智能家居照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目 智能家居照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 電信學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程 </p><p>　　班 級(jí)

2、 電子信息工程 統(tǒng)本（01）班 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 121040110119 </p><p>　　學(xué)生姓名 謝國(guó)鑫 </p><p>　　指導(dǎo)教師 田新志 </p><p&g

3、t;　　完成日期 2016年5月 </p><p>　　西安思源學(xué)院教務(wù)處制</p><p>　　二〇一 六 年 五 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　人們?nèi)粘Ｉ钫彰魇潜夭豢缮俚模S著老百姓生活水平的提高,普通照明達(dá)不打那種隨心所欲的要求,并

4、且電子的發(fā)展,通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為智能照明控制系統(tǒng)提供了條件，具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　本課題中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中使用CC2530作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備, MSP430F2619 微控制器芯片作為處理器，并結(jié)合TI公司Z -堆棧協(xié)議棧來(lái)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)和關(guān)閉以及控制LED燈泡。本設(shè)計(jì)在上位機(jī)通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的靈活配置進(jìn)而能達(dá)到智能控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的電氣系統(tǒng)的自組網(wǎng)功能,

5、用戶可以通過(guò)路由器到路由器節(jié)點(diǎn)控制協(xié)調(diào)器發(fā)送信號(hào)任何終端設(shè)備,終端接收到命令和PWM信號(hào),實(shí)現(xiàn)每個(gè)燈導(dǎo)致多級(jí)調(diào)光和場(chǎng)景模式控制功能,具有一定的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 智能照明系統(tǒng) ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) CC2530</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Lighting is ess

6、ential to People's Daily life, as people living standard rise, the requirements of general lighting up to don't play that follow one's inclinations, and the development of electronic, communication and comput

7、er network technology provides conditions for the intelligent lighting control system, has a broad development prospects. </p><p>　　This topic in the design of the system used in CC2530 as wireless network e

8、quipment, MSP430F2619 microcontroller chip as the processor, and connecting with the TI company Z - stack protocol stack to achieve open and close and control LED bulbs. This design through the node in the upper machine

9、of the relationship between the flexible configuration which can achieve intelligent control. </p><p>　　Electrical system in the design of the ad-hoc network function, the user can control the coordinator to

10、 send signals through the router to router nodes any terminal, terminal receives the command and the PWM signal, realize each lamp to multistage dimming and scene mode control function, has a certain practical value. <

11、;/p><p>　　Keywords: Intelligent Light System ZigBee wireless network CC2530 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題研

12、究背景1</p><p>　　1.2智能家居照明系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1智能家居照明系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2短距離無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3智能家居照明控制系統(tǒng)發(fā)展方向2</p><p>　　1.4本課題設(shè)計(jì)的主要工作和任務(wù)3<

13、/p><p>　　1.5論文結(jié)構(gòu)安排4</p><p>　　第二章 智能家居照明控制系統(tǒng)支撐技術(shù)——zigbee技術(shù)5</p><p>　　2.1 ZigBee概述5</p><p>　　2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)6</p><p>　　2.2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型6</p><p>

14、;　　2.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?</p><p>　　2.2.3 工作模式8</p><p>　　2.3 本章小結(jié)8</p><p>　　第三章 智能家居照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　3.1 智能家居照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求9</p><p>　　3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案9</p>

15、<p>　　3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案11</p><p>　　3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案11</p><p>　　第四章 智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)13</p><p>　　4.1微控制器模塊設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1.1 MSP430F2619 微控制器芯片13</p><p>　　4

16、.1.2 MSP430F2619 微控制器外圍電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2無(wú)線射頻模塊設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.3傳感器采集模塊設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.4 光控模塊設(shè)計(jì)18</p><p>　　第五章 智能照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2

17、0</p><p>　　5.2系統(tǒng)程序流程圖21</p><p>　　5.2.1網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程21</p><p>　　5.2.2路由器程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.3.3終端程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.3系統(tǒng)的核心程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.4 上位機(jī)2

18、4</p><p>　　5.4.1 上位機(jī)的功能簡(jiǎn)介24</p><p>　　5.4.2 上位機(jī)工作流程24</p><p>　　5.5 系統(tǒng)測(cè)試25</p><p>　　5.5.1 系統(tǒng)硬件測(cè)試25</p><p>　　5.5.3 協(xié)議棧的測(cè)試25</p><p>　　5.5.4

19、 上位機(jī)的測(cè)試25</p><p>　　第六章 結(jié)論27</p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究

20、背景</p><p>　　對(duì)于繁雜的照明控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若采用傳統(tǒng)的有線控制方式則價(jià)格較高，電纜鋪設(shè)繁瑣，已經(jīng)逐漸不能完全滿足現(xiàn)代都市人們的應(yīng)用需求了。因而無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　無(wú)線通信技術(shù)的種類有很多，不同的技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)合也不相同。如藍(lán)牙技術(shù)傳輸速度快，但是傳輸距離有限，適用于近距離且組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)少的場(chǎng)合；WIFI傳輸速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，但其價(jià)格偏高，功耗較大，組網(wǎng)能力較

21、差。而本文中將要使用的ZigBee技術(shù)則具有低成本、低功耗等特點(diǎn)，并且其在工作模式下，ZigBee傳輸速率較低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，從而導(dǎo)致信號(hào)收發(fā)時(shí)間很短，另外當(dāng)其處于非工作模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于休眠模式以節(jié)省能源消耗。 </p><p>　　1.2智能家居照明系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1智能家居照明系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　智能家居照明系統(tǒng)是

