无线网络课程实践.docx

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1、Mx专业课课程大作业课程名称：无线网络技术导论设计题目：基于Zigbee网络智能家居系统院系：电子信息与电气工程学院学生姓名：XM学号：54专业班级：通信工程指导教师：XXX2023年11月26日基于ZigBee网络智能家居系统摘要伴随无线网络技术日勺发展，家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势。智能家居系统可以为人类提供舒适、智能、环境保护、高效的现代生活方式,是未来居住模式时必然发展趋势。而WSN中的JZigBee技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场B空缺。本文在概述了智能家居系统和ZigBee的基础上提出一种采用ZigBee无线通信技术的智能家居系统设计方案。本系统运用

2、T1企业的具有增强型的51内核的CC2430芯片,并通过某些外围0设计与传感器0设计，再加上CC2430节点模块与PC终端的串口连接由DeIPhi实现的PC终端控制软件，可以实现PC终端的智能控制，从而实现了一种低成本、高灵活性、通用时基于ZigBee的无线智能家居系统。关键词智能家居；ZigBee；CC2430；WSN目录1引言O1.1智能家居发展概况O1.2WSN及ZigBee技术概述O1.2.1ZigBee协议框架21.2.2ZigBee技术B应用领域21 3CC243032 .方案设计4方案处理示意图43.智能家居平台硬件设计43. 1CC2430关键电路设计54. 2温度传感器硬件设

3、计55. 3报警器电路硬件设计56. 4人体红外感应模块设计63.5串口通信硬件设计73. 61ED显示硬件设计74.智能家居平台软件设计84. IZigBee协议栈实现85. 2ZigBee协议编程85.上位机软件设计1251De1Ph1125. 2上位机软件设计12结论13参照文献141引言1.1 智能家居发展概况智能家居是运用先进0计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中日勺多种设备（如照明系统、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起B,自从美国在1984真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2023年才逐渐应用于高端市场，并且

4、原则不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、以便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居日勺开发与建设成为21世纪科技发展的必然趋势。伴随全球对能源和环境的规定越来越高,而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。1.2 WSN及ZigBee技术概述ZigBee是一种协议B名称，这一协议日勺关键基于IEEE802.15.4原则，其目日勺是为了合用于低功耗，无线连接B监测和控制系统。ZigBee和IEEE802.15.4原则都合用于低速率数据传播，最大传播速率为250KBps,与目前其他成熟的无线技术比较，ZigBeeBJ缺陷在

5、于理论传播距离相对较近，不过对于数据采集和控制信号0传播来说，首要考虑日勺是成本、功耗，距离和速率参数则是次要原因。因此目前ZigBee技术的重要应用定位在低速率、复杂网络、低功耗和低成本的应用。此外，基于ZigBee技术可以实现若干个微小的传感器之间实现互相协调的通信，采用接力H方式通过无线电波信号将数据从一种传感器传到另一种传感器，这使得网络间通信效率非常高。WSN（无线传感器网络）是目前在国际上备受关注的,波及多学科高度交叉，是高度集成的前沿热点研究领域。WSN有着巨大的应用前景,被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。其重要的应用在环境监测,军事应用，医疗应用，智能家居等。而智

6、能家居也伴随WSN技术0发展而得到了很大0发展与应用。对于无线网络来说，节点间通信距离越大，对应B电气设备构造越复杂、系统功耗以及成本就越难控制。因此怎样采用高效的短距离传播才是比较理想的J无线网络处理方案，相对于既有的多种无线通信技术，ZigBee技术日勺短距离、低功耗、低速率、低陈本是最适合作为传感器网络0原则。1.2. 1ZigBee协议框架ZigBee是专门为低速率控制网络制定B原则无线网络协议。它在PHY层、MAC层和数据链路层上采用了IEEE802.15.4协议原则，同步进行了完善和扩展。整个协议0框架构造如图所示。图1:协议框架构造图1.2.2ZigBee技术的应用领域ZigBe

