1、淮南師范學院電氣信息工程學院2015屆電子信息工程專業課程設計第 PAGE 1頁 成績課程設計報告題 目： 基于ZigBee的無線遙控臺燈 學生姓名： 學生學號： 系 別： 專 業： 年 級： 任課教師： 電氣信息工程學院制2014年3月摘要本文提出了一套采用無線通信協議ZigBee的智能路遙控臺燈系統的設計方案。該系統的方案利用ZigBee無線通信技術實現主控系統對終端臺燈的實時控制，具有遙控臺燈開關的功能。模擬試驗表明，本方案中所設計的系統操作簡單，節能效果好。ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名

2、稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、高數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。關鍵詞：遙控臺燈，Zigbee,低功耗，繼電器目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc388729259 1課題任務 PAGEREF _Toc388729259 h 1 HYPERLINK l _Toc388729260 2

3、方案設計 PAGEREF _Toc388729260 h 1 HYPERLINK l _Toc388729261 2.1設計要求 PAGEREF _Toc388729261 h 1 HYPERLINK l _Toc388729262 22總體方案的設計 PAGEREF _Toc388729262 h 1 HYPERLINK l _Toc388729263 3硬件電路設計 PAGEREF _Toc388729263 h 2 HYPERLINK l _Toc388729264 3.1元器件及原理介紹 PAGEREF _Toc388729264 h 2 HYPERLINK l _Toc3887292

4、65 3.2 單元電路設計 PAGEREF _Toc388729265 h 5 HYPERLINK l _Toc388729266 3.2.1 CC2530核心板電路 PAGEREF _Toc388729266 h 5 HYPERLINK l _Toc388729267 3.2.2 按鍵電路 PAGEREF _Toc388729267 h 5 HYPERLINK l _Toc388729268 32.3 繼電器模塊電路 PAGEREF _Toc388729268 h 6 HYPERLINK l _Toc388729269 4軟件設計 PAGEREF _Toc388729269 h 6 HYPE

5、RLINK l _Toc388729270 4.1系統程序設計 PAGEREF _Toc388729270 h 6 HYPERLINK l _Toc388729271 4.2主程序流程圖 PAGEREF _Toc388729271 h 7 HYPERLINK l _Toc388729272 5制作與調試 PAGEREF _Toc388729272 h 7 HYPERLINK l _Toc388729273 6總結及體會 PAGEREF _Toc388729273 h 8 HYPERLINK l _Toc388729274 參考文獻 PAGEREF _Toc388729274 h 8 HYPER

6、LINK l _Toc388729275 附錄： PAGEREF _Toc388729275 h 9 HYPERLINK l _Toc388729276 附錄一 程序 PAGEREF _Toc388729276 h 9 HYPERLINK l _Toc388729277 附錄二 元器件清單 PAGEREF _Toc388729277 h 16 HYPERLINK l _Toc388729278 附錄三 實物圖片 PAGEREF _Toc388729278 h 16第 PAGE 17頁淮南師范學院電氣信息工程學院2015屆電子信息工程專業課程設計第 PAGE 1頁基于Zigbee的無線遙控臺燈學

7、生：陳葉山指導教師：王宜結電氣信息工程學院 電子信息工程專業1課題任務人們可以通過手中的Zigbee無線傳感器模塊實時遙控臺燈的開關，方便快捷，避免浪費電能，大大節約了大量電能。2方案設計2.1設計要求（1）通過人們手中的便攜式無線傳感器的發射模塊的按鍵選擇發出相應的對臺燈的控制信號。（2）利用無線傳感器的接收模塊來接收發射模塊的控制信號并作出相應的處理，即在Zigbee的相應引腳產生高低電平來驅動繼電器的開關。（3）憑借繼電器的開關來控制臺燈供電電路的通斷，從而很好的控制臺燈的亮滅。22總體方案的設計系統分為發射模塊，按鍵控制模塊，接收模塊，繼電器模塊，臺燈模塊等。發射模塊采用Zigbee無

8、線傳感器模塊，其MCU采用CC2530芯片，按鍵模塊用2個按鍵，用于進行控制操作和復位。與發射模塊相同，接收模塊模塊同樣采用Zigbee無線傳感器模塊，繼電器模塊采用的是松樂繼電器SRD-05VDC-SL-C，利用接收模塊MCU的P1.0引腳驅動，驅動電路采用典型的三極管驅動電路，通過控制繼電器的吸合來控制臺燈供電電路的通斷。 圖1 系統模塊圖3硬件電路設計3.1元器件及原理介紹1.CC2530芯片：CC2530 是用2.4-GHz HYPERLINK /view/1915042.htm t _blank IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的 HYPERLI

9、NK /view/882467.htm t _blank 片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的 HYPERLINK /view/1266538.htm t _blank 網絡節點。CC2530 結合了領先的RF 收發器的優良性能，業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存，8-KB RAM 和許多其它強大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2

10、530F256 結合了德州儀器的業界領先的黃金單元ZigBee HYPERLINK /view/174618.htm t _blank 協議棧（Z-Stack），提供了一個強大和完整的ZigBee 解決方案。CC2530F64 結合了德州儀器的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個強大和完整的ZigBee RF4CE HYPERLINK /view/51293.htm t _blank 遠程控制解決方案。2.Zigbee技術及其特點：（1）技術簡介：蜜蜂在發現花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發現的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。

11、借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術的命名。在此之前ZigBee也被稱為“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”無線電技術，統稱為ZigBee。簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡，類似于CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡范圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是，Zi

12、gBee網絡主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。除此之外，每一個ZigBee網絡節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。（2）技術特點： ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz

13、(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內,但可以繼續增加。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：(1) 低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。(2) 成本低： ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.52.5美元, 并且ZigBee協議是免專利費的。低成本

14、對于ZigBee也是一個關鍵的因素。(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。(4) 網絡容量大： 一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