基于Z-Wave控制的低能耗智能家居系统-修改建议

1、项目编号创新训练项目申请书（试行）项 目 名 称： 基于Z-Wave控制的低能耗智能家居系统 申请者姓名： 郑智颖 李国志 叶进发 指 导 老 师： 石建国 所 属 学 院： 电子信息学院 填 表 日 期： 2015 年 03 月 30 日二0一三年制 计划项目名称基于Z-Wave控制的低能耗智能家居系统理工科( )文科( )计划项目负责人姓名郑智颖性别男民族汉学号2013010301028专业电子信息工程身份机号系电615427）QQ号791857764计划项目组成员姓名性别学号身份证专业年级联系电话

2、李国志男201301030104144182719941109473213电子信息工程A进发男201301030104044182319950804451713电子信息工程A导教师情况姓名石建国性别男民族汉出生年月1968.10专业/职称/职务副教授手机号系电话/传真无E-mail401831860一、前期基础（1000字以内）（研究成员的知识条件，研究兴趣，相关经历及开展本项目的基础） 郑智颖：大二电子信息工程专业，参加过电子设计大赛，并且都获得不错的成绩，。熟悉数电，模电，擅长于硬件设计，能独立设计电路画原理图P

3、CB图，熟悉c语言，单片机等。叶进发： 参加过电子设计大赛，在各类电装实验及课程设计中表现突出，专业基础扎实，善于思考，能够熟练地对51单片机进行开发。李国志： 对电子技术深感兴趣，自学能力强，能随机应变，勤奋刻苦，善于思考，熟悉PADS电子设计软件的使用，熟悉c语言，51单片机。二、计划项目实施思路（3000字以内）1研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等意义与目的：自从1984世界第一个智能家居系统的问世，智能家居就在我们的未来生活中一直更新，在进入21世纪以来，智能家居在系统和功能上有了质的飞跃，而Z-wave在智能家居方面占据了强势地位。Z-Wave是一种新兴的基于射

4、频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。Z-Wave技术在最初设计时，就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对，早期甚至使用9.6kb/s的速率传输。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。Z-Wave是一种结构简单，成本低廉，性能可靠的无线通信技术，通过Z-Wave技术构建的无线网络，不仅可以通过本网络设备实现对家电的遥

5、控，甚至可以通过Internet网络对Z-Wave网络中的设备进行控制。 现状与问题：目前行业对智能家居的研究主要面临以下两点问题。 1. 安全性 其中安全性包括了以下几点： 网络安全性 智能家居是物联网的一个应用形式，是一种新型的网络。任何网络的安全威胁、漏洞同样的会在智能家居中反映出来，甚至可能会放大。需要加强智能家居的网络防护。 通信安全稳定性 综合布线安装复杂，只适用于新装修用户，而且不够美观性。无线通信技术则可以填补这一缺陷。用户也更偏向使用无线通信的解决方案但是，无线通信的保密性略差，而且智能家居可能有如ZigBee标准、Z-Wave标准、RF标准等多种的无线通信方案，因此无线通信

6、技术的安全和稳定性问题也不容忽视。 控制中心保护 控制中心是整个智能家居的核心，可通过手机、平板等控制终端进行远程控制，一旦控制中心被攻破，攻击者便可获得绝大多数的家居控制权限，能造成巨大的破坏。 移动控制终端保护 许多智能家居系统支持通过移动智能终端（如智能手机、平板电脑等）远程控制家居运行。因此，一旦移动控制终端出现安全隐患，则后果不堪设想。KOTI智能家居厂家认为需对移动智能终端进行安全保护。主要分为4个方面：移动数据安全、移动安全接入/终端管理、设备丢失管理、移动设备安全。 2. 兼容性 目前智能家居行业标准不统一，不同智能家居厂家生产的智能化产品都采用不同协议规范、不同接口，因此智能

7、组件基于各种技术综合组成的一个解决方案，兼容性也成为主要难题之一。这不仅要求产品能协调联动，而且要求智能家居的安全解决方案能兼顾包容这些各异的产品和组成技术。 2 研究内容及工作方案 研究的内容：本文根据基于z-wave控制的智能开关的研究现状及相关应用情况进行分析总结，结合所要实现的功能，做以下研究: 1深入学习z-wave控制的智能开关功能和实现原理，了解接入点功能模块的硬件设计及软件设计; 2对z-wave节点进行设计，包括对实验的电器元件进行硬件设计、z-wave节点通信协议的编写; 3. 通过对Android开发的学习，完成基于Android的z-wave控制的智能开关的设计。 4.

8、 对完成的接入点模块以及嵌入式z-wave节点模块进行测试。 测试分软件与硬件方面，软件方面主要是测试Android系统对控制界面控件的功能实现。硬件方面主要包括接入点接入的稳定性及掉包率测试、z-wave节点接入稳定性与掉包率测试、PWM输出调试以及组网测试，以及z-wave输出距离与工作频带等。路 由 协 议微 控 制 器工作方案：LED照明2.4G无线射频收发器述电源插座Z-Wave控制网络其他用电器用户数字终端 如上图所示，基于Z-Wave控制的低能耗智能家居系统主要依靠Z-Wave控制网络，微控制器和路由协议三个部分作为控制和传输的中心枢纽。 Z-Wave采用动态路由技术，每个Sla

