基于ZIGBEE的智能窗帘控制系统

1、河南科技学院2015-2016学年第二学期期终考试无线传感器网络题目：基于ZIGBEEF智能窗帘控制系统专业班级：成员：（包括学号、姓名）教师：曲培新完成时间：目录1. 需求分析 32. 总体设计 32.1系统硬件电路设计 42.2微控制器模块 52.3电源模块 52.4光敏传感器模块 52.5 joystick 设计 62.6直流电机 63主要软件设计 73.1初始化函数 73.2按键函数 83.3周期性发送函数 103.4点对点发送函数 124总结 145参考文献 151.需求分析基于Zigbee技术的智能窗帘控制器作为物联网智能家居中的核心部分，可以大大提 高智能家居系统给用户带来的体验

2、度。它可以定义为一个过程或者一个系统，通过无线传 感器网络技术、射频识别技术等，将物理世界中的实体连接到因特网上，从而实现智能识 别和管理。在物联网环境下，人们可以通过各种设备全天候获得特定服务。不仅仅是通过 个人电脑，那些连接到互联网的智能终端也可以方便地为人们提供信息和执行决策。作为 物联网的典型应用，智能家居业务发展备受瞩目。智能家居可以让用户有更便捷的方式来 管理家用设备，使多个设备形成联动；而且，智能家居中的各个设备可以相互间通信，在 没有用户指挥的时候也能根据不同的状态互动的运行，从而为用户带来更高效、舒适、方 便和安全的家居环境。【前人研究进展】以往的智能家居系统以及各类智能传感

3、模块都PC为控制心，采用有线的方式连接。每次安装智能家居系统都需要做大量的布线工作。随着 我国物联网进发展的快车道，Zigbee正逐步被国内越来越多的用户接受，并在部分智能传 感器场景应用。简单的说，Zigbee是一种高可靠的无线 数传网络，类似于CDMA和 GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站，通讯距离从标准的75m到几百米、千米，并且支持无限扩展。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、高速率、低成本 的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间的数 据传输以及典型的有周期性、间歇性和低反应时间数据传输。基于Zigbee技术的物联网智 能

4、家居系统与以前的主机式集中控制系统的最大区别是采用基于Zigbee组网通信方式，省去了复杂、困难的布线工作，降低了成本，实现了家居的智能化。【本研究切入点】以嵌 入式家庭网关为核心，采用基于 Zigbee无线方式对系统中的各类智能模块进行通信。【拟解决的关键问题】基于基于Zigbee技术的智能窗帘控制系统作为智能家居的有机组成部分，在其中加入基于Zigbee模块，使得该智能窗帘控制系统可以和整个智能家居系统组成 一个网络，达到对家庭窗帘环境的全天候、多手段的监视和控制2.总体设计CC2530 是用于2.4-GHz、ZIGBEE和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SOC解决方 案。它能够以非常

5、低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型 8051 CPU,系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它 强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有 32/64/128/256KB的闪存。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。CC2530F256结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee?协议栈(Z-Stack?)，提供了一个强大和完整的ZigBee解决 方案。CC2530F64结合了德州仪器的黄金单元

6、RemoTI更好地提供了一个强大和完整的 ZigBee RF4CE?远程控制解决方案。图1 CC2530原理图系统的射频通信采用Chipon公司的CC2530通过Zigbee无线网络技术，用簇状连 接方式组网。中心控制节点定期检测光照强度，避免阳光直射办公区域。系统硬件框图如 图2所示。 电机WZigbee射微处理器一 传感器图2系统硬件框图2.1系统硬件电路设计智能窗帘控制器由5个模块组成，其硬件结构框架如图2所示：O CC2530无线收发微控制器模块，该模块负责采集无线控制信号、输出与客户操作动作相对应的控制信号并可 以与Zigbee智能网关交互信息，禾U用其接收到的用户指令转换成窗帘控制

7、相关信息； 电源模块，主要负责将输入的市电转换成电路各模块及元器件工作点电压；过零信号检 测模块主要是检测市电的过零点信号，将检测到的过零点信号输入到CC2530微控制器模块供其使；开关量驱动模块由3个按键构成，按下后产生一个低电平信号，CC2530微控制器检测此触号并判断其是开窗帘信号还是关窗帘信号亦或是停止运行信号，驱动可控硅 导通节点，实现窗帘正反转。过零信号检测模块图3 硬件结构与框架2.2微控制器模块本系统微控制器模块选择的是 CC2530芯片，CC2530是用于Zigbee的一个真正的片 上系统解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点，并且各网络节点 支持无限扩展，

8、同时结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它 强 大 的功能。CC2530具有不同的运行模式， 每种模式耗电量不同，并且根据模块实时工作状态进行自动切换，使得它尤其适应超低功 耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短，进一步确保了低能源消耗。因此CC2530可以理想用于智能窗帘控制系统中，该微控制器模块好比人体的大脑，完成对各个模块的控制 和协调整个系统的工作。CC2530微控制器模块也是整个系统组网和控制的核心，其主时钟 晶振采用的是32MHz无源晶振和32.768kMz晶振，天线设计采用PCB天线形式。微控制器 模块电路如图

9、4所示。图4 微控制器模块电路2.3电源模块由于窗帘旋转电机采用的是市电供电，因此智能窗帘控制器输入端需输入市电220V,而CC2530芯片需要直流3.3V供电，所以就必须设计电源模块将市电 220V降压到3.3V。 将交流市电采用整流滤波后再由变压器降压，并在电压输出末端采用电源稳压调整器件 ZR431进行电压的采样、比对及反馈后 得到末端输出电压VDD为3.3V，即可为 CC2530芯片供电。电源模块电路如图5所示。图5电源电路2.4光敏传感器模块在一块光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其它绝缘材料基板上， 两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。光敏面作成蛇形

