基于无线传感器网络的智能家居58

1、PAGE PAGE VIII学校代码： 11059 学 号： 0805070054 Hefei UUniverrsity 毕业论文（设设计）BACHELOOR DISSSERTAATION 论文题目： 基于无线传传感器网络的的智能家居 系统统的设计（软软件部分） 学位类别： 工 学 学学 士 学科专业： 自 动 化 作者姓名： 江 晓 波 导师姓名： 储 忠 完成时间： 2012-5-24 基于无线传感器器网络的智能能家居系统的的设计（软件件部分）摘 要随着数字信息技技术和网络技技术的高速发发展，以及人人们物质生活活水平的不断断提高，人们们的工作、生生活与通讯、信信息的关系日日益紧密，信信息化

2、正在逐逐步改变人们们的生活方式式与工作习惯惯，同时也对对传统的住宅宅提出了挑战战。本文在分析了国国内外智能家家居系统技术术现状的基础础上，针对智智能家居系统统在布线难、造造价高、结构构复杂等问题题，将ZiggBee无线线通信技术应应用于智能家家居中，并提提出一种采用用ZigBeee无线通信信技术的智能能家居系统设设计方案，具具有免布线，维维护方便，运运行费用低，实实时在线监控控，对家居内内部各种数据据进行无线采采集和传输等等特点。本文以IAR Zmbeddded WWorkbeench为平平台， 运用用C语言进行行系统的软件件编程，实现现了ZigBBee模块间间的无线通信信，智能家居居的红外报

3、警警模块与温度度控制模块，与与硬件设计一一起构建了一一个模拟的家家居监测控制制系统,并通通过系统联调调测试。关键词：ZiggBee；无无线传感器网网络；协调器器；建网；IIARBased oon Wirrelesss Senssor Neetworkk Inteelligeent Hoome Fuurnishhing SSystemm Desiign（Softwware ppart）AbstracctWith thhe rappid deeveloppment of diigitall infoormatiion teechnollogy aand neetworkk techhnologgy

4、, ass welll as ppeoplees maateriaal livving sstandaardsiimprovving, peoplles wwork, life and ccommunnicatiions, becomme inccreasiingly closee in rrelatiionshiip, innformaation technnologyy is ggraduaally cchangiing thhe wayy peopple liive annd worrk habbits, and aalso pposingg a chhallennge too the

5、tradiitionaal ressidenttial.This paaper，bbased on thhe anaalyzsiis of curreent teechniccal sttatus of thhe smaart hoome syystem at hoome annd abrroad, for tthe smmart hhome ssystemm in qquestiions llike hhard wwiringg, higgh cosst, coomplexx struucturee, appplies the ZZigBeee wireeless commuunicatti

6、on ttechnoology to ssmart home, and propooses aa smarrt homme sysstem ddesignn by uusing ZigBeee wirrelesss commmunicaation technnologyy,whicch hass goodd charracterristiccs succh as a freee wirring, easy mainttenancce, loow opeeratinng cossts, rreal-ttime oonlinee moniitorinng, hoome innternaal dat

7、ta wirrelesss acquuisitiion annd traansmisssion.Base onn The IAR ZZmbeddded Woorkbennch pllatforrm, thhis paaper uuses CC langguage to doo systtem sooftwarre proogrammming, and aachievves wiirelesss commmuniccationns bettween ZigBeee moddules, and smartt homee infrrared alarmm moduule annd temmperat

8、ture ccontrool moddule. Togetther wwith tthe haardwarre dessign, buildd a siimulatted hoome moonitorring ccontrool sysstem aand paass thhe sysstem jjoint test.KEY WORRD:ZiggBee；Wirelless SSensorr Netwwork；Coorddinatoor；Netwook Connstrucction；IAR目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325473623 第一章 绪论论 PA

9、GEREF _Toc325473623 h 1 HYPERLINK l _Toc325473624 1.1 智能家家居的研究背背景 PAGEREF _Toc325473624 h 1 HYPERLINK l _Toc325473625 1.2 智能家家居的国内外外研究现状 PAGEREF _Toc325473625 h 1 HYPERLINK l _Toc325473626 1.2.1 智智能家居的国国内发展现状状 PAGEREF _Toc325473626 h 2 HYPERLINK l _Toc325473627 1.2.2 智智能家居的国国外发展现状状 PAGEREF _Toc32547

10、3627 h 3 HYPERLINK l _Toc325473628 1.3 研究智智能家居的目目的和意义 PAGEREF _Toc325473628 h 3 HYPERLINK l _Toc325473629 1.4 ZiggBee技术术 PAGEREF _Toc325473629 h 3 HYPERLINK l _Toc325473630 1.4.1 ZZigBeee技术简介 PAGEREF _Toc325473630 h 4 HYPERLINK l _Toc3254736331 1.4.22 ZigBBee的技术术特点 PAGEREF _Toc325473631 h 4 HYPERLIN

