基于Zigbee的智能家居控制系统.doc

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1、基于Zigbee的智能家居控制系统摘要:本文介绍了基于Zigbee的智能家居控制系统的组成、开发方案、具体的硬件和软件设计方法以及测试结果。测试表明，本系统能够成功地利用Zigbee技术对家居设备进行无线组网，配合以NiosII软核为核心的系统终端，完成家居信息的实时显示、家居设备的自动控制和自动根据险情进行短信报警等功能，系统工作快速、灵活、稳定，市场前景广阔。关键词：Zigbee；智能家居；NiosII；远程报警1引言智能家居控制系统是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控

2、报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。随着科技的提高和经济的发展，人们对家居环境的要求越来越高，作为家居智能化的核心部分—智能家居控制系统也越发显得重要。本系统采用Zigbee技术、FPGA技术、自动控制技术和传感器自动检测技术，利用以CC2530为核心的Zigbee模块完成系统组网、传感器数据的采集和传输功能。系统终端以NiosII软核为核心，完成显示、综合控制和报警等功能。2系统概述基于Zigbee的智能家居控制系统以充分利用系统资源完成对家居环境的监测和家居设备的综合控制，为用户提供更方便舒适的家居生活体验为

3、实现目标。用户通过终端查看家居信息、操作系统运行和设定温湿度等环境参数；各家用电器和窗帘等处的电机等家居设备根据传感器采集的相应数据和用户设定等因素，在终端的控制下工作；组网功能由隐藏在家中各处与终端和各传感器、家居设备相连的Zigbee模块完成。2.1系统组成本系统由一个多个节点、一个终端和一台上位机组成。节点由Zigbee模块接入系统终端和传感器、家用电器、电机构成，节点之间的网络拓扑结构为星型网络，其中位于星型网络中心的终端收发节点与作为终端的DE2开发板相连。终端通过上位机软件连接家中的台式电脑，同时终端还与GSM模块连接以便完成发

4、送短信的功能。系统组成框图如图2.1所示：温湿度传感器节点终端收发节点温湿度传感器终端压力传感器空调红外线传感器节点压力传感器节点电视节点、空调节点…电机节点……电视电机状态选择开关红外线传感器上位机GSM图2.1系统组成框图2.2系统功能为了给用户提供一个安全、舒适、方便的居住环境，使系统对家居设备的控制更便捷高效，同时为用户家庭节约能耗，本系统可以实现以下功能。（1）检测室内温度并显示在终端显示屏上，同时自动控制空调完成温度调节；（2）结合温湿度和用户是否在家及用户起床的情况自动开启空调、电视机和微波炉；（3）检测家中非法入侵、着火、漏

5、水等情况，同时根据险情对用户进行本地报警和短信报警；（4）早上用户起床后，微波炉、热水器等自动开启，窗帘自动打开；（5）用户可通过上位机控制系统，设定温湿度等参数。3系统开发方案本系统利用Zigbee和FPGA技术，以IAR、NiosII和VisualBasic软件作为开发环境，使用DE2开发板和以CC2530为核心的Zigbee模块作为开发工具进行开发。对系统的开发主要分成节点、终端和上位机三个部分进行。节点间利用Zigbee协议进行无线通信，网络拓扑结构采用星型结构。以CC2530为核心的Zigbee模块不但是无线收发器，还能够作为微控

6、制器完成对传感器、继电器等外围设备的控制。而星型网络结构便于用户在系统中增加和减少节点，且系统可以随时为增加的节点建立无线通信链路。在对Zigbee模块进行开发时，本系统在官方协议栈基础上，对应用层进行开发，使其完成系统组网、传感器数据的采集和传输功能。终端利用FPGA技术，以NiosII为核心，在DE2开发板完成开发。终端的功能是显示、对家居设备的综合控制和报警等，其中报警功能由终端控制GSM模块实现。终端与终端收发节点之间通过SPI串口连接。上位机由VisualBasic软件完成开发。上位机软件在电脑上运行，主要作用为显示信息和修改温湿

7、度等参数，通过UART串口与终端相连。VisualBasic的图形用户界面和UART通信模块都为上位机软件的开发提供了方便。4系统硬件设计本系统为了实现其功能，所需硬件有Zigbee模块、DE2开发板、GSM模块、传感器、电机、继电器等。下面就Zigbee模块和系统硬件结构作介绍。4.1Zigbee技术及其原理Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于近距离无线连接。Zigbee堆栈是在IEEE802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。Zigbee协议应该包括IEEE80

8、2.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及Zigbee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层，其结构如图4.1所示：Zigbe