智能家居系统中ZigBee节点的研究

论文摘要

随着计算机技术的发展,实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势,智能家居系统也在成为一个新兴的研究领域。ZigBee无线通信协议具有低成本、低功耗、低速率、近距离和高可靠性等优点,在工业、科学和医疗等领域有着广阔的应用空间。然而目前国内市场上ZigBee产品的生产和推广还处于起步阶段,很多技术仍不成熟。本文分析了智能家居系统的结构,对比了有线组网方式和无线组网方式在智能家居系统应用中的优缺点,并对几种常用的无线通信技术的特点进行了描述。在研究ZigBee协议的基础上,结合ZigBee应用层、网络层、MAC层和物理层规范,对ZigBee协议的网络拓扑结构、网络关联、网络配置和服务原语等关键技术进行了分析。设计了符合智能家居系统特点的星型ZigBee网络结构。ZigBee网络由一个协调器节点和两个终端节点组成。协调器节点用来组建网络,并对网络中的各终端节点进行控制,两个终端节点分别控制电灯的开关和执行防盗报警功能。系统在设计上体现了模块化思想,按照从系统到节点、再到单元电路,从协调器节点和各个终端节点的主程序流程,到各个具体功能子程序模块的次序,给出了ZigBee无线通信系统的设计思路和方法。在控制实现上主要采用端点绑定的方法实现具体端点负责监控具体终端节点的功能,通过协调器节点上的按键对终端节点的功能进行控制并通过发光二极管的状态显示终端节点的工作情况。利用Visual C++编写了上位机监控界面,通过监控界面可以很好地实现对终端节点工作状态的监视。本文对ZigBee协议进行了较为深入的研究,设计了适用于智能家居场合的ZigBee无线通信网络,为ZigBee产品的开发提供了借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外相关技术发展现状
• 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
• 1.2.3 无线组网技术的发展与现状
• 1.3 智能家居系统设计主要考虑的因素
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 智能家居概述
• 2.1 智能家居系统的基本组成
• 2.2 家庭内部网络组网方式分析
• 2.2.1 有线方式和无线方式对比
• 2.2.2 几种无线组网技术的比较
• 2.3 本章小结
• 第3章 Zigbee通信协议分析
• 3.1 Zigbee协议规范
• 3.1.1 IEEE 802.15.4 协议
• 3.1.2 ZigBee规范
• 3.2 ZigBee关键技术概述
• 3.2.1 ZigBee网络配置
• 3.2.2 网络关联
• 3.2.3 ZigBee网络拓扑
• 3.2.4 服务原语
• 3.3 本章小结
• 第4章 智能家居系统中节点的硬件设计
• 4.1 系统设计方案
• 4.2 协调器节点硬件设计
• 4.2.1 开发方案的选择
• 4.2.2 ZigBee协调器节点的硬件结构
• 4.3 终端节点硬件设计
• 4.3.1 室内照明自动控制终端节点
• 4.3.2 防盗报警终端节点
• 4.4 本章小结
• 第5章 智能家居系统中节点的软件实现和控制界面
• 5.1 软件实现
• 5.1.1 软件总体结构
• 5.1.2 功能子程序
• 5.2 系统监控界面
• 5.2.1 界面功能介绍
• 5.2.2 界面功能实现
• 5.3 运行结果和开发心得
• 5.3.1 运行结果
• 5.3.2 开发心得
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