11、K l _Toc325473632 1.4.3 ZZigBeee联盟及标准准制定 PAGEREF _Toc325473632 h 5 HYPERLINK l _Toc325473633 1.4 本章小小结 PAGEREF _Toc325473633 h 5 HYPERLINK l _Toc325473634 第二章 系统统的总体设计计 PAGEREF _Toc325473634 h 6 HYPERLINK l _Toc325473635 2.1 设计要要求 PAGEREF _Toc325473635 h 6 HYPERLINK l _Toc325473636 2.2 智能家家居相关技术术 PA

12、GEREF _Toc325473636 h 6 HYPERLINK l _Toc325473637 2.3 ZiggBee智能能家居系统 PAGEREF _Toc325473637 h 7 HYPERLINK l _Toc325473638 2.4 系统总总体设计 PAGEREF _Toc325473638 h 7 HYPERLINK l _Toc325473639 2.4.1 硬硬件设计 PAGEREF _Toc325473639 h 7 HYPERLINK l _Toc325473640 2.4.2 软软件设计 PAGEREF _Toc325473640 h 8 HYPERLINK l _

13、Toc325473641 2.5 本章小小结 PAGEREF _Toc325473641 h 9 HYPERLINK l _Toc325473642 第三章 软件件设计 PAGEREF _Toc325473642 h 10 HYPERLINK l _Toc325473643 3.1 ZiggBee开发发软件介绍 PAGEREF _Toc325473643 h 10 HYPERLINK l _Toc32544736444 3.2 IEEEE 8002.15.4协议 PAGEREF _Toc325473644 h 12 HYPERLINK l _Toc325473645 3.2.1 物物理层 PA

14、GEREF _Toc325473645 h 13 HYPERLINK l _Toc325473646 3.2.2 MMAC层 PAGEREF _Toc325473646 h 14 HYPERLINK l _Toc325473647 3.3 ZiggBee网络络体系结构 PAGEREF _Toc325473647 h 15 HYPERLINK l _Toc325473648 3.3.1 功功能类型 PAGEREF _Toc325473648 h 15 HYPERLINK l _Toc325473649 3.3.2 节节点类型 PAGEREF _Toc325473649 h 15 HYPERLIN

15、K l _Toc325473650 3.3.3 拓拓扑结构 PAGEREF _Toc325473650 h 15 HYPERLINK l _Toc325473651 3.4 创建工工程 PAGEREF _Toc325473651 h 16 HYPERLINK l _Toc325473652 3.4.1 建建立工程 PAGEREF _Toc325473652 h 16 HYPERLINK l _Toc325473653 3.4.2 工工程选项设置置 PAGEREF _Toc325473653 h 18 HYPERLINK l _Toc325473654 3.4.3 添添加文件 PAGEREF _

16、Toc325473654 h 18 HYPERLINK l _Toc325473655 3.5 任务与与事件 PAGEREF _Toc325473655 h 20 HYPERLINK l _Toc325473656 3.5.1 自自定义事件 PAGEREF _Toc325473656 h 20 HYPERLINK l _Tocc3254773657 3.5.2 事件触发 PAGEREF _Toc325473657 h 20 HYPERLINK l _Toc325473658 3.5.3 事事件触发 PAGEREF _Toc325473658 h 21 HYPERLINK l _Toc32547

17、3659 3.5.4 添添加事件处理理函数 PAGEREF _Toc325473659 h 21 HYPERLINK l _Toc325473660 3.6 设备信信息配置 PAGEREF _Toc325473660 h 22 HYPERLINK l _Toc325473661 3.6.1 PProfille ID PAGEREF _Toc325473661 h 22 HYPERLINK l _Toc325473662 3.6.2 设设备 PAGEREF _Toc325473662 h 22 HYPERLINK l _Toc325473663 3.6.3 端端口 PAGEREF _Toc325

18、473663 h 23 HYPERLINK l _Toc325473664 3.6.4 命命令 PAGEREF _Toc325473664 h 23 HYPERLINK l _Toc325473665 3.6.5 端端口描述符 PAGEREF _Toc325473665 h 25 HYPERLINK l _Toc325473666 3.7 建网与与入网 PAGEREF _Toc325473666 h 25 HYPERLINK l _Toc325473667 3.8 数据通通信 PAGEREF _Toc325473667 h 28 HYPERLINK l _Toc325473668 3.8.1

19、数数据通信格式式 PAGEREF _Toc325473668 h 28 HYPERLINK l _Toc325473669 3.8.2 发发送数据 PAGEREF _Toc325473669 h 28 HYPERLINK l _Toc3254733670 3.8.33 接收数据据 PAGEREF _Toc325473670 h 29 HYPERLINK l _Toc325473671 3.9 软件流流程图 PAGEREF _Toc325473671 h 30 HYPERLINK l _Toc325473672 3.10 本章章小结 PAGEREF _Toc325473672 h 31 HYPE