22、近幾年開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，本質(zhì)上是隸屬于智能樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。進(jìn)入二十一世紀(jì)已來(lái)，智能化建筑方面的發(fā)展可謂是日新月異，在智能化建筑中涉及到有傳統(tǒng)的用于通信方面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（包括有線與無(wú)線系統(tǒng)），有用于安全方面的智能監(jiān)控系統(tǒng)，有用于提高工作效率的智能辦公和通信自動(dòng)化系統(tǒng)。智能建筑在這幾方面已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也比較成熟。但是作為智能建筑中的智能照明控制系統(tǒng)方面的發(fā)展卻相對(duì)比較滯后。目前在很多成熟的智能建筑系統(tǒng)，照明方面仍然采用

23、傳統(tǒng)的手動(dòng)控制照明的方法。出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是因?yàn)橹悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)在國(guó)外的定位太高，對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)只能是海市蜃樓，價(jià)格高得難以接受。而在國(guó)內(nèi)以前則是主要是受傳統(tǒng)消費(fèi)觀念的影響，在人們的印象中照明也只是在黑暗中提供充足的光源就可以了，沒(méi)有必要去花過(guò)多的金錢在照明控制上，正是由于普通民眾的這種想法，使得國(guó)內(nèi)一些具有這方面科研能力的院所和企業(yè)沒(méi)有也不愿投入過(guò)多的人力和財(cái)力進(jìn)行研究和推廣智能照明系統(tǒng)1。現(xiàn)在隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活品質(zhì)的

24、追求也越來(lái)越高，因而對(duì)智能照明系統(tǒng)提出了新的要求，現(xiàn)在的智能照明控制系統(tǒng)大部分是由舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)演變</p><p>　　1.2.2短距離無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　對(duì)于智能照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)使用的主在通信技術(shù)就是短距離無(wú)線通信技術(shù)。現(xiàn)階段主要的無(wú)線短離距通信技術(shù)有ZigBee技術(shù)、UWB技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、WiFi技術(shù)等。UWB不采用傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)常用的連續(xù)載波，而是通過(guò)納秒級(jí)的

25、脈沖來(lái)完成數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送，具有很寬的頻譜范圍。藍(lán)牙技術(shù)的通信距離一般在10m以內(nèi)，現(xiàn)階段藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)外設(shè)，比如藍(lán)牙打印機(jī)、藍(lán)牙音箱等。另外目前的智能手機(jī)都內(nèi)置有藍(lán)牙模塊，用于短距離之間的數(shù)據(jù)傳輸。WiFi也是一種短距離的無(wú)線通信技術(shù)，主要用于數(shù)據(jù)傳輸量大，可靠性要求較高的場(chǎng)合（如無(wú)線局域網(wǎng)）等，但其成本較高、功耗很大。 對(duì)于ZigBee來(lái)說(shuō)，其通信速率在10~250kbit/s之間，通信距離在開(kāi)闊空間難能夠達(dá)到300m，若是

26、在室內(nèi)等較封閉的空間也在10~100m范圍之間，通信效率也比較高。適用于低成本、低功耗的場(chǎng)合。上述的幾種無(wú)線短距通信技術(shù)各有各的特點(diǎn)，因而其應(yīng)用場(chǎng)合也不完全相同，但它們之間的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，一定的時(shí)候可能互相進(jìn)行補(bǔ)充1。</p><p>　　1.3智能家居照明控制系統(tǒng)發(fā)展方向</p><p>　　傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)只為人們提供必要的照度，智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了解決傳統(tǒng)照明系統(tǒng)方面的不足

27、?？v觀智能照明控制系統(tǒng)發(fā)展，大致可分為三個(gè)階段：照明系統(tǒng)的電子化、照明系統(tǒng)自動(dòng)化和照明系統(tǒng)智能化2。在智能照明系統(tǒng)中用戶可以根據(jù)需要設(shè)置不同的情景模式，另外還可以通過(guò)一些傳感器感應(yīng)周圍環(huán)境變化，從而實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，為人們的工作、學(xué)習(xí)和生活提供更好的環(huán)境。就目前的發(fā)展來(lái)看智能照明控制發(fā)展的主要趨勢(shì)主要在以下幾個(gè)方面1：</p><p>　　1) 更加人性化。根據(jù)人們的不同需求來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)，目的就是實(shí)現(xiàn)人機(jī)合一。&

28、lt;/p><p>　　2) 網(wǎng)絡(luò)化。由于維護(hù)方面?zhèn)鹘y(tǒng)照明比較有局限性，所以網(wǎng)絡(luò)化能及時(shí)監(jiān)測(cè)到各種信息并及時(shí)反饋方便人們的使用。</p><p>　　3) 可擴(kuò)展性。智能照明系統(tǒng)因?qū)崿F(xiàn)可擴(kuò)展，方便新設(shè)備能隨意接入網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　4) 標(biāo)準(zhǔn)化。智能照明系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化很重要，如果說(shuō)不同廠商生產(chǎn)出來(lái)的用時(shí)不能使用會(huì)給人們帶來(lái)極大地不便。</p><

