基于ZigBee智能擦窗控制系统设计

物联网应用系统任务书题目： 基于 ZigBee 智能擦窗控制系统设计 学生姓名： 学 号： 班 级： 物联网工程 1 班 题目类型： 物联网工程 指导教师： 吴爱梅 一、设计题目简介该设计要求学生以物联网在智能家居领域应用为背景，设计并开发基于ZigBee智能插座控制系统。通过该题目的设计、开发，使学生初步得到智能家居家电的训练，掌握物联网的感知层、网络层和应用层这三层在智能家居的应用知识。全面培养学生在设计开发过程中的分析、设计及文档规范书写的能力，通过智能家居开发的综合训练，提高解决实际问题的能力。二、设计的任务1.查阅文献资料，一般在 10 篇以上；2.以智能家居家电控制背景为基础，通过调研、分析现有的智能家居家电控制系统，设计基于 ZigBee 智能插座控制系统；3.完成硬件电气原理图设计；4.完成硬件驱动程序软件设计；5.完成 ZigBee 协议栈开发软件设计；6.完成 PC 端 Qt 窗体界面开发软件设计7.撰写设计说明书；8.做好答辩工作。三、主要内容、功能及技术指标1.设计内容（1） 绘制电气原理图：ZigBee 继电器终端节点模块、ZigBee 协调器模块；（2） 编写继电器驱动程序；（3） 编写 ZigBee 协议栈软件程序：ZigBee 继电器终端节点程序功能的实现，ZigBee 协调器程序功能的实现；（4） PC 机 Qt 图形界面软件设计：ZigBee 智能插座控制系统窗体界面设计，ZigBee 智能插座控制系统窗体界面功能实现的设计。2.功能实现基于 ZigBee 智能插座控制系统设计，主要采用无线近距离通信技术对室内插座进行控制。PC 机通过 RS-232 串口与 ZigBee 协调器模块连接，由 PC 机Qt 图形交互界面上发出通电与断电指令并传送到 ZigBee 协调器模块。再由ZigBee 协调器模块通过 ZigBee 网络发送至 ZigBee 继电器终端节点，进而控制室内插座电源的通与断。3.技术要求（1）系统设计使用软件要求：IAR 集成开发环境软件、TI Z-Stack 协议栈、USB 转串口驱动软件、Qt Creator 跨平台开发环境软件。（2）系统设计使用硬件要求： 1 块 ZigBee 协调器模块 、1 块 ZigBee 继电器终端节点模块。四、提交的成果1. 课程设计说明书（1 份）A4 打印稿，正文部分要求不少于 30 页，中文为宋体，英文为 Time New Roman。正文及目录格式参考（毕业设计论文格式要求）正文包括以下内容。（1） 系统简介;（2） 需求分析 ;（3） ZigBee 继电器硬件电气原理图设计 ;（4） 继电器驱动程序设计 ;（5） ZigBee 协议栈软件设计; （6） PC 机 Qt 图形界面软件设计;（7） 摘要、章节目录、总结、参考文献、致谢等。2. 光盘（1 张）把完成的所有电子文档（设计说明书文档、打包后可运行程序及源程序）一并交由指导老师处。为了统一，资料规范如下。（1）光盘名称为“学号+ 姓名”，如：14730142 周*。（2）光盘根目录下只包含一个文件夹，文件夹的命名为“学号+姓名” ，该文件夹中包含 4 部分内容：电气原理图、PC 机 Qt 图形窗体界面图、软件程序流程图和设计说明书。五、主要参考文献1 钟永锋,刘永俊. ZigBee 无线传感器网络M. 北京邮电大学出版社.20112 瞿雷,刘盛德,胡咸斌.ZIGBEE 技术及应用M.北京航空航天大学出版社.20073 王小强,欧阳骏,黄宁淋 ZigBee 无线传感器网络设计与实现M.化学工业出版社.20124 青岛东合信息技术有限公司.Zigbee 开发技术及实践. 西安电子科大.20145 杭州晶控电子有限公司.教你搭建自己的智能家居系统M.机械工业出版社，2013 6 郑阿奇，陈超.Qt4 开发实践.电子工业出版社.2011.7李文仲,段朝玉等.ZigBee2007/PRO 协议栈实验与实践M.北京航空航天.20118 雷梁.基于 ZigBee 无线传感网络的嵌入式智能家居监控系统研究P.西华大学.2009.9童晓渝,房秉毅,张云勇.物联网智能家居发展分析J.移动通信.201010 王浩，浦灵敏等.物联网技术应用开发P.中国水利水电出版社.2014.六、各阶段时间安排（共 2 周）周次 日期 内容 地点星期一 分组、选题、收集与整理资料 教室星期二 硬件电气原理图设计 教室星期三硬件驱动程序设计第 1 周星期四星期五ZigBee 协议栈终端节点开发软件设计星期一 ZigBee 协议栈协调器开发软件设计 教室星期二星期三PC 机 Qt 窗体界面设计 教室星期四 撰写课程设计说明书 教室第 2 周星期五 答辩 教室2017 年 6 月 3 日摘 要随着科学技术的飞跃发展，生活水平的不断提高，人们对安全、舒适、健康的生活需求变得日益迫切。而近年来，智能家居概念已经逐渐深入到国民的生活之中，且不断地影响着人们的思维。因此，众多有能力的小区、别墅用户已经开始安装使用智能家居系统，并尝试智能化为家居生活带来的安全、舒适和便利。 时光飞逝，日夜如梭。