20、RLINK l _Toc325473673 第四章 硬件件设计 PAGEREF _Toc325473673 h 32 HYPERLINK l _Toc325473674 4.1 中央控控制模块 PAGEREF _Toc325473674 h 32 HYPERLINK l _Toc325473675 4.2 信号检检测模块 PAGEREF _Toc325473675 h 32 HYPERLINK l _Toc325473676 4.2.1 红红外报警模块块 PAGEREF _Toc325473676 h 32 HYPERLINK l _Toc325473677 4.2.2 光光照检测模块块 PA

21、GEREF _Toc325473677 h 32 HYPERLINK l _Toc325473678 4.2.3 温温度检测模块块 PAGEREF _Toc325473678 h 33 HYPERLINK l _Toc325473679 4.3 控制电电路模块 PAGEREF _Toc325473679 h 33 HYPERLINK l _Toc325473680 4.4 本章小小结 PAGEREF _Toc325473680 h 33 HYPERLINK l _Toc325473681 第五章 联调调、测试 PAGEREF _Toc325473681 h 34 HYPERLINK l _To

22、c325473682 5.1 编译调调试 PAGEREF _Toc325473682 h 34 HYPERLINK l _Toc325473683 5.2 系统的的总体调试 PAGEREF _Toc325473683 h 35 HYPERLINK l _Toc325473684 5.3 本章小小结 PAGEREF _Toc325473684 h 37 HYPERLINK l _Toc325473685 第六章 总结结 PAGEREF _Toc325473685 h 38 HYPERLINK l _Toc325473686 6.1 已实现现的功能 PAGEREF _Toc325473686 h

23、38 HYPERLINK l _Toc325473687 6.2 存在的的不足 PAGEREF _Toc325473687 h 38 HYPERLINK l _Toc325473688 6.3 本章小小结 PAGEREF _Toc325473688 h 38 HYPERLINK l _Toc325473689 参考文献 PAGEREF _Toc325473689 h 399 HYPERLINK l _Toc325473690 致 谢 PAGEREF _Toc325473690 h 41 HYPERLINK l _Toc325473691 附 录 PAGEREF _Toc325473691 h

24、42 HYPERLINK l _Toc325473692 附录1：DS118B20.c代码 PAGEREF _Toc325473692 h 42 HYPERLINK l _Toc325473693 附录2：DS118B20.h代码 PAGEREF _Toc325473693 h 44 HYPERLINK l _Toc325473694 附录3：Temmp.c代码码 PAGEREF _Toc325473694 h 45 HYPERLINK l _Toc325473695 附录4：Temmp.h代码码 PAGEREF _Toc325473695 h 51 HYPERLINK l _Toc32547

25、3696 附录5：OSAAL_TemmpApp.c代码 PAGEREF _Toc325473696 h 52PAGE 9第一章 绪论论蒸汽机的发明掀掀起了人类历历史迈向工业业的新篇章，而而网络的出现现无疑将信息息化深深的烙烙印在了人类类文明的璀璨璨长卷上。电电子信息技术术，控制技术术的日益提升升，社会信息息化的逐步加加快，促使人人们的生活、工工作、学习以以及通讯的关关系日渐紧密密，信息化社社会在改变人人们生活习惯惯和工作方式式的同时，也也对我们的传传统住宅提出出了挑战。环环视周遭，我我们很容易的的发现，人们们对家居的要要求早已不再再只是简单的的物质空间，更更为关注的是是一个高度安安全、舒适以以

26、及美观方便便的居住环境境，先进的通通信设施，完完备高效的信信息终端，自自动、智能的的家电，网络络化的资源管管理及购物方方式等等。现现今社会人们们日益膨胀的的需求使得家家居智能化已已然成为一种种趋势1。1.1 智能家家居的研究背景在家庭网络中部部署的信息终终端越来越多多，在解决他他们之间的物物理互联问题题之后，家庭庭用户还需要要对各个设备备进行一些复复杂配置才能能使用，这对对于普通家庭庭用户来说是是难以接受的的。加入到家家庭网络的设设备如何能自自动地相互发发现并协同配配合工作一直直是数字家庭庭领域热烈讨讨论的问题。无线传感网络，是是当前在国际际上备受关注注的、涉及多多学科高度交交叉、知识高高度集