29、;p>　　1.4本課題設(shè)計(jì)的主要工作和任務(wù)</p><p>　　智能家居照明系統(tǒng)是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的課題。需要具有一定的理論基礎(chǔ)知識(shí)，還要求具有一定的動(dòng)手實(shí)踐能力。為了很好的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從畢設(shè)的準(zhǔn)備到最后的完成主要做了以下幾方面的工作。</p><p>　?。?）查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，搜集相應(yīng)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。在此基礎(chǔ)上做好理論知識(shí)準(zhǔn)備。</p><p>　　

30、（2）進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)地考察，理論與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，分析判斷考慮設(shè)計(jì)的整體框架。</p><p>　?。?） 深入了解了ZigBee技術(shù)的特性和通信原理以及智能照明的技術(shù)要求等。</p><p>　?。?）在相關(guān)理論基礎(chǔ)完備的情況下設(shè)計(jì)了基于ZigBee的智能家居照明系統(tǒng)</p><p>　?。?）4)最后進(jìn)行仿真與調(diào)試，完成課題設(shè)計(jì)。</p><p&

31、gt;<b>　　1.5論文結(jié)構(gòu)安排</b></p><p>　　論文第一部分為“緒論”，該部分首先說(shuō)本課題的研究背景做了較為詳細(xì)的闡述，隨后就智能照明控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀過(guò)行了系統(tǒng)的分析。</p><p>　　論文第二部分為“智能照明控制系統(tǒng)支撐技術(shù)——Zigbee技術(shù)”，該部分主要對(duì)Zigbee技術(shù)進(jìn)行了具體的說(shuō)明。</p><p>

32、　　論文的第三部分為“系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”,該部分主要介紹智能照明控制技術(shù)中的硬件部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　論文第四部分為“系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)”，該部分就系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能以及相對(duì)應(yīng)的程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分別進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明分析。</p><p>　　第五部分為“結(jié)論”，該部分用于描述本課題的實(shí)施結(jié)論并給出了進(jìn)一步的展望。</p><p>　　第二章 智能家居

33、照明控制系統(tǒng)支撐技術(shù)——zigbee技術(shù)</p><p>　　2.1 ZigBee概述</p><p>　　ZigBee技術(shù)一種應(yīng)用于傳輸距離短、速率低的電子設(shè)備間的無(wú)線通信技術(shù)。是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。</p><p>　　Zigbee協(xié)議棧由子層組成，每一層為其上層提供服務(wù)：如果是一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體就提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；如果是一個(gè)管理實(shí)體

34、就提供管理、維護(hù)服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)提供了一系列的基本服務(wù)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為其上層提供服務(wù)接口。其協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)</p><p>　　從圖中可以看出，ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)（應(yīng)用支持子層和應(yīng)用層

35、）3。其中物理層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用支持子層則遵循ZigBee聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。</p><p>　　從協(xié)議的工作過(guò)程來(lái)看，ZigBee協(xié)議中層與層之間與OSI參考模型的工作過(guò)程類似都是通過(guò)原語(yǔ)進(jìn)行信息的交換和應(yīng)答的。層與層之間通過(guò)服務(wù)接口來(lái)完成相關(guān)服務(wù)與相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞的。ZigBee協(xié)議提供數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù)服務(wù)接口的主要任務(wù)是向上層提供

36、所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)，管理服務(wù)接口的主要任務(wù)是向上層提供訪問(wèn)內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制4。</p><p>　　在本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，為了達(dá)到節(jié)能的目的，系統(tǒng)將會(huì)采用Zigbee技術(shù)來(lái)構(gòu)建智能家居照明系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)</p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)是不同的。本文主要從ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型

37、，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及工作模式這三方面的內(nèi)容進(jìn)行介紹，在ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中，網(wǎng)絡(luò)主要有三類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及兩種工作模式。三類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分別是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器(Router)和終端節(jié)點(diǎn)（End Device）；三種拓?fù)湫问绞切切屯負(fù)?、?shù)型拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)?；兩種工作模式為信標(biāo)(Beacon)模式和非信標(biāo)(Non-beacon)模式。</p><p>　　2.2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型<

38、/p><p>　　(1) 協(xié)調(diào)器（Coordinator）</p><p>　　協(xié)調(diào)器顧名思義就是在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行協(xié)調(diào)的，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器的主要作用有：1）ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通信頻道的選擇；2）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立；3)為其他節(jié)點(diǎn)提供必要的路由信息，管理其它節(jié)點(diǎn)的安全及其他服務(wù)。根據(jù)ZigBee協(xié)議的規(guī)定在一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。</p><

39、p>　　(2) 路由器（Router）</p><p>　　在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，路由器的主要作用有：1）路由器節(jié)點(diǎn)自身信息的收發(fā)；2）節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)信息的收發(fā)；3）協(xié)助其它節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中；4）為網(wǎng)絡(luò)提供路由信息。</p><p><b>　　(3) 終端節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　終端節(jié)點(diǎn)是Zigbee系統(tǒng)中的最小單元，其主要作用

40、有：1）發(fā)送和接收信息；2）為了達(dá)到節(jié)能的目的，一般當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)不需要數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，就會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低能耗。</p><p>　　2.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?lt;/p><p><b>　　(1) 星型拓?fù)?lt;/b></p><p>　　在星型拓?fù)渲杏幸粋€(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)全網(wǎng)的運(yùn)行，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中最

