲門。當(dāng)我們將它裝置在窗戶時(shí)，它就另有別用了，他會(huì)檢測(cè)到那些從窗戶闖進(jìn)來(lái)的不速之客，提醒用戶注意保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全。直流減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)功能：電機(jī)的功能很簡(jiǎn)單，它的真反轉(zhuǎn)來(lái)拉動(dòng)窗簾是打開還是關(guān)閉。液晶屏實(shí)現(xiàn)功能：它能夠?qū)⑽覀兯行枰男畔@示出來(lái)，能夠顯示出溫濕度。它還顯示了菜單選擇系統(tǒng)，讓我們能夠按照菜單所提示的內(nèi)容來(lái)選擇我們所需要的操作步驟。從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠暢通無(wú)阻的運(yùn)行下去。GSM模塊實(shí)現(xiàn)功能：它能夠?qū)崿F(xiàn)打接電話，和短信發(fā)送。當(dāng)我們?cè)趹敉鈺r(shí)，家里有液化氣泄漏或有人從窗戶闖入，他都會(huì)以電話或是短信的方式來(lái)通知用戶提早防范。系統(tǒng)特色智能家居系統(tǒng)的主要功能包括通信，設(shè)備自動(dòng)控制，安全防范等方面。采用的器件前提都是以低成本低功耗，穩(wěn)定性好的特性。以下分別介紹我們此次設(shè)計(jì)的特色。無(wú)線特色此次設(shè)計(jì)利用Zigbee節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳送。而且充分利用了ZIgbee技術(shù)的低成本，低功耗，穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)。傳感器特色隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。此次設(shè)計(jì)采用了DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，MQ-2煙霧傳感器，人體紅外傳感。語(yǔ)音電話和短信特色語(yǔ)音電話和短信報(bào)警也是此次設(shè)計(jì)的一大特色，此次設(shè)計(jì)用了一個(gè)GSM模塊加上麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器作為家居系統(tǒng)重要的一部分，不僅有傳統(tǒng)的有線電話的功能，而且最主