27、成的前前沿热点研究究领域。传感感器技术、微微机电系统、现现代网络和无无线通信等技技术的进步，推推动了现代无无线传感器网网络的产生和和发展。无线线传感器网络络扩展了人们们信息获取能能力，将客观观世界的物理理信息同传输输网络连接在在一起，在下下一代网络中中将为人们提提供最直接、最最有效、最真真实的信息。无无线传感网络络能够获取客客观物理信息息，具有十分分广阔的应用用前景，能应应用于军事国国防、工农业业控制、城市市管理、生物物医疗、环境境检测、抢先先就在、危险险区域远程控控制等领域。已已经引起了许许多国家学术术界和工业界界的高度重视视，被认为是是对21世界界产生巨大影影响力的技术术之一2。1.2 智

28、能家家居的国内外外研究现状智能家居起源于于80年代中期期的美国，上上世纪末来到到中国，带着着全新的概念念企盼搭上中中国经济的高高速顺风列车车。经过十几几年的市场孕孕育与发展，特特别是伴随住住宅产业的进进步，智能家家居在中国已已经显露出春春笋出露的局局面。但是，国国内部分智能能家居企业如如昙花一现，实实在叫人惋惜惜;有的企业业一开始就大大资本的投入入，开发出很很多精美的模模具，但没市市场;有的品品牌过分追求求技术领先，但但不被人们所所接受。常言言道：“没有规矩，无无以成方圆”，在智能家家居领域也是是如此。很多多业内人士将将行业标准的的缺失比喻成成阻碍发展的的侩子手。确确实，在技术术上，智能家家居

29、面临的挑挑战不只是设设备或实施问问题，也有标标准与协议问问题。在国外外，发达国家家在发展之初初就确定了智智能家居相关关标准及组织织，明确了智智能家居概念念等问题。比比如以微软、INTEL等公司为主要成员UPnP(通用即插即用)组织、欧洲KNX协议等。智能家居从概念引进到现在发展已有10个年头，国内一直未能有一个统一的行业标准及规范来约束和引导智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。因此，中国智能家居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居必须首先解决的问题3。1979年，美美国的斯坦福福研

30、究所提出出了将家电及及电气设备的的控制线集成成在一起的家家庭总线（HHOMEBUUS），并成成立了相应的的研究会进行行研究，19983年美国国电子工业协协会组织专门门机构开始制制定家庭电气气设计标准，并并于19888年编制了第第一个适用于于家庭住宅的的电气设计标标准，即：家家庭自动化系系统与通讯标标准，也有有称之为家庭庭总线系统标标准(HBSS，Home Bus SSystemm)。在其制制定的设计规规范与标准中中，智能住宅宅的电气设计计要求必须满满足以下三个个条件，即： 1、具有家庭总总线系统； 2、通过家庭总总线系统提供供各种服务功功能； 3、能和住宅以以外的外部世世界相连接。物联传感技术

31、是是全球第一个个利用物联网网来控制灯饰饰及电子电器器产品（我们们现在通称为为ZigBee产品），并并将其作为智智能家居主流流产品走向了了商业化。ZZigBeee最初预计的的应用领域主主要包括消费费电子、能源源管理、卫生生保健、家庭庭自动化、建建筑自动化和和工业自动化化。随着物联联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用机会。物联网的网络边缘应用最多的就是传感器或控制单元，这些是构成物联网的最基础最核心最广泛的单元细胞，而ZigBee能够在数千个微小的传感传动单元之间相互协调实现通信，并且这些单元只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。

32、这种技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容，易使用，易维护、便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性4。1.2.1 智智能家居的国国内发展现状状20世纪90年年代后期，我我国的智能小小区日益兴起起。众所周知知，我国的智智能化住宅建建设最早起于于上海、广州州和深圳等沿沿海城市，并并逐渐向内陆陆发展。在997香港回归归之际，在建建设部“977跨世纪住宅宅小区案竞赛赛活动”中，上上海中皇广场场被建设部科科技委员会列列为全国首家家“智能住宅宅示范工程”，揭揭开了全国智智能小区发展展的序幕。119

33、99年，建建设部勘察设设计司、建设设部住宅产业业化办公室联联合组织实施施全国住宅小小区智能化技技术示范工程程，标志着我我国住宅小区区智能化进入入了一个新阶阶段。随着信信息化走进了了千家万户，由由国家经贸委委牵头成立了了家庭信息网网络技术委员员会，而信息息网络技术体体系研究及产产品开发已经经被列为了国国家技术创新新的重点专项项计划。据建建设部要求，截截止今年，我我国将有700%以上的家家庭拥有Interrnet入网设备，大大中城市中550%的住宅宅要实现智能能化。1.2.2 智智能家居的国国外发展现状状1984年，世世界上第一幢幢智能建筑在在美国康涅迪迪格州落成，这这栋意义非凡凡的建筑只是是对一

34、座旧式式大楼的一定定程度的改造造而完成的。它它只是采用计计算机系统对对大楼的空调调、电梯、照照明等设备进进行监控，并并提供语音通通信、电子邮邮件、情报资资料等方面的的信息服务。2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。1.3 研究智智能家居的目目的和意义根据前面提到的的一些调查结结果及数