41、簡(jiǎn)單的拓?fù)湫问剑鐖D2-2所示。</p><p>　　圖2-2 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　(2)樹(shù)型拓?fù)?lt;/b></p><p>　　在樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點(diǎn)，它可以連接路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，路由器節(jié)點(diǎn)可以連接路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，而終端節(jié)點(diǎn)下面則不能再連接任何其它節(jié)點(diǎn)。樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-3所示。<

42、;/p><p>　　圖2-3 樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　(3)網(wǎng)狀拓?fù)?lt;/b></p><p>　　在在ZigBee網(wǎng)狀拓?fù)渲校W(wǎng)狀拓?fù)涫亲顝?fù)雜的一種方式，當(dāng)然也是最靈活的一種方式，具有很好的容錯(cuò)能力，如果某個(gè)路由路徑出現(xiàn)問(wèn)題，信息可自動(dòng)選擇他路徑進(jìn)行傳輸。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-4所示。</p><p>　　圖

43、2-4 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.3 工作模式</p><p>　　不同的應(yīng)用需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的工作方式的要求也不同。為了滿足不同的應(yīng)用需求，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作模式分為信標(biāo)(Beacon)模式和非信標(biāo)(Non-beacon)模式兩種。</p><p>　　在信標(biāo)模式下，網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備的工作與休眠都是同步的，這樣做的目的是可以在最大程度上節(jié)省能源的

44、消耗。而在而非信標(biāo)模式進(jìn)行周期性休眠，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備的工作與休眠不是同步的，網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，以確保系統(tǒng)時(shí)刻處于響應(yīng)中。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章就ZigBee技術(shù)給與一些基本的介紹，并且對(duì)節(jié)點(diǎn)類型和拓?fù)湫问揭约肮ぷ髂Ｊ接辛艘欢ǖ牧私?，在第三章和第四章?huì)介紹如何基于硬件完成設(shè)計(jì)。<

45、/p><p>　　第三章 智能家居照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1 智能家居照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　現(xiàn)代家居照明系統(tǒng)的要求與過(guò)去相比有了很大的不同。一方面讓用戶在適合的光照下生活學(xué)習(xí)，另一方面還要求系統(tǒng)具有節(jié)能功能以及用戶操作的方便性。因而在設(shè)計(jì)智能家居照明系統(tǒng)時(shí)應(yīng)圍繞這幾個(gè)方面來(lái)考慮。針對(duì)以上要求智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面應(yīng)在無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)方

46、面、接入節(jié)點(diǎn)功能方面、遠(yuǎn)端用戶和數(shù)據(jù)中心方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮。各方面需完成的主要功能如下。</p><p>　　無(wú)線感知層：作為感知層方面來(lái)說(shuō)系統(tǒng)應(yīng)該能夠監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫度、濕度、室內(nèi)光照強(qiáng)度及設(shè)備電池電壓等環(huán)境信息,然后將感知到的結(jié)果通過(guò)系統(tǒng)中的接入節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端用戶或數(shù)據(jù)中心5。</p><p>　　接入節(jié)點(diǎn)：對(duì)于接入點(diǎn)來(lái)說(shuō)，首先收集感知層傳感節(jié)點(diǎn)采集到的室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、室內(nèi)光照強(qiáng)度及設(shè)備

47、電池電壓等環(huán)境信息,然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程用戶或PC機(jī)上的數(shù)據(jù)中心；另外對(duì)于遠(yuǎn)端用戶或者數(shù)據(jù)中心發(fā)送的時(shí)候關(guān)查詢命令、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓旅詈蚅ED燈具的開(kāi)/關(guān)燈及調(diào)光控制命令等接入節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)能夠及時(shí)的進(jìn)行解析,并根據(jù)解析的結(jié)果將信息轉(zhuǎn)發(fā)給底層的感知節(jié)點(diǎn)5。</p><p>　　遠(yuǎn)端用戶和數(shù)據(jù)中心：對(duì)于遠(yuǎn)端用戶來(lái)說(shuō)，一般都是采用手機(jī)監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境信息,這樣用戶就可以利用手機(jī)等終端設(shè)備通過(guò)短信的形式向感知節(jié)

48、點(diǎn)發(fā)送查詢或者控制命令,并接收感知節(jié)點(diǎn)反饋的信息等；讓用戶可能很方便的監(jiān)控室內(nèi)的環(huán)境。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，則需要進(jìn)行接收并顯示感知層監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、發(fā)送控制命令并顯示查詢結(jié)果,還具有歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計(jì)信息顯示等功能5。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　智能家居照明系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到通信技術(shù)、智能控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面，

49、本課題經(jīng)過(guò)充分的認(rèn)證后決定采用基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要組成部分有感知節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)中心/遠(yuǎn)端用戶。如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)自適應(yīng)方式組成一個(gè)網(wǎng)狀的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),在該網(wǎng)絡(luò)中接入節(jié)點(diǎn)承擔(dān)zigbee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器,該節(jié)點(diǎn)上電后會(huì)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò),隨

50、后路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)能自由地加入網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　在本系統(tǒng)中,各部分的作用如下。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本課題中的硬件部分的設(shè)計(jì)本質(zhì)上就是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)無(wú)線方式照度的調(diào)節(jié)，燈具的開(kāi)與關(guān)，因此本系統(tǒng)

