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1、基于ZigBee的智能家居系统设计与实现摘要：随着人们生活水平的提高及物联网技术的飞速发展,人们对于家居环境提出了更高的要求,智能家居也就应运而生,人们希望能通过各种家居设备来享有更加舒适，便捷的居住环境。但是传统家居设备的控制信息传输主要靠布线技术，不但系统升级麻烦，且成本过高，实际的应用效果也不明显，并没有很大的改善人们的生活。ZigBee的出现使的这一现象得到有效的应解，ZigBee是一种低成本、低功耗无线通信技术，它的自组网技术可以方便的使家中的各种设备组成一个区域网，信息传送的可靠性也极高。使用ZigBee作为家居内网可以方便的对家电进行控制和对安防预警信息进行采集。本文首先介绍了智
2、能家居的研究背景和国内外的发展现状，然后对ZigBee技术进行介绍，比较详细的介绍了ZigBee协议框架中各层次扮演的角色及特点，并对ZigBee技术在智能家居中内部组网技术的适用性作了比较分析。最后综合讲解了智能家居系统的设计方案，包括系统功能及特色等。集中控制端在个人PC机上模拟实现，与之构成C/S结构的远程控制端有Windows和Linux端，他们之间采用面向连接的Socket加密通信。家居内网采用基于CC2530的SoC建立强大的网络，以协调器为核心节点，组合其他设备终端节点进行家居网内信息的采集和传输，实现家电控制和温度、湿度、入侵等安防信息采集。同时设计便捷、易用的软件界面，既可以
3、在家中使用，也可以在任何有网络接入的设备上实现远程控制。测试表明：使用远程控制端或集中控制端都能可靠的对家电进行控制和安防信息的采集，系统具有一定的稳定性和扩展性，达到预期目标。关键字： ZigBee 智能家居 家居内网 多方式控制Design and Implement of Smart HomeBased On ZigBeeAbstract: Traditional home device control information transmission mainly depends on wire line technology, this kind of control system
4、not only upgrade is very troublesome, but also the cost is too high, and the actual effect is not obvious, and peoples lives are no significant improvement. While ZigBee come into being, this phenomenon wont happen again, ZigBee is a low-cost, low-power wireless communication technology, the Automat
5、ically set up network features ,which makes a variety of devices composed of a WPAN at home easily, and the information transmit reliability is very high. Using ZigBee as internal home network is very appropriate to control home appliances and collect security warning information. The paper first in
6、troduces the research of smart house background and current development at home and abroad, and then introduces the ZigBee technology, a more detailed description of the role and characteristics of the ZigBee protocol framework at all levels.At last I integrated explain how to design the smart house
7、 system, including system functions and characteristics. The Centralized control side simulation on a personal computer, which forms C/S structure of the remote control side, including Windows and Linux side, and they communicate each other with connection-oriented and encrypted Socket. Within the h
8、ome network to build a strong network nodes which are based on the SoC of the CC2530 , coordinator for the core node, the combination of terminal nodes of other devices within the home network information acquisition and transmission, appliance control, and temperature, humidity, intrusion and other
9、 security information collection. At the same time the design is convenient, easy-to-use software interface, we can use at home easily and also access remote control of network equipments. The experiments show that: Using the remote control system or centralized control system can control home appli
10、ances and collect security warning information easily. The system has a certain stability and scalability, which can achieve the desired goal.Keywords: ZigBee Smart home internal home network multiple controlII 目 录第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究概况及发展趋势21.2.1 国外研究发展概况21.2.2 国内研究发展概况21.2.2 智能家居发展趋势31.3 研
11、究内容及组织结构41.4 本章小结5第二章 无线通信与ZigBee技术62.1 无线通信概述62.2 ZigBee技术简介62.2.1 ZigBee技术概述及特点62.2.2 ZigBee的网络拓扑结构82.3 ZigBee在智能家居中的适用性102.3 ZigBee协议体系结构112.3.1 物理层122.3.2 MAC层142.3.3 网络层152.3.4 应用层162.4 ZigBee在智能家居中的应用172.4.1 安全系统172.4.2 抄表系统182.4.3 灯控系统182.4.4 多区域HVAC系统192.4.5 消费类电子202.5 ZigBee的价值和应用前景202.6 本章
12、小结21第三章 系统设计与实验方案223.1 系统需求分析223.2 系统设计方案223.2.1 系统总体设计概述223.2.2 ZigBee网络拓扑结构及各终端角色233.2.3 系统实现目标及特色243.3 系统实验方案253.4 家电模拟控制及安防信息采集263.5 本章小结27第四章 系统功能实现详细介绍284.1 基于ZigBee的无线信息采集与传输284.1.1 信息采集与传输的安全性294.1.2 ZigBee的CSMA/CA 机制304.1.3 ZigBee的网络工作方式324.1.4 网络协调器的收发数据324.2 Linux环境下的远程控制端设计与实现334.3 集中控制端
13、的介绍354.4 本章小结35第五章 系统开发环境与测试365.1 ZigBee 片上系统365.2 软件平台375.2.1IAR 7.51375.2.2ZigBee协议栈385.3 系统运行与测试395.4本章小结40第六章 工作总结与展望416.1 工作总结416.2 展 望41参考文献42致 谢43附录A44第一章 绪论1.1 研究背景及意义随着人们生活水平的提高及生活节奏的加快，人们的住宅也开始电子信息化。家用电器、通信设备与安防设备逐渐的进入家庭，加之通信与信息技术的发展，家居越来越智能化。人们也希望能更加方便的对家用电器进行操作同时对家中的居住环境和安防状态进行监测，享有一个高效，
14、安全，便捷，环保的家居环境，于是智能家居的概念被越来越多的人们提出。智能家居是一个多功能的综合技术系统,它以家庭住宅为平台,利用计算机、网络、传感、自动化与嵌入式技术,将与家居生活有关的各个子系统如灯光控制、安防预警、家电操作等整合在一起，并通过家居信息管理平台对其进行综合管理，使人们能够方便获取一体化，全方位的家居资源。随着互联网技术的深入发展和成熟，“物联网时代”到来的呼声日益高涨，国家“十二五”规划中也明确将物联网作为战略性新兴产业来培育发展。而国内外各大家电生产厂商生产的各种高端家电也开始预留信息控制接口，准备着迎接物联网时代的到来。智能家居也是物联网产业的一部分，也是物联网在明生应用
15、领域的重点部分，加之近年来房地产的迅猛发展和媒体宣传造势，智能家居呈现耳熟能详化，为此智能家居必将得到高速发展。国内外的一些技术厂商都在进行市场推广和技术储备，以便在合适的时机退出自己的智能家居产品。虽然各种产品的功能标准和应用接口不太一样，但是不难想象，智能家居的功能都会基本涵盖一下几个方面：(1) 灯光控制：不管哪个家庭都会有需要更加方便的对家中灯光进行控制。(2) 家电控制：为了更加便捷的生活，人们可以在家中方便的对热水器，空调等进行控制，也希望需要时能通过有网路接入的设备对电器进行远程控制，如出差回来的路上打开热水器，回到家可以舒服的洗个热水澡。(3) 安防预警：居家生活，平安是最大的愿望，通过对家中烟感，入侵等安防信息进行实时监测，免去后顾之忧。 为此设计出一套既有通用性，又可以方便的进行扩展的智能家居系统是前提，我们希望能简化家中控制系统的复杂性，降低安装成本和提高信息传送的安全性，解决实际推广中可能会出现的问题，为智能家居的大规模应用提供一定的借鉴和助推作用，真正的使高效便利的生活触手可及。1.2