35、据可可以看出，虽虽然目前智能能家居系统有有了一定的发发展，并且市市场上也开始始出现相应的的产品，但从从总体的发展展来看，不容容乐观，特别别是统一标准准和权威产品品的缺乏严重重影响了家居居智能化的发发展。随着科科技的提高，经经济的发展，人人们的物质生生活水平的提提高，对家居居环境的要求求也越来越高高，作为家居居智能化的核核心部分智能家居控控制系统也越越发显得重要要。家居智能能化控制的开开发和建设是是未来国家、经经济发展的必必然趋势。智智能家居控制制器可以为系系统提供智能能控制方案，使使住户的控制制更便捷，更更高效，更能能为家庭的日日常活动节约约不必要的能能耗。而且在在现在这个注注重绿色环保保的世

36、界里，智智能的为住户户控制好空气气的湿度、温温度等，检查查分析空气成成分，让住户户安心入住。同同时，智能家家居控制器可可以根据住户户的要求调整整方案，加强强紧急处理，危危机救护等急急救控制 5。1.4 ZiggBee技术术ZigBee技技术是一种近近距离、低复复杂度、低功功耗、低速率率、低成本的的双向无线通通讯技术。主主要用于距离离短、功耗低低且传输速率率不高的各种种电子设备之之间进行数据据传输以及典典型的有周期期性数据、间间歇性数据和和低反应时间间数据传输的的应用。1.4.1 ZZigBeee技术简介蜜蜂在发现花丛丛后会通过一一种特殊的肢肢体语言来告告知同伴新发发现的食物源源位置等信息息，这

37、种肢体体语言就是ZZigZagg行舞蹈，是是蜜蜂之间一一种简单传达达信息的方式式。借此意义义Zigbeee作为新一一代无线通讯讯技术的命名名。在此之前前Zigbeee也被称为为“HomeeRF Liite”、“RF- EasyLLink”或或“fireeFly”无无线电技术，目目前统称为ZZigbeee6。简单的说，Ziigbee是是一种高可靠靠的无线数传传网络，类似似于CDMA和GSM网络。ZiggBee数传模块块类似于移动动网络基站。通通讯距离从标标准的75mm到几百米、几几公里，并且且支持无限扩扩展。ZigBee是是一个由可多多到650000个无线数数传模块组成成的一个无线线数传网络平平

38、台，在整个个网络范围内内，每一个ZZigBee网络数传传模块之间可可以相互通信信，每个网络络节点间的距距离可以从标标准的75mm无限扩展。与与移动通信的的CDMA网或或GSM网不同同的是，Ziigbee网网络主要是为为工业现场自自动化控制数数据传输而建建立，因而，它它必须具有简简单，使用方方便，工作可可靠，价格低低的特点。而而移动通信网网主要是为语语音通信而建建立，每个基基站价值一般般都在百万元元人民币以上上，而每个ZigBee“基站”却不到10000元人民币币。每个ZiigBee网络节点点不仅本身可可以作为监控控对象，例如如其所连接的的传感器直接接进行数据采采集和监控，还还可以自动中中转别的

39、网络络节点传过来来的数据资料料。除此之外外，每一个ZZigBee网络节点点(FFD)还可在自己己信号覆盖的的范围内，和和多个不承担担网络信息中中转任务的孤孤立的子节点点(RFD)无线连接。1.4.2 ZZigBeee的技术特点点ZigBee是是一种无线连连接，可工作作在2.4GGHz(全球球流行)、868MHHz(欧洲流流行)和915 MMHz(美国国流行)3个频段上上,分别具有最最高250kkbit/ss、20kbiit/s和40kbiit/s的传传输速率，它它的传输距离离在10-75mm的范围内,但可以继续续增加。作为为一种无线通通信技术，ZZigBeee具有如下特特点7：1、低功耗：由由

40、于ZigBBee的传输输速率低,发射功率仅仅为1mW,而且采用了了休眠模式，功功耗低,因此ZigBBee设备非非常省电。据据估算，ZiigBee设设备仅靠两节节5号电池就可可以维持长达达6个月到2年左右的使使用时间,这是其它无无线设备望尘尘莫及的。2、低成本：ZZigBeee模块的初始始成本在6美元左右，估估计很快就能能降到1.552.5美美元, 并且ZigBBee协议是是免专利费的的。低成本对对于ZigBBee也是一一个关键的因因素。3、短时延：通通信时延和从从休眠状态激激活的时延都都非常短，典典型的搜索设设备时延300ms,休眠眠激活的时延延是15mss, 活动设设备信道接入入的时延为11

