基于ZigBee技术的智能家居监控系统的设计与实现

论文摘要

智能家居是未来家居的发展趋势,它将给用户提供更加安全、舒适和便利的生活环境,并且用户可以随时随地的监控自己的家居环境。传统的智能家居系统利用电缆线路布网,其灵活性低、扩展性差、成本高、工作量大。无线网络不仅可以克服有线网络的缺点,而且更加的符合家庭网络的通信特点。本文利用ZigBee无线通信技术并结合语音识别技术、传感器技术以及模／数转换技术设计并完成了基于ZigBee技术的智能家居监控系统。本文所完成的主要工作有：1.在比较各种组网技术特点之后,选择利用无线网络智能家居技术组网。并通过对主流无线通信技术的比较,论证了ZigBee技术应用于智能家居监控系统的可行性。2.根据设计思想和功能需求,确定了智能家居监控系统的整体架构,并在此基础上设计并完成了一个ZigBee无线智能家居的实验系统。完成了软硬件系统的设计和实现。3.在硬件系统的设计和实现中,选择基于ZigBee标准的无线射频芯片CC2430为核心硬件。以CC2430为基础,并根据各个节点的功能要求设计具体的硬件电路。在设计和实现的过程中,在保证完成功能的前提下,遵循简单合理、节省芯片I/O资源和抗干扰性的原则,尽量的降低开发成本。为了保证硬件系统的升级和扩展,预留了扩展接口。4.选择IAR和Microsoft Visual C++6.0为开发工具,分别完成了各个节点中的嵌入式程序的实现以及在计算机上的监控软件的实现。在实现的过程中尽量的减低程序复杂度,采用高效的编程技术,以确保软件运行的稳定性和可靠性,同时在软件中预留了扩展接口,以对软件升级和功能扩展。结合语音识别技术、温度传感器、模／数转换器等实现了家电控制、环境温度采集以及心电的采集和监测等功能,完成了基于ZigBee技术的智能家居监控系统的雏形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 智能家居的发展概况
• 1.2.1 国外智能家居的发展现状
• 1.2.2 国内智能家居的发展现状
• 1.3 文章主要内容和章节安排
• 第二章 ZigBee技术及智能家居组网技术介绍
• 2.1 智能家居系统组网技术概述
• 2.1.1 智能家居系统有线组网技术
• 2.1.2 智能家居系统无线网络组网技术简述
• 2.2 ZigBee的网络拓扑结构
• 2.3 ZigBee技术的协议栈简介
• 2.3.1 ZigBee协议栈物理层简述
• 2.3.2 ZigBee协议栈MAC层简述
• 2.3.3 ZigBee协议栈网络层和应用层简述
• 第三章 系统的架构及系统的硬件设计
• 3.1 无线射频芯片CC2430介绍
• 3.2 系统协调器节点硬件设计
• 3.2.1 串口通信原理及相关硬件介绍
• 3.2.2 协调器节点电路原理图及实物图
• 3.3 环境温度采集节点硬件设计
• 3.3.1 温度传感器DS18B20介绍
• 3.3.2 环境温度采集节点设计图
• 3.4 家电控制节点硬件设计
• 3.4.1 电磁继电器介绍
• 3.4.2 家电控制节点硬件电路设计图
• 3.5 心电采集节点硬件设计
• 3.5.1 心电信号放大电路设计
• 3.5.2 心电信号的模/数转换电路设计
• 3.5.3 心电采集节点电路设计图
• 3.6 遥控器节点硬件设计
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 软件开发工具简介和监控软件设计
• 4.1.1 嵌入式软件开发工具介绍
• 4.1.2 监控软件设计
• 4.2 协调器节点嵌入式软件设计
• 4.2.1 协议栈植入
• 4.2.2 ZigBee无线网络的建立及节点的加入
• 4.3 环境温度的采集与处理
• 4.3.1 DS18B20的工作原理及应用
• 4.3.2 驱动DS18B20的软件设计
• 4.4 心电的采集与处理
• 4.5 家电控制及遥控器控制功能实现
• 4.6 系统运行界面
• 第五章 结束语
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录