51、的硬件設(shè)計(jì)主要有微處理器模塊、光控模塊、無(wú)線射頻收發(fā)模塊、電源模塊、串口單元和調(diào)試接口等的設(shè)計(jì),系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。在該系統(tǒng)中,微處理器單元需要與光控模塊、射頻模塊、串口單元以及調(diào)試接口進(jìn)行通信，是系統(tǒng)的核心部件。</p><p>　　圖3-2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　系統(tǒng)的硬件是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，

52、而系統(tǒng)中的軟件部分則是系統(tǒng)的靈魂，一個(gè)好的系統(tǒng)離不開(kāi)優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)本課題中的智能家居照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中心/遠(yuǎn)端用戶、接入節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)部分的軟件功能如下應(yīng)做到以下幾個(gè)方面5。</p><p>　　第四章 智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　按照系統(tǒng)的規(guī)劃，智能家居照明系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也就是微控制器模塊、射頻模塊、光控模塊、傳感器采

53、集模塊、電源模塊、串口單元及調(diào)試接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.1微控制器模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 MSP430F2619 微控制器芯片</p><p>　　微控制器（MCU），也被稱為單片機(jī)，可以被認(rèn)為在其內(nèi)部集成了許多完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等功能的邏輯電路模塊。微控制器的每一條匯編指令對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯電路模塊。微控制器依靠所運(yùn)行的程序來(lái)完

54、成工作。這個(gè)程序是設(shè)計(jì)者對(duì)微控制器的一組完整的指令，指令告訴微控制器其操作的每一步應(yīng)該去調(diào)用什么邏輯電路模塊，以及如何調(diào)用這個(gè)邏輯電路模塊。這些指令以二進(jìn)制代碼的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，微控制器從存儲(chǔ)器中一次讀取一條指令代碼，并完成由指令代碼指定的操作。</p><p>　　通過(guò)編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件，或者程序，可以在可編程邏輯器件內(nèi)部產(chǎn)生希望的硬件電路，或者控制微控制器完成不同的工作，正時(shí)由于這個(gè)特點(diǎn)，使得硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得

55、非常方便。當(dāng)由于需求的更改而需要修改系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者只需要進(jìn)行少量的工作就可以完成。</p><p>　　由于微控制器一次只能執(zhí)行一條指令，因此它的主要局限性是工作速度。采用硬件方案設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)總是比軟件方案設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)的工作速度快6。可編程邏輯器件在下載設(shè)計(jì)文件以后，在它的內(nèi)部將形成對(duì)應(yīng)的硬件電路，這些電路是可以同時(shí)工作的。例如向2個(gè)數(shù)碼管傳送顯示代碼，這時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行。在微控制器中，向2個(gè)數(shù)碼管傳

56、送顯示代碼的工作只能是逐個(gè)傳送?？删幊踢壿嬈骷?nèi)部電路模塊中信號(hào)處理的時(shí)間只來(lái)源于硬件電路產(chǎn)生的時(shí)間延遲，不存在指令讀取和執(zhí)行產(chǎn)生的時(shí)間延遲。上述工作特點(diǎn)使得可編程邏輯器件的工作速度比微控制器芯片快。</p><p>　　在本課題的設(shè)計(jì)中采用MSP430F2619微控制器模塊，該芯片是由德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的64管腳PM包裝。MSP430F2619芯片管腳排列圖和功能方框圖分別如圖4-1和圖4-2所示。<

57、;/p><p>　　圖4-1 MSP430F2619芯片管腳排列圖</p><p>　　圖4-2 MSP430F2619芯片功能方框圖</p><p>　　4.1.2 MSP430F2619 微控制器外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1 MSP430F2619系列芯片的時(shí)鐘系統(tǒng) </p><p>　

58、　MSP430 F2619芯片的時(shí)鐘系統(tǒng)具有4種時(shí)鐘信號(hào)源：</p><p>　　內(nèi)部數(shù)控振蕩器（DCO）</p><p>　　內(nèi)部低功耗振蕩器（VLO）</p><p>　　低頻振蕩器（LFXT1）</p><p>　　高頻振蕩器（XT2）。</p><p>　　這些時(shí)鐘信號(hào)源被用來(lái)產(chǎn)生芯片內(nèi)部使用的3種時(shí)鐘信號(hào)：&

59、lt;/p><p>　　主時(shí)鐘信號(hào)（MCLK）</p><p>　　子時(shí)鐘信號(hào)（SMCLK）</p><p>　　輔助時(shí)鐘信號(hào)（ACLK）</p><p>　　主時(shí)鐘信號(hào)（MCLK）支持芯片CPU的工作，子時(shí)鐘信號(hào)（SMCLK）和輔助時(shí)鐘信號(hào)（ACLK）支持芯片內(nèi)部外圍模塊的工作。MSP430F2619微控制器芯片的時(shí)鐘系統(tǒng)方框圖如圖4-3所示。

60、 </p><p>　　圖4-3  MSP430系列芯片的時(shí)鐘系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2) 傳感器電路 </p><p>　　傳感節(jié)點(diǎn)的作用就是感知信息的，在本系統(tǒng)中傳感電電路的設(shè)計(jì)中使用了溫度方面的傳感器。在該系統(tǒng)中溫度采集使用 ds18b20傳感芯片，具體電路如圖4-4所示。 </p><p>　　

61、圖 4-4 溫度傳感器電路圖 圖 4-5 按鍵復(fù)位電路圖 </p><p>　　3) 按鍵復(fù)位電路 </p><p>　　按鍵復(fù)位電路的作用是可以通過(guò)按鍵的斷開(kāi)和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。圖 4-5是系統(tǒng)的按鍵復(fù)位電路。 </p><p>　　4) 串口連接電路 </p><p>　　串行數(shù)據(jù)通信中數(shù)據(jù)位的傳

