基于ZigBee技术的智能家居系统设计

论文摘要

智能家居是未来家居的发展方向,它利用先进的计算机技术、无线通信技术、网络技术和传感器技术等将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起,通过集中统一管理,为人们提供智能、舒适的居住环境。本文的工作重点是结合智能家居系统中的遥控器和灯具控制器,利用ZigBee技术实现家庭内部控制网络。在介绍了智能家居系统中相关技术的国内外发展与现状后,本文在分析了前期所设计的相关智能家居产品优缺点的基础上,比较了多种有线和无线通信技术,并选择已经成为IEEE标准的ZigBee技术作为组建家庭内部控制网络的通信技术。在对ZigBee协议进行深入研究后,结合具体应用背景,选择星形作为智能家居系统的网络拓扑结构。文章进一步提出了整个智能家居系统的框架,框架内部各部分功能以及实现方式。并对作为家庭内部控制网络中节点的遥控器和灯具控制器的硬件和软件的设计进行了详细阐述,最后给出了在Microchip的ZigBee开发平台上实现ZigBee网络的相关结果。本课题是以市场应用为背景,在设计家庭内部控制网络过程中,充分考虑到各节点的成本、功耗以及工程施工等问题,从而使设计出的各模块具有很强的实用性,经过与其他部分联合调试和进一步优化后,能够满足普通家庭用户的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 智能家居概述
• 1.3 相关技术的发展与现状
• 1.3.1 国外智能家居的发展与现状
• 1.3.2 国内智能家居的发展与现状
• 1.3.3 无线局域网与无线个域网的发展与现状
• 1.4 主要研究内容和论文结构
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 第二章 课题前期工作
• 2.1 前期相关工作
• 2.1.1 前期产品
• 2.1.2 前期设计主要优点
• 2.1.3 前期设计的缺陷
• 2.2 设计中考虑的主要因素
• 2.3 本章小节
• 第三章 家庭组网技术—ZigBee
• 3.1 家庭组网技术
• 3.1.1 有线组网技术
• 3.1.2 主流短距无线通信技术
• 3.1.2.1 无线局域网WLAN
• 3.1.2.2 无线个域网WPAN
• 3.1.3 系统组网方案的选择
• 3.2 ZigBee 协议架构
• 3.2.1 物理层
• 3.2.2 MAC 层
• 3.2.3 网络层
• 3.2.4 应用层
• 3.3 ZigBee 设备与 ZigBee 网络
• 3.3.1 ZigBee 设备类型
• 3.3.2 ZigBee 网络及其拓扑结构
• 3.3.3 智能家居的网络拓扑结构
• 3.4 本章小节
• 第四章 智能家居系统硬件设计
• 4.1 智能家居系统框架
• 4.1.1 家庭网关
• 4.1.2 家庭外部网络
• 4.1.3 家庭内部网络
• 4.2 ZigBee 开发平台
• 4.3 遥控器的设计
• 4.3.1 遥控器电源
• 4.3.2 单片机及其接口
• 4.3.3 矩阵键盘
• 4.3.4 ZigBee 无线收发电路
• 4.3.5 温度测量电路
• 4.3.6 LCD 显示
• 4.4 灯具控制器的设计
• 4.4.1 灯具控制器电源
• 4.4.2 灯具控制器其他部分电路
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统软件设计及运行结果
• 5.1 Microchip 的 ZigBee 协议栈
• 5.2 系统配置与通信方式
• 5.2.1 系统配置
• 5.2.2 通信方式
• 5.3 遥控器的软件设计
• 5.3.1 发现并加入网络
• 5.3.2 发送或接收消息
• 5.3.3 请求消息
• 5.3.4 中断的处理
• 5.4 灯具控制器的软件设计
• 5.4.1 建立ZigBee 网络
• 5.4.2 接受终端节点加入网络
• 5.4.3 发送或接收消息
• 5.5 系统运行结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间学术成果