41、5ms。因因此ZigBBee技术适适用于对时延延要求苛刻的的无线控制(如工业控制制场合等)应用。 4、网络容量大大：一个星型型结构的Ziigbee网网络最多可以以容纳2544个从设备和和一个主设备备，一个区域域内可以同时时存在最多1100个ZigBeee网络, 而且网络络组成灵活。5、可靠：采取取了碰撞避免免策略，同时时为需要固定定带宽的通信信业务预留了了专用时隙,避开了发送送数据的竞争争和冲突。MMAC层采用用了完全确认认的数据传输输模式，每个个发送的数据据包都必须等等待接收方的的确认信息。如如果传输过程程中出现问题题可以进行重重发。6、安全：ZiigBee提提供了基于循循环冗余校验验(CR

42、C)的数据包完完整性检查功功能，支持鉴权和和认证，采用用了AES-128的加加密算法，各个应用可可以灵活确定定其安全属性性。1.4.3 ZZigBeee联盟及标准准制定ZigBee联联盟是一个高高速成长的非非盈利业界组组织，成员包包括国际著名名半导体生产产商、技术提提供者、技术术集成商以及及最终使用者者。联盟制定定了基于IEEEE8022.15.44，具有高可可靠、高性价价比、低功耗耗的网络应用用规格。ZiigBee联联盟的主要目目标是以通过过加入无线网网络功能，为为消费者提供供更富有弹性性、更容易使使用的电子产产品。ZiggBee技术术能融入各类类电子产品，应应用范围横跨跨全球的民用用、商用

43、、公公共事业以及及工业等市场场。使得联盟盟会员可以利利用ZigBBee这个标标准化无线网网络平台，设设计出简单、可可靠、便宜又又节省电力的的各种产品来来。ZigBBee联盟所所锁定的焦点点为制定网络络、安全和应应用软件层；提供不同产产品的协调性性及互通性测测试规格；在在世界各地推推广ZigBBee品牌并并争取市场的的关注，管理理技术的发展展8。ZigBee联联盟对ZiggBee标准准的制定：IIEEE8002.15.4的物理层层、MAC层及数数据链路层，标标准已在20003年5月发布。ZiigBee网网络层、加密密层及应用描描述层的制定定也取得了较较大的进展。V1.0版本已经发布。其他应用领域

44、及其相关的设备描述也会陆续发布。由于ZigBee不仅只是802.15.4的代名词，而且IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。1.4 本章小小结本章主要介绍了了智能家居的的研究背景和和国内外发展展现状，及ZZigBeee技术的简介介，

45、了解了智智能家居的发发展前景和ZigBeee技术的六六大特点：低低功耗、低成成本、短时延延、网络容量量大、可靠、安安全。PAGE 48第二章 系统统的总体设计计智能家居就是利利用计算机、网网络、通信、传传感与自动控控制等技术，将将与家庭生活活有关的各种种应用子系统统有机的结合合在一起。通通过综合管理理，让家庭生生活更舒适、安安全、有效和和节能。智能能家居一般包包括以下系统统：可视对讲讲、家庭安防防、网络通信信、互动娱乐乐、智能照明明、家电控制制等。2.1 设计要要求智能家居系统主主要以ZigBee技术为核核心；设计围围绕网络协调调器的网状拓拓扑线路，例例如温度传感感器模块、煤煤气传感器模模块、

46、人体红红外感应器等等模块，最后后在上位机上上建立家庭信信息管理平台台。通过监测测子网监测环环境温度、照照度、煤气泄泄漏以及红外外入侵等信息息，可以直接接联动控制相相关受控设备备或将信息发发送至管理平平台，由信息息管理平台决决策如何处理理这些信息。整整个系统的设设计包括硬件件和软件两个个部分。本次设计主要内内容：1、采用ZiggBee技术，构构建无线传感感器网络，研研究无线传感感器网络的通通信机理；2、设计基于单单片机控制的的节点单元控控制软件；3、研究各节点点进行数据传传输的通信软软件。2.2 智能家家居相关技术术智能家居系统中中的关键技术术是信息传输输与智能控制制。电力载波波技术、综合合布线

47、技术、无无线网络技术术，是当前智智能家居系统统中信息传输输和智能控制制的三大主要要技术。电力线载波技术术可通过电线线互相“说话”，无需重新新布线，但存存在噪声干扰扰强、信号会会在传输过程程中衰减等缺缺点。综合布线技术需需要重新额外外布设弱电控控制线，信号号比较稳定，比比较适合于楼楼宇和小区智智能化等大区区域范围的控控制。但安装装比较复杂，造造价较高，工工期较长。无线网络技术通通过红外线、蓝蓝牙、ZigBeee等技术实实现各类电子子设备的互联联互通与智能能控制。无线线网络可提供供更大的灵活活性、流动性性，省去了花花在综合布线线上的费用和和精力，无线线网络技术应应用于家庭网网络已成为势势不可挡的趋