62、送，按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成；成本低但傳送速度慢。在本系統(tǒng)中PC與接入點(diǎn)采用的就是串口通信。串口連接電路圖如圖4-６所示。</p><p>　　圖 4-６ 串口模塊原理圖</p><p>　　5) 調(diào)試接口電路 </p><p>　　調(diào)試接口是單片機(jī)系統(tǒng)中常用接口，調(diào)試接口也有很多很多，在本系統(tǒng)中調(diào)試接口采用JTAG，JTAG(Joint Test

63、 Action Group，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種適合于國(guó)際性的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議測(cè)試，主要用于芯片內(nèi)部的測(cè)試。JTAG 屬于在線編程，具體的做法是，先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編譯，沒(méi)問(wèn)題后裝配到目標(biāo)板上。利用該項(xiàng)技術(shù)可以改變其設(shè)計(jì)流程，簡(jiǎn)化元器件，從而提高工作效率，加快工程進(jìn)度。JTAG接口原理圖如圖 4-7 所示。 </p><p>　　圖 4-7 JTAG 接口原理圖</p><p><b>

64、;　　6) 復(fù)位電路 </b></p><p>　　系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，復(fù)位使MCU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的工作狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。在系統(tǒng)中，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)顯示不正常，也為了調(diào)試方便，需要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路。</p><p>　　4.2無(wú)線射頻模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　無(wú)線射頻是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

65、。射頻技術(shù) 相對(duì)于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損等特點(diǎn)。 無(wú)線射頻技術(shù)在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損、不受環(huán)境影響、壽命長(zhǎng)、便于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時(shí)處理多張卡片7。</p><p>　　在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到智能家居照明系統(tǒng)的低功耗、響應(yīng)快等特點(diǎn),在本系統(tǒng)中

66、的協(xié)調(diào)器、路由器和各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的RF芯片都采用TI公司的CC2530F256芯片。ZigBee CC2530片上系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的性能并且節(jié)省系統(tǒng)的成本；CC2530的RF收發(fā)器能有效地與MCU融為一體,大大簡(jiǎn)化了其外圍電路，因此在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)也提供了很大的便捷性。</p><p>　　4.3傳感器采集模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題所設(shè)計(jì)的智能家居照明控制系統(tǒng)需要采集照明現(xiàn)場(chǎng)的光照度、移

67、動(dòng)目標(biāo)、溫度、LED狀態(tài)等環(huán)境參數(shù)等，而要完成這一功能則是由系統(tǒng)中布置的大量傳感器模塊來(lái)完成的，當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)收集到這些信息后通過(guò)RF無(wú)線射頻模塊發(fā)送到系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，而系統(tǒng)中的MCU微處理器則需要對(duì)收集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、依據(jù)內(nèi)置條件進(jìn)行邏輯分析和智能判斷，然后根據(jù)結(jié)論來(lái)實(shí)現(xiàn)LED燈具的PWM線性無(wú)極智能調(diào)光、智能調(diào)色溫、分組群控、情景模式等復(fù)雜功能。</p><p>　　在該系統(tǒng)中傳感器采集模塊主要由以下

68、內(nèi)部分組成：用于采集自然光照度的GL45I6光敏電阻，用于檢測(cè)人體移動(dòng)目標(biāo)的LHI787熱釋電紅外探頭,用于釆集環(huán)境溫度的DS18B20溫度傳感器組成。傳感器釆集模塊方案框圖如圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 傳感器采集模塊方案框圖</p><p><b>　　4.4 光控模塊設(shè)</b></p><p>　　光控模塊是系統(tǒng)中的主要控

69、制模塊，在該系統(tǒng)中所有的燈具均采用LED燈源，LED作為照明燈是這兩年來(lái)使用頻率越來(lái)越高的一種照明技術(shù)。綠色低碳、節(jié)能減排是LED燈的一個(gè)重要特點(diǎn)。本系統(tǒng)選用LED作為被控?zé)艟?相比傳統(tǒng)的LED燈，在這里的LED燈具中集成了 CC2530微處理器、RF無(wú)線射頻模塊以及PT4115脈沖恒流驅(qū)動(dòng)器。具體的工作過(guò)程是系統(tǒng)中的MCU對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)(光照度、移動(dòng)目標(biāo)、溫度等)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合特點(diǎn)進(jìn)行邏輯判斷，然后通過(guò)智能分析,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈

70、具的PWM無(wú)極智能調(diào)光、智能調(diào)色溫、分組群控、情景模式等復(fù)雜功能。LED驅(qū)動(dòng)調(diào)光節(jié)點(diǎn)方案框圖如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9 LED驅(qū)動(dòng)調(diào)光節(jié)點(diǎn)方案框圖</p><p>　　第五章 智能照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　本課題所設(shè)計(jì)的智能家居照明系統(tǒng)由ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、

71、路由器節(jié)點(diǎn)、繼電器器節(jié)點(diǎn)組成。ZigBee協(xié)調(diào)器的主要任務(wù)是進(jìn)行分布式處理。它能夠和若干個(gè)繼電器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，從而完成控制任務(wù)。這樣可以使本系統(tǒng)同時(shí)控制多個(gè)區(qū)域?；诠?jié)能方面的考慮，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，相關(guān)的傳感器節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描。</p><p>　　圖5-1 智能LED系統(tǒng)示意圖</p><p>　　(1)在本系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)的作用是網(wǎng)間連接器和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。它在傳輸層上以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