9、ve内部都存有一个路由表，该路由表由Controller写入。存储信息为该Slave入网时，周边存在的其他Slave的NodeID。这样每个Slave都知道周围有哪些Slaves，而Controller存储所有Slaves的路由信息。当Controller与受控Slave的距离超出最大控制距离时，Controller会调用最后一次正确控制该Slave的路径发送命令，如该路径失败，则从第一个Slave开始重新检索新的路径。 设备入网后，用户通过全功能遥控器及触摸控制屏都可以直观的看到家中所有Z-Wave入网电器的开关状态，并且可以方便的对其进行控制。如将触摸控制屏接入Internet网络，则可以

10、利用PDA、PC机等通过Internet网络远程控制家中的电器。 Z-Wave使用的路由协议是源路由(Source Routing)，在源头发出封包就可以直接在封包内指定详细路由的路径。这个做法大大省去每个节点花在路由上的资源。Z-Wave的第三代晶片ZW0301，其中微控制器核心使采用六倍速8051架构，搭配32KB的Flash ROM以及256KB的SRAM。耗电流方面，睡眠模式是2.5微安培，接收23毫安培，发射在0dBm输出下是36毫安培。不过由于频带选定在868/908MHz，这样的耗电仍稍嫌偏高。3 拟解决主要问题（1） 微控制器，LED驱动芯片,Z-Wave的选取，产品PCB整体

11、布局科学合理。 要求微控制器低功耗，LED驱动芯片散热性能好，控制Z-Wave的成本。（2） Z-Wave模块与微控制器通讯 鉴于该系统中所有设备均使用了路由技术，决定先从路由技术开始研究，研究路由的通讯协议，以及网络中每个节点地址。（3） 全能遥控器设计 要求用户通过全功能遥控器及触摸控制屏都可以直观的看到家中所有Z-Wave入网电器的开关状态，并且可以方便的对其进行控制。4 研究支持条件（使用仪器或设备） 现在实验室已具备开发本作品所需的基础设备及常用工具，如示波器，万用表，电源箱，电烙铁等。 项目本身所需的元器件和开发装置拟利用项目资助经费购买。5预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品

12、、鉴定、推广应用等）（1） 研制一套符合功能和性能要求的样机系统；（2） 公开发表论文1篇；（3） 申请实用新型专利1项；（4） 积极寻求企业合作。6项目创新之处（原始创新：重大科学发现、技术发明；集成创新：融合多种相关技术，形成新产品、新产业；引进消化吸收再创新：在引进国内外先进技术的基础上，学习、分析、借鉴，形成具有自主知识产权的新技术） （1）、集成创新：本产品融合了单片机技术、Z-Wave技术、LED控制系统，形成一种新的产品。 （2）、引进消化吸收再创新：在智能家居的基础上，结合自己需求应用Z-Wave技术对LED系统进行控制，形成具有自主知识产权的新技术。 3、本课题的创新主要在低

13、能耗方面，完成了适合于智能家居的低能耗STM嵌入式处理器，设计提供了性价比较高的实现方案。三、计划项目管理（800 字以内）1、 计划项目人员分工 郑智颖：负责项目的软件设计，编写程序与调试等； 叶进发：负责硬件电路设计，绘制PCB板等； 李国志：负责购买材料，撰写设计报告，产品的检测，申请专利等。 2、 计划项目研究时间安排（查阅资料 、选题、项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、结题、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等） 2015年4月至6月：查阅资料，论证方案的可行性； 2015年7月至10月：设计硬件电路图，PCB图，购买材料，装配与焊接； 2

14、015年11月至2016年1月：软件设计与调试；产品测试； 2016年2月至3月：整理材料，撰写报告，参加答辩，成果推广。四、计划项目条件保障（800字以内）1、经费预算及使用计划（材料费、资料费、版面费、鉴定费、专利费等） 材料费：1000元（定制PCB控制板，芯片，模块及元器件的购买） 资料费：300元（购买书籍及必要的电子版资料） 专利费：1000元（申请实用新型专利费用）版面费：1000元（发表论文） 合计：3300元2、 资源保障（实验教学示范中心、科研实验室、研究所、科教实践基地、仪器设备、文献资料等） 仪器设备：实验室具备示波器，电源箱，万能表，电烙铁等工具。 参考文献：1周 洪

15、 ，胡 文 山 ，张 立 明 ，卢 亦 焱 .智能家居控制系统M.中国电力出版社,2006.01. 2李晓卉.智能家居无线传感器网络路由J.北京电子工业出版社，2014. 3李明亮等.基于ARM11的智能家居设计与实现M.北京航空航天大学出版社，2013. 4周洪等.智能家居控制系统M.中国电力出版社，2006. 5温江涛,张煜编.物联网智能家居平台DIY：Arduino+物联网云平台+手机+微信J.北京科学出版社.2014.五、指导教师意见（600字以内）1、项目研究的选题意义Z-Wave技术近两年在思科、微软等公司的支持下取得很大进展。本课题的开展有利于推动Z-Wave在智能家居领域的普及

16、应用，也能很好地锻炼学生的工程设计能力。2、项目研究方案的科学性方案以单片机为核心，并综合了Z-Wave无线技术、LED驱动控制等技术，通过软件实现通信及多种设备的控制，具有技术先进、性价比高、扩展性强等优点。3、项目研究方案的可行性项目组对Z-Wave已有较多了解，并且具有较好的电子设计基础和学习能力，相信在团队的共同努力下能够按计划如期完成项目。 指导教师签字： 年 月 日六、所属学院意见分管领导（签字） （公章）年 月 日附件1 创新训练项目申请书填 写 须 知在填写申请书前，请申请者先认真阅读电子科技大学中山学院大学生创新训练项目实施方案中的有关规定。一、申请者应实事求是、认真负责地填写申请书中各项内容，不得弄虚作假，在语言表达上要做到准确、严谨。二、创新训练项目申请书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事