7、e技术的目的就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。此外它还可以对局部区域内移动目的例如都市中的车辆进行定位。CC2430是TI企业推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的J片上系统。它支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee协议。根据芯片内置闪存的J不一样容量，提供应顾客3个版本，即CC2430-F32/64/128,分别对应内置闪存32/64/128KBo兼容IEEE802.15.4的RF前端，接受敏捷度高，集成度高，7*7mmQ1P48封装，低功耗(接受27m

8、A,发送27mA),休眠电流0.5APM20.3APM3,可迅速唤醒，宽电压工作(2.0V3.6V),一种加强51内核，8KBRM(4KB可以全模式工作),具有DMA功能，自带看门狗，支持硬件调试，支持电源、温度管理，12位ADC,128位AES加密处理，两个全功能串口，21个I0oCC2430芯片延用了以往CC2420芯片B架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051),具有128KB可编程闪存和8KBBRAM,还包括模拟数字转换器(ADC)、几种定期器(timer)、AES128协同处理器、看门狗定期器(WatChdogtimer)、

9、32kHz晶振B休眠模式定期器、上电复位电路(PoWeronreset)、掉电检测电路(brownoutdetection),以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18mCMOS工艺生产；CC2430I向休眠模式和转换到积极模式的超短时间时特性。CC2430芯片的重要特点如下：高性能和低功耗08051微控制器核；集成符合IEEE802.15.4原则B2.4GHz0RF无线电收发机；优良B无线接受敏捷度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅09uA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6UA的流耗，外部B中断能唤醒系统；硬件支持CSMA/CA功能；较宽B电压范围(2.

10、03.6V)；数字化BRSSI/1QI支持和强大的DMA功能;带有2个强大B支持几组协议的USART,以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器；是强大和灵活的开发工具。2 .方案设计方案处理示意图为了处理上述经典的智能家居系统，我们将抽象出如下图所示的网络架构图:多种传感器或者控制设备，通过Zigbee网络与家庭无线网关交互通信。最终通过无线网关将上述控制信息在互联网上共享。3 .智能家居平台硬件设计3.1 CC2430关键电路设计图3:CC2430模块关键电路该电路设计包括了CC2430B300、600、1200、2400、4800、96

11、00、19200波特。UART采用原则日勺TT1/CMOS逻辑电平来表达数据，高电平表达1低电平表达0。为了增强数据的抗干扰能力、提高传播长度，一般将TT1/CMOS逻辑电平转换为RS-232逻辑电平，312V表达0,-3-12V表达1由于RS232原则采用0是负逻辑电平，515V表达0,515V表达1,而CC2430系统使用0是1Vn1电平，原则逻辑1对应23.3V电平，原则逻辑O对应。O.4V电平。两者B逻辑电平无法兼容，要实现两者进行通信必须通过信号电平转换实现电平匹配。目前，常用B电平转换芯片有MAX3232,SP3232EEN等。本系统选用SP3232芯片完毕电平转换，从而就可以实现

12、CC2430与PC之间的通信，通过上位机软件就可以实现数据的管理与控制。3. 61ED显示硬件设计在本次设计中，采用1ED来显示从上位机传来0经协调器发送到终端0控制信号.也是对智能家居的控制系统的仿真。通过PC终端控制哪个灯的亮灭，就可以在终端节点上看到对应的J1ED的亮灭状态，从而实现的JPC机的J智能控制功能。4.智能家居平台软件设计4. IZigBee协议栈实现TIBZ-Stack是基于一种轮转查询式操作系统的，不过本次设计并未采用ZigBee2023,而是采用日勺一种精简版日勺公开源码日勺ZigBee协议栈HisstatePAN，它由RobertReese在参照MicrochipZigBeeStack改|基础上编写的|,基于ZigBee1.0,支持硬件平台CC2430和PIC18