72、互連，是比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連</p><p>　　(2)本系統(tǒng)中的繼電器節(jié)點(diǎn)主在是用于控制LED燈光，放置在需要控制的地方。同時(shí)繼電器終端能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的加入、與協(xié)調(diào)器綁定來(lái)建立LED控制。</p><p>　　(3)本系統(tǒng)中的上位機(jī)主要作用是完成對(duì)所有區(qū)域LED的控制，一般位于監(jiān)控室。</p><p>　　5.2系統(tǒng)程序流程圖<

73、;/p><p>　　LED的控制是本課題所設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是系統(tǒng)能否達(dá)到節(jié)能的關(guān)鍵所在，系統(tǒng)采用的是基于ZigBee技術(shù)的智能LED控制。</p><p>　　5.2.1網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程</p><p>　　本課題的設(shè)計(jì)中，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)的功能，要完成這一功能需要系統(tǒng)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，在這一過(guò)程中首先協(xié)調(diào)器發(fā)起網(wǎng)絡(luò)的建立并進(jìn)行信道選擇；隨后相關(guān)的路由節(jié)點(diǎn)和

74、終端節(jié)點(diǎn)才能加入網(wǎng)絡(luò)中。系統(tǒng)流程圖如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程</p><p>　　具體的工作過(guò)程是，相關(guān)設(shè)備經(jīng)過(guò)一系列的初始化后，系統(tǒng)中的繼電器節(jié)點(diǎn)依據(jù)ZigBee協(xié)議來(lái)搜尋網(wǎng)絡(luò)，一旦發(fā)現(xiàn)有相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)存在就發(fā)送指令請(qǐng)求加入節(jié)點(diǎn)。在請(qǐng)求得到確認(rèn)后，繼電器節(jié)點(diǎn)將自身的地址信息發(fā)送給系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，并自動(dòng)與協(xié)調(diào)器進(jìn)行綁定。在接受到數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求之后，繼電器節(jié)點(diǎn)就會(huì)將

75、LED電路及時(shí)傳送給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器將新建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。若成功，允許協(xié)調(diào)器設(shè)定為綁定。協(xié)調(diào)器檢測(cè)是否有節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)，如果接收到節(jié)點(diǎn)的加入請(qǐng)求，記錄下節(jié)點(diǎn)的地址，并建立綁定，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)發(fā)出傳送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，得到節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)后，協(xié)調(diào)器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，最后通過(guò)RS-232串口發(fā)送給上位機(jī)8。</p><p>　　5.2.2路由器程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在本系統(tǒng)中，路由器的作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼和轉(zhuǎn)發(fā),

76、并管理及維持網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行,當(dāng)然為了達(dá)到節(jié)能的目的，路由器可能會(huì)不定時(shí)休眠。而對(duì)于應(yīng)用層來(lái)說(shuō)，路由是透明的,應(yīng)用程序只負(fù)責(zé)向下發(fā)送去往任何設(shè)備的數(shù)據(jù)到相應(yīng)的棧中,棧會(huì)負(fù)責(zé)尋找相關(guān)路徑,本系統(tǒng)中路由的程序設(shè)計(jì)包括路徑的發(fā)現(xiàn)、路徑的選擇、路徑的保持維護(hù)、路由表維護(hù)和終端與協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)交換的中繼。程序流程如下圖5-3所示:</p><p><b>　　上</b></p><p&g

77、t;　　5.3.3終端程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集室內(nèi)溫濕度和室內(nèi)光照度等信息,并將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給父節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行傳送,另外終端節(jié)點(diǎn)還要接收控制端發(fā)送過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,控制輸出口的脈沖的占空比來(lái)控制LED燈的亮度,終端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信功能比較簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序和網(wǎng)絡(luò)通信控制程序如圖5-4所示:</p><p><b>　　采集&l

78、t;/b></p><p>　　圖5-4 終端程序設(shè)計(jì)流程</p><p>　　5.3系統(tǒng)的核心程序設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)設(shè)備的描述程序</p><p>　　在該系統(tǒng)中，繼電器和中心收集設(shè)備需要進(jìn)行配置，中心收集設(shè)備將作為協(xié)調(diào)器或路由器啟動(dòng)，具體描述為：</p><p>　　const SimpleDe

79、scriptionFormat_t zigb_SimpleDesc =</p><p>　　{MY_ENDPOINT_ID, </p><p>　　MY_PROFILE_ID, </p><p>　　DEV_ID_COLLECTOR, </p><p>　　DEVICE_VERS

80、ION_COLLECTOR, </p><p>　　NUM_IN_CMD_COLLECTOR, </p><p>　　(cId_t *) zb_InCmdList, </p><p>　　NUM_OUT_CMD_COLLECTOR, </p><p>　　(cId_t *) NULL <

81、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　(2)繼電器設(shè)備的描述為：</p><p>　　const SimpleDescriptionFormat_t zigb_SimpleDesc =</p><p>　　{MY_ENDPOINT_ID, </p><p>

82、;　　MY_PROFILE_ID, </p><p>　　DEV_ID_COLLECTOR, </p><p>　　DEVICE_VERSION_COLLECTOR, </p><p>　　M_IN NU_CMD_COLLECTOR, </p><p>　　(cId_t *) zb_In

