基于Zigbee和ARM的智能家居系统的设计

论文摘要

进入新世纪以来,众多无线通信技术发展迅速,在很大程度上提高了人们的工作效率和生活水平,可是,在日常生活中,我们仍然受困于各种电缆,能否使各种设备在小范围内进行无线通信?研究当前比较成熟的几种无线通信技术,往往比较复杂,不但消耗资源很多,而且成本也不低,不太适合应用在短距离无线通信的场合。本文介绍了一种复杂度、成本和功耗都很低的低速率短距离无线接入技术——Zigbee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出,它能够满足小型化、低成本设备(如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等)的无线联网要求,具有自组网、自修复、传感器节点动态加入、自动报警功能,能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。同时随着数字信息技术和网络技术的高速发展,嵌入式系统的应用越来越广泛,而Linux强大的功能,以及源代码公开,使更多产品都选择Linux作为内嵌操作系统。本文选择ZigBee技术进行了网络的硬件和软件设计,组建了智能家居系统无线通信网络,从而方便用户的控制;选择三星公司的S3C2410作为主芯片,设计了ARM网关,主要负责转发上位机命令以及上传Zigbee网络数据;利用C#编程语言,设计了上位机应用软件,使得用户可以在任何一个能够上网的地方,来控制和查询家里的一切;深入分析了Zigbee协议栈路由算法,并提出了改进算法,使整个系统的能量尽量平均分配,从而达到延长整个家居网络寿命的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内智能家居系统发展现状
• 1.4 智能家居发展现阶段存在的问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 Zigbee 及ARM 开发的相关基础
• 2.1 Zigbee 开发的环境和工具
• 2.2 Zigbee 协议简介
• 2.2.1 Zigbee 协议术语
• 2.2.2 Zigbee 协议栈结构
• 2.2.3 Zigbee 协议的消息格式及帧格式
• 2.2.4 寻址
• 2.2.5 数据传输机制
• 2.3 Zigbee 节点软件程序设计基础
• 2.4 ARM 简介
• 2.4.1 嵌入式Linux 简介
• 2.4.2 嵌入式系统中使用 Linux 的优点和缺点
• 2.5 系统功能概述及架构设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 Zigbee 路由协议的改进
• 3.1 路由协议的特点
• 3.2 Zigbee 路由协议
• 3.2.1 AODV 路由协议
• 3.2.2 Z-AODV 能量平衡路由
• 3.2.3 树型（Tree）路由
• 3.2.4 Tree+Z-AODV 路由算法的分析
• 3.3 改进的Zigbee 路由协议
• 3.4 协议优点
• 3.5 协议的具体实现框图
• 3.6 本章小结
• 第四章 智能家居系统硬件设计
• 4.1 Zigbee 家庭局域网硬件和程序设计
• 4.1.1 节点主控芯片CC2530 性能介绍
• 4.1.2 网络协调器的设计
• 4.1.3 智能灯光电路的设计
• 4.1.4 电饭锅模块设计
• 4.1.5 室温测量模块
• 4.1.6 窗帘节点的设计
• 4.2 ARM 网关设计
• 4.2.1 嵌入式Linux 的开发流程
• 4.2.2 交叉编译环境的建立
• 4.2.3 Linux 内核的裁剪与编译
• 4.2.4 根文件系统及文件系统的创建与烧写
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统上位机软件设计
• 5.1 IIS 的安装
• 5.2 软件页面设计
• 5.3 上位机软件和下位机硬件的通信
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 附录4
• 致谢
• 详细摘要