10、，电极作成梳状，这样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而减小极间电子渡 越时间，提高灵敏度。如图6所示图6光敏电阻2.5 joystick 设计Joystick 遥杆）也称为“五向键“导航键”，可以表示上、下、左、右及中间的joy_push五个方位。Joystick的中间键joy_push和0K按钮并联连接至P0. 5引脚，其他 四个方向经过运算放大器调理后，通过一个ADC!道（P0. 6）输人CC2430 o Joystick拨向不同的方位（上下左右）就会产生不同的电压，经 ADC采样计算后得出其方位状态。Cancel 按钮接P0. 1 ,按下Cancel按钮时P0. 1

11、变为低电平，通过P0. 1的电平判断Cancel键 的状态。2.6直流电机脉冲宽度调制（pwm是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数 器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。之后详细设计 了基于MCS-51单片机的直流小电机 PWM调速的系统硬件电路以及各电路硬件说明目前单 片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航 装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控 制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象 机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、

12、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用 说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将 造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用 电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，；最后是实现直 流小电机PWM1流调速系统软件设计。3主要软件设计CC2530微控制器模块作为系统的核心模块，主要完成发出驱动信号、检测按键信号及 与Zigbee智能网关通信等工作。当系统执行过零检测程序后将检测后的过零时间点作为 延时定时器的起点，系统一直检测是否有按键消息或者来自 Zigbee智能网关接收的控制信 号。如果检测到

13、该类信号，将控制可控硅的导通，窗帘电机开始动作。由于ZigBee模块的标准通讯距离是在75 m,很难实现远距离通讯，所以在系统设计时加入路由节点，由控制 单元发送指令到最近的路由节点，节点通过算法选择下一个路由或者终端节点通过对环境 的光照强度、湿度的变化以及红外遥控来对智能窗帘网络化控制系统进行测试窗帘关起；湿度低时，窗帘关起，反之开启光照强度强按下红外遥，电机取反。ZigBee术传输距离，测试结果。微控制器模块程序流程如图 8所示。开始端口初始化驱动电机图8微控制器模块程序流程3.1初始化函数 void SampleAppnit( ui nt8 task_id )SampleApp_Tas

14、klD = task_id;SampleApp_NwkState = DEV_INIT;SampleApp_Tra nsID = 0;MT_UartI ni t();/串口初始化MT_UartRegisterTasklD(task_id); / 注册串口任务P0SEL &= 0X20;P0DIR |= 0X20;P0SEL &= 0X10;P0DIR &= 0X10;3.2按键函数void SampleApp_Ha ndleKeys( uint8 shift, uint8 keys )(void)shift;/ I nte ntio nally un refere ne

15、ed parameterif ( keys & HAL_KEY_SW_6 )#if defi ned(ZDO_COORDINATOR)SampleApp_Se ndPeriodicMessage();#else#en difif ( keys & HAL_KEY_SW_1 )/* The Flashr Comma nd is sent to Group 1.* This key toggles this device in and out of group 1.* If this device does n't bel ong to group 1, this appl

16、icati on* will not receive the Flash comma nd sent to group 1.*/aps_Group_t *grp;grp = aps_Fi ndGroup( SAMPLEAPP_ENDPOINT, SAMPLEAPP_FLASH_GROUP );if ( grp )/ Remove from the groupaps_RemoveGroup( SAMPLEAPP_ENDPOINT, SAMPLEAPP_FLASH_GROUP ); else/ Add to the flash groupaps_AddGroup( SAMPLEAPP_ENDPOI

17、NT, & SampleApp_Group );3.3周期性发送函数void SampleApp_Se ndPeriodicMessage( void )LedState = LedState;SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID,if ( AF_DataRequest( & SampleApp_Periodic_DstAddr, & SampleApp_epDesc,& LedState,& SampleApp_Tra nsID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS ) = afStatus_SUCCES

18、S )if(LedState = 0)HalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_ON);elseHalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_OFF);else/ Error occurred in request to send.3.4点对点发送函数void SampleApp_Se nd_P2P_Message( void )uin t8 data=""if(DATA_MQ = 0&&LedState1 = 0)if ( AF_DataRequest( & SampleApp_P2P_DstAddr

19、, & SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,data,& SampleApp_Tra nsID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DISCV_ROUTE,HalLedSet(HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_ON);else/ Error occurred in request to send.if(DATA_MQ = 1&&LedState1 = 0)if ( AF_DataRequest( & SampleApp_P2P_DstAddr, & SampleApp_epDesc,

20、SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,data,& SampleApp_Tra nsID,AF_DEFAULT_RADIUS ) = afStatus_SUCCESS )HalLedSet(HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_OFF);else/ Error occurred in request to send.4总结本智能窗帘设计采用了无线传感器网络技术和信息融合技术，从系统硬件、软件两方面入手，通过摇杆按钮不同的操作方式，从而实现不同的操作模式的转换， 如向上可以增加电机的转速，向下则是降低转速，向左则是启动，向右则是关闭等等，我 们相信智能窗帘一定会让人们的生活更加舒适。随着生活品质的不断提高，人们越来越追 求家居环境的智能化和舒适性。本文采用的基于Zigbee技术设计的智能窗帘控制器可以实 现利用智能终端对家居窗帘进行控制和调节。经测试,系统各模块均正常工作，且实现了通 过手机和平板电脑安装客户端软件后对