室外清洁工作所花费的成本与面临的安全隐患也持续增大，然而，家庭擦窗时总会遇到这样的麻烦，窗户外侧玻璃受到空间限制，擦拭比较困难，尤其是住在高层建筑上的住户，操作时存在很大的安全隐患，但长时间不擦拭，粘上灰尘，就不美观了，因此我们的设计实现内外壁同时擦拭，智能化，集成化度高，操作方便，我们使用 zigbee 无线传感网络技术来实现，最后显在 Qt 界面上。由于我国房地产行业的迅速发展，也带动了我国门窗幕墙行业的迅速发展，随着消费者生活水平的提高，智能化的产品如雨后春笋，正逐步发展和壮大。而我们的智能窗户就是在这样的环境下应运而生的，因此具有广阔的市场空间和应用前景。关键字：智能化人性化 zigbee 技术 一体化系统集成 目 录1 系统概述 .11.1 系统介绍 .11.2 系统总流程图 .32 需求分析 .33 Zigbee 继电器硬件电气原理设计 .53.1Zigbee 硬件开发平台 .53.2 Zigbee 采集节点模块 .63.3 Zigbee 无线传输模块 .63.4 PC 机无线控制执行机构与外设实现的效果图 .73.5 关键代码设计 .74.驱动模块设计 .94.1 器件介绍 .94.2 原理设计 .94.3 继电器功能流程图 .104.4 代码 .115 zigbee 协议栈软件设计 .145.1 协调器代码 .145.2 终端节点 .176.PC 机 Qt 图形界面软件设计 .216.1 软件设计 .216.2 界面设计 .236.3 运行程序界面 .23总 结 .26参考文献 .27致谢 .281 系统概述1.1 系统介绍随着生活水平的提高，人们希望拥有一个舒适、便捷、安全的家居环境，传统的住宅正向智能化方向转变。在此背景下，设计了一种基于物联网的智能窗帘控制系统。给出系统结构及工作原理，着重阐述主要硬件及软件的设计。该系统以嵌入式操作系统为核心，采用 ZigBee 无线通信技术实现信号传输，GPRS 通信技术实现系统远程监控，实现了对窗帘的本地与远程控制。测试结果表明该系统运行稳定，数据传输正确率高。将该系统应用于智能窗帘中，能够使智能窗帘的控制更加多样化与智能化，对智能窗帘未来的发展，具有实际应用价值。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。它将各种家庭设备通过程序设置，利用宽带、固话和 3G 无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。与普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，而且能够实现更智能化的家庭控制管理。一方面，智能家居让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、智能手机、互联网或者语音识别方式控制家用电器，还可以执行场景模式称作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居的各种设备相互之间可以通信，不需要用户干预也能根据事先设定的不同条件，相互之间进行识别和运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。简而言之，智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居发展的特点和方向1.智能家居的发展历程智能家居的发展大致经历了 4 代：第一代只要基于同轴线、两芯线进行家庭组网，实现灯光、窗帘控制和少量安防设备控制等功能。第二代主要基于rs-485 线，部分基于 IP 技术进行组网，实现可视对讲、安防等功能。第三代实现了智能控制的集中化，主要实现包括安防、控制计量等业务功能。第四代基于 IP 技术，利用 zigbee 无线通信技术，智能家居业务可根据用户需求实现定制化和个性化。.智能家居技术种类目前市场上比较可靠的智能家居技术主要有 4 类：集中布线技术、无线射频技术、电力载波技术、zigbee 无线组网技术。（1）集中布线技术它主要应用于智能化控制，因为需要布线，所以信号相对稳定，比较适合楼宇和小区智能化等大区域的控制，但设备安装比较复杂、造价较高。（2）无线射频识别技术它利用点对点的射频技术，实现对家居和灯光的控制，安装设置相对比较方便，但系统功能相对较弱，控制方式也比较单一，易受周围无线设备环境及障碍物的干扰，其主要应用于实现特定功能电器或灯光控制领域。(3）电力载波技术它无需重新布线，主要利用家庭内部的电力线传输控制信号，从而实现对家电和灯光的控制与管理，而且可以不断升级。功能实用，比较适合大众化消费。（4）zigbee 无线组网通信技术zigbee 从布线上属于无线技术，具有布线简单、易扩展和易维护的特点。这使得 zigbee 可以按照功能要求，构建含有任意多个节点的无线网络，通信传输可以在任意节点之间进行，可以有效节约人力、物力成本。2.智能家居系统的发展方向（1）一体化系统集成智能家居在未来发展过程中，需要将家庭自动化管理，三表计量、安全防范监测、火灾报警以及设备