83、CmdList, </p><p>　　NUM_OUT_CMD_SENSOR, </p><p>　　(cId_t *) zb_OutCmdList </p><p><b>　　5.4 上位機(jī)</b></p><p>　　5.4.1 上位機(jī)的功能簡(jiǎn)介</p><p&g

84、t;　　上位機(jī)軟件主要完成對(duì)每個(gè)區(qū)域的控制分析與顯示。本課題的設(shè)計(jì)中，上位機(jī)通過(guò)串口來(lái)對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以通過(guò)上位機(jī)可以選擇控制一個(gè)區(qū)域也可以同時(shí)控制多個(gè)區(qū)域，并有很人性化的顯示界面提升用戶體驗(yàn)。 </p><p>　　5.4.2 上位機(jī)工作流程</p><p>　　在上位機(jī)中當(dāng)程序啟動(dòng)后，需要做以下幾件事情，第一對(duì)串口進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置并檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)否。其次當(dāng)串口初始化過(guò)后，上位機(jī)中的

85、控件將響應(yīng)串口的讀入事件。而這時(shí)下位機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)以字符串的形式輸入到上位機(jī)，在該字符串中含有相關(guān)節(jié)點(diǎn)的地址信息。這時(shí)，上位機(jī)需要對(duì)收集到地址信息進(jìn)行查看。系統(tǒng)程序根據(jù)不同的地址，選擇顯示相應(yīng)的LED。在上位機(jī)程序顯示界面中，可以用來(lái)顯示每個(gè)區(qū)域LED的開(kāi)關(guān)情況?？梢渣c(diǎn)擊不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行切換查看。</p><p><b>　　5.5 系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p>　　系

86、統(tǒng)測(cè)試是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要步驟。</p><p>　　5.5.1 系統(tǒng)硬件測(cè)試</p><p>　　系統(tǒng)的硬件測(cè)試包括對(duì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電源、內(nèi)存、按鍵、LED燈、串口，以及配套電路進(jìn)行測(cè)試。</p><p>　　下載各模塊的程序后，系統(tǒng)各硬件均能正常工作。</p><p>　　5.5.3 協(xié)議棧的測(cè)試</p><p>

87、　　下載協(xié)調(diào)器模塊到網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點(diǎn)模塊到電池板后，程序運(yùn)行正確，從串口能正確接收到節(jié)點(diǎn)的地址以控制LED的開(kāi)關(guān)。</p><p>　　5.5.4 上位機(jī)的測(cè)試</p><p>　　打開(kāi)上位機(jī)軟件，能顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域LED，并且能夠控制任何一個(gè)區(qū)域的LED，能夠順利在多個(gè)區(qū)域間進(jìn)行切換。</p><p><b>　　第六章 結(jié)論</b><

88、/p><p>　　主題的實(shí)際工程項(xiàng)目,主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)大中型家庭場(chǎng)合,智能照明控制系統(tǒng)控制功能,提供豐富的照明功能,以及操作方便和手段。提出并設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能家居照明系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中使用CC2530隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,MSP430F2619單片機(jī)芯片作為處理器,并結(jié)合TI公司Z -堆棧協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)打開(kāi)和關(guān)閉,控制LED燈泡。</p><p>　　電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自組網(wǎng)功能,

89、用戶可以控制協(xié)調(diào)器發(fā)送信號(hào)通過(guò)任何終端路由器到路由器節(jié)點(diǎn),終端接收命令和PWM信號(hào),實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)光系統(tǒng)中的所有燈具和情景模式控制功能,具有一定的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　因?yàn)槲业乃绞怯邢薜?時(shí)間是有限的,和智能明系統(tǒng)覆蓋等因素的存在,本文只有一小部分的功能進(jìn)行了深入研究,系統(tǒng)仍有很多地方需要修改,可以考慮添加其他電氣設(shè)備控制子系統(tǒng),設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)擴(kuò)展到更廣泛的智能家居照明系統(tǒng)</p><

90、p><b>　　致謝</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的完成是在我們的導(dǎo)師田新志老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了田老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x!導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開(kāi)拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生!</p><p

91、>　　還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的幾位同學(xué)，是你們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問(wèn)題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒(méi)有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 王群鋒 《基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能照明系統(tǒng)研究》 碩士論文 2012年5月</p>

92、;<p>　　2. 王朝波 《Zigbee智能家居智能照明》 學(xué)士論文 2014年4月</p><p>　　3. 譚成兵 《RFID技術(shù)在家庭農(nóng)場(chǎng)灌溉中的應(yīng)用研究》 選自《電腦知識(shí)與技術(shù)》2013-08-05</p><p>　　4. 劉欣茹 《ZigBee無(wú)線窗控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》碩士論文 2014年12月</p><p>　　5. 徐勇 《基于Zi

93、gBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能照明系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)》 碩士論文》2010年3月</p><p>　　6. 薛延俠，赫建國(guó) 《基于FPGA的高速數(shù)據(jù)接口的實(shí)現(xiàn)》 選自《微計(jì)算機(jī)信息》 2007-06-15</p><p>　　7. 尹啟祿，龍智，譚文海，許楊 《射頻標(biāo)簽(RFID)在移動(dòng)基站設(shè)備管理中的應(yīng)用探索》 選自《通信世界》 2006-06-12</p><p