48、趋势。红外IIrDA技术术比较成熟，但但必须直线视视距连接；蓝蓝牙适合于语语音业务及需需要更高数据据量的业务，如如移动电话、耳耳机等；ZiigBee作作为一种低功功耗、低数据据速率、低成成本的技术，更更适合于家庭庭自动化、安安全保障系统统及进行低数数据率传输的的低成本设备备，ZigBBee是智能能家居的最理理想选择9。2.3 ZiggBee智能能家居系统本智能家居系统统旨在运用ZZigBeee技术构建一一个模拟的家家居监测控制制系统。系统统拓扑结构如如图1所示。从图中可可以看出，本本系统大致由由安防传感子子网、家电控控制子网、信信息管理平台台及远程终端端等部分组成成。图1 智能家居居系统拓扑结

49、结构图其中，安防子网网由温度传感感器、煤气传传感器、人体体红外感应传传感器等各种种传感器模块块组成。家电电控制子网内内的设备基本本为受控设备备。通过监测测环境温度、照照度、煤气泄泄漏以及红外外入侵等信息息，可直接联联动控制相关关受控设备或或将信息发送送至管理平台台，由信息管管理平台决策策如何处理这这些信息。2.4 系统总总体设计2.4.1 硬硬件设计系统采用华凡公公司的HFZZSmarrtRF044EB+CCC2430EEM模块作为为协调器。为为了简化系统统，突出ZiigBee的的框架性，节节点硬件采取取了简化措施施，具体如下下。温度传感器采用用DS18B20，信号号引脚接在PP0.0上。无线

50、灯控、电动动窗帘、空调调开关、换气气扇都都由单单一IO口P1.4控制，模模拟开关动作作。防盗报警和门迎迎都采用热释释红外传感技技术，电路结结构相同。煤气报警采用催催化燃烧式可可燃气体传感感器。照度监测使用电电池做传感器器。图2 为节点通通用的硬件系系统组成框图图图2 节点通用用的硬件系统统组成框图2.4.2 软软件设计网络协调器负责责建立无线网网络，接收终终端节点的状状态信息并报报警或显示，发发送命令控制制节点的状态态。系统应用用层的程序主主要包括安防防、家电控制制、传感、无无线数据传输输好人机交互互模块等模块块。终端节点点负责数据采采集，报警或或显示，发送送状态信息给给协调器。系系统应用层的

51、的程序主要包包括传感、报报警、无线数数据传输和人人机交互模块块。系统应用用层功能框图图如图3所示示。报警模块报警模块入网模块无线数据传输模块数据发送数据格式定义数据接收安全传感模块家电控制模块煤气LED状态显示终端节点系统应用层程序功能框图防盗门迎求救器灯光窗帘风扇空调建网模块安防模块LCD显示模块无线数据传送模块网络状态报警信息节点信息传感信息LED报警显示按键模块家电控制模块传感模块数据格式定义数据接收数据发送照度协调器系统应用层程序功能框图温度图3 系统应用用层功能框图图2.5 本章小小结本章主要介绍了了本次设计的的主要要求和和智能家居系系统的总体设设计。系统的的总体设计分分为两部分：硬

52、件设计和和软件设计。我我负责软件设设计，李方舟舟负责硬件设设计。智能家家居系统主要要以ZigBBee技术为为核心；设计计围绕网络协协调器的网状状拓扑线路通通过监测子网网监测环境温温度、照度、煤煤气泄漏以及及红外入侵等等信息，可以以直接联动控控制相关受控控设备或将信信息发送至管管理平台，由由信息管理平平台决策如何何处理这些信信息。第三章 软件件设计本次设计划分为为软件和硬件件两人合作制制，硬件部分分是由李方舟舟设计，软件件部分是由我我主要进行设设计，在与硬硬件进行合作作的条件下，我我们考虑各种种器件的价格格，芯片的价价格，在芯片片上我们主要要选择CC22430来作作为这次设计计的芯片。3.1 Z

53、iggBee开发发软件介绍主要软件编程在在ZigBeee开发软件件上编译和调调试，即IAAR EW88051开发发软件，IAAR Embbeddedd Workkbenchh是一套卡发发工具，用于于对汇编、CC或C+编写的的嵌入式应用用程序进行编编译和调试。IAR Embedded Workbench是一套高度精密且使用方便的嵌入式应用编程开发工具。该集成环境包含了IAR的C/C+编译器，汇编器，链接器，文件管理器，文本编辑器，工程管理器和CSPY调试器。通过其内置的针对不同芯片的代码优化器IAR Embedded Workbench可以为ARM芯片生成非常高效可靠的FLASH/PROMabl

