基于ZigBee的家居控制系统的设计与应用

1、基于ZigBee的家居控制系统的设计与应用基于ZigBee的家居控制系统的设计与应用智能家居自动化节能方案家庭环境管家远程监控防护电器智能控制智能家居自动化节能方案家庭环境管家远程监控防护电器智能控制智能家居的三层体系结构感知层： Zigbee传感器网络网络层： 智能家居网关的研究与设计应用层： 初级云平台的设计与搭建智能家居的三层体系结构感知层：ZigBee传感器网络一.为什么选择ZigBee 有线无线 1.布线繁琐，安装施工问题多；2.电缆用量大，材料浪费多；3.系统功能固定，扩展性差；4.运行维护成本高，能量损耗大；5.移动性能差，且影响美观；1.传输距离不限,超视距；2.安装简单无需布

2、线、易部署；3.使用方便；4.灵活性高、更绿色环保；ZigBeeBluetoothWIFI无线标准802.15.4802.15.4802.15.4传输速率250 kbps720 kbps11+ Mbps最大功耗1-3mW1-100mW100+mW传输距离1-100m+1-10+1-30+网络结构Mesh,StarStarStar网络节点256-65536715-32 有线无线 1.布线繁琐复杂，安装施工问题多；2.电缆用量大，材料浪费多；3.系统功能固定，扩展性差；4.运行维护成本高，能量损耗大；5.移动性能差，且影响美观；1.传输距离不限,超视距；2.安装简单无需布线、可快速部署；3.使用方

3、便；4.灵活性高、更绿色环保；ZigBee的优势：低功耗成本低组网能力强网络容量大. ZigBee传感器网络一.为什么选择ZigBee 有线无二.ZigBee的基础知识 ZigBee通信体系ZigBee最小模块二.ZigBee的基础知识 ZigBee通信体系Z三.ZigBee的典型拓扑结构树形拓扑（Tree）多跳网格结构（Multi hop mesh）三.ZigBee的典型拓扑结构树形拓扑（Tree）多跳网格结四.ZigBee通信网络的建立ZigBee网络形成四.ZigBee通信网络的建立ZigBee网络形成四.ZigBee通信网络的建立ZigBee网络节点16位地址分配1、确定节点深度值d

4、Cm 父设备拥有子设备数量的最大值 Lm 网络的最大深度 Rm 子设备最大路由器数2、确定3、计算偏移值4、计算地址Aparent 为父设备地址深度值偏移值021152130n 是一个 1（Cm-Rm）的值四.ZigBee通信网络的建立ZigBee网络节点16位地址五.ZigBee个域网的通信功能四种帧结构在MAC层和物理层上的描述信标帧数据帧确认帧MAC 层命令帧五.ZigBee个域网的通信功能四种帧结构在MAC层和物理层五.ZigBee个域网的通信功能五.ZigBee个域网的通信功能智能家居网关的设计 网关的设计，应该既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。并且具有广泛的感知网接入、通信协

5、议转换和强大的系统管理等特点，同时有效降低成本，最总有利于家庭智能化的普及。控制组网协议转换本地控制软硬件：运行在 ZigBee无线模块中的ZigBee协议栈程序和运行在主处理器STM32中的嵌入式程序智能家居网关的设计 网关的设计，应该既可以实现广域互联一.ZigBee协调器协调器要完成的任务有很多，不仅要负责网络的组建，还要接收和处理终端节点采集来的数据，与家居网关进行串口通信，还要根据用户的操作指令向终端节点发送采集数据的参数等。CC2530+Z-Stack 一.ZigBee协调器协调器要完成的任务有很多，不仅要负责C二.基于STM32的网关STM32F107VCT6+Dp84848+L

6、wIP LAN/Wifi 接入型网关二.基于STM32的网关STM32F107VCT6+Dp84三.网关的软件设计LwIP：Light Weight (轻型)IP协议LwIP的特性如下：(1)支持多网络接口下的IP转发(2)支持ICMP协议(3)包括实验性扩展的的UDP（用户数据报协议）(4)包括阻塞控制，RTT估算和快速恢复和快速转发的TCP（传输控制协议）(5)提供专门的内部回调接口（Raw API）用于提高应用程序性能(6)可选择的Berkeley接口API（多线程情况下）(7)在最新的版本中支持ppp(8)新版本中增加了的IP fragment的支持.(9)支持DHCP协议,动态分配i

7、p地址.三.网关的软件设计LwIP：Light Weight (轻型三.网关的通信1、本地局域网通信三.网关的通信1、本地局域网通信2、远程通信三.网关的通信2、远程通信三.网关的通信智能家居云平台传统智能家居：信息孤立感知动作单一功能扩展性差开发升级难度大Ninja BlocksYeelink京东智能云智能家居云平台传统智能家居：Ninja BlocksYeel一.智能家居云平台的设计思想云数据中心是一个提供云服务的服务器集群。提供以下功能:( 1) 通过 Internet 接收来自家庭网关的数据并存储，并根据内置策略或来自控制端的指令将控制数据传输给家庭网关;( 2) 通过 Interne

8、t 与控制端连接，向控制端提供系统的实时数据或历史数据，接收来自控制端的指令;( 3) 对存储的大量数据进行数据挖掘，寻找可供进一步利用的知识。一.智能家居云平台的设计思想云数据中心是一个提供云服务的服务一.智能家居云平台的设计思想 对上层屏蔽底层的差异，将所有操作转化为对数据的操作，并向用户或开发者提供统一的接口。传感器类型检测开关状态布尔型检测灯的亮度数值型检测灯的颜色（RGB）多数值型执行器类型控制灯的开关布尔型控制灯的亮度数值型控制灯的颜色多数值型采集数据上传数据下载或推送数据输出数据 定义一个广义的传感器，它既可以采集数据，又可以接收数据，那么对于灯这个设备来说，它可以由三个传感器组

9、成，当然还有其他组合方式。Switch(开关)Level（亮度）RGB（颜色）一.智能家居云平台的设计思想 对上层屏蔽底层的差异，将二.云平台数据库设计二.云平台数据库设计二.数据交互格式 对于本课题的云平台而言，需要一种结构化的描述语言作为数据格式，用以承受结构明确的请求数据和返回数据。（JSON VS XML）JSONXML可读性适合机器阅读适合人阅读编码难度容易相对困难解码难度很容易较难数据体积数据小，传输快数据量较大 info: Login Success, id: 10000, username: linpcloud, apikey: 1a39ad4c87ba09ef861ead97

10、f010df7b二.数据交互格式 对于本课题的云平台而言，需要一种结构三.云平台API设计请求方法URI/URL功能用户接口POST/api/login用户登录，用户认证GET/api/user/获取用户的详细信息PUT/api/user/更改用户的详细信息设备接口GET/api/devices获取所有设备列表POST/api/devices添加一个新的设备GET/api/device/获取设备的详细信息PUT/api/device/更改设备的详细信息DELETE/api/device/删除设备传感器接口GET/api/sensors/获取指定设备下的所有传感器POST/api/sensors/在指定设备下添加一个新的传感器GET/api/sensor/获取传感器的详细信息PUT/api/sensor/更改传感器的详细信息DELETE/api/sensor/删除传感器数据点接口POST/api/datapoint/为指定传感器创建单个数据点GET/api/datapoint/获取指定传感器的最新数据POST/api/datapoints/批量上传数据GET/api/datapoints/device/批量获取数据GET/api/datapoints/sensor获取历史数据三.云平台API设计请求方法URI/URL功能用户接口POS