54、e代码10。完成安装软件后后，在开始菜菜单里找到安安装好的IAAR软件，以以下为其主要要组成部分：集成项目管理器器和编辑器的的IDE；高度优化的C/C+编译译器；芯片的胚子文件件；高性能的CSSPY调试器器和硬件调试试工具；支持RTOS内内核识别调试试；汇编器；Runtimme库；链接器和库管理理工具；现成的代码例程程；印刷电路板以及及电子版的用用户手册；网上帮助文档。下面为IAR集集成开发软件件各组成部件件的特点：（1）集成开发发环境（IDDE）层次化的工程表表示方法；强大的工程管理理允许在同一一工作区管理理多个工程；自适应窗口的浮浮动床扩管理理；智能的源文件浏浏览器；包括生成、维护护库的库

55、工具具；集成源代码控制制系统；文本编辑器；常用代码构件的的代码模板；命令行建立功能能。（2）IARCC/C+编编译器对代码的大小和和执行速度多多级优化，允允许不同的转转换形式；用于数据/函数数定义和存储储器及类型属属性声明的扩扩展关键字；用于控制编译器器行为（如内内存分配）的的Pragmma指令；在C源码中可直直接访问的内内在函数，从从而执行低级级处理器操作作；支持C、嵌入式式C+和扩展展的嵌入式CC+，并且且包含有模板板、名称和标标准模板库（STL）。（3）IAR汇汇编器强大的可重定位位宏汇编器，并并带有丰富的的标示符合操操作符，内置置C语言预处理理器，支持所所有C宏定义。（4）芯片支持持I

56、AR Embbeddedd Workkbenchh集成开发环环境支持绝大大多数8位、16位、32位微处理理器；现成的C/C+汇编外设设寄存器定义义文件；多种代码、数据据模式；（5）链接器灵活的段命令，允允许对代码和和数据放置进进行细节化的的控制；优化链接过程中中检查C/CC+变量和和函数；在非连续的存储储空间自动放放置代码和数数据。（6）C-SPPY调试器完全集成的源代代码和反汇编编调试器；非常精细的运行行控制尺度；复杂的代码和数数据断点；多种数据监测；支持STL容器器；C/C+调用用栈窗口，也也会显示即将将进入的函数数；双击调用用链上的任一一函数，将自自动更新编辑辑器、Loccals、寄寄存

57、器、Waatch被反反汇编窗口以以显示该函数数被调用时的的状态；Trace功能能，允许查看看代码运行的的历史；在TTrace窗窗口中移动时时，将自动更更新编辑器和和反汇编窗口口，以显示正正确的位置；Terminaal I/OO仿真；终端和I/O的的模拟；类C的宏语言系系统，用于扩扩展调试器的的功能；由主机对应用程程序的系统调调用进行仿真真；代码覆盖率和PProfilling性能能分析工具；通用的Flassh Loaader，带带有API手册。（7）RTSDD支持支持OSEK Run TTime UUnterfface（ORTI）。（8）IAR库库和库工具包含所有必需的的ISO/AANSIC/C

58、+库和和源代码；为所有的低级程程序，如wrrite cchar和read char，提提供完整的源源代码；轻量级Runttime库。可可由用户根据据应用的需要要自行配置；用于创建和维护护库工程、库库和库模块的的库工具；入口点和符号信信息清单。 3.2 IEEEE 8022.15.44协议ZigBee技技术是一种短短距离、低复复杂度、低功功耗、低数据据速率、低成成本的双向无无线通信技术术或无线网络络技术，是一一组基于IEEEE 8002.15.4无线标准准研制开发的的有关组网、安安全和应用软软件方面的通通信技术。ZZigBeee协议栈的物物理层、MAAC即是IEEEE 802.15.4协协议。I

59、EEEE 8022.15.44能支持消耗耗功率最少，一一般在个人活活动空间（110m直径或或更小）工作作的简单器件件。IEEEE 802.15.4支支持两种网络络拓扑，即单单跳星形或当当通信线路超超过10m时的多多跳对等拓扑扑。但是对等等拓扑的逻辑辑结构由网络络层定义111。3.2.1 物物理层IEEE80221542003有两两个物理层，分分别操作于8868915MHHz和24GHz频率率范围。低频频率物理层包包括868MMHz欧洲频频段和在美国国和澳大利亚亚等国家使用用的915MMHz频段，高高频率物理层层是供全世界界使用的。ZZigBeee物理层主要要负责处理以以下一些任务务：1、无线发

60、射机机的激活和关关闭；2、信道能量检检测：3、接收分组的的链路质量指指示(LQII)；4、基于CSMMACA的的空闲信道评评估(CCAA)；5、信道频率选选择；6、数据传输和和接收。ZigBee设设备在不同频频段的比特率率、码片率以以及调制方式式如表1所示：表1 频段和数数据率物理层/MHz频段/MHz扩频参数数据参数码片率/(kccpips/s)调制比特率/(kbb/s)符号率/(kssymboll/s)符号868、91558688688.6300BPSK2020二进制9029288600BPSK4040二进制2450240024483.520000QPSK25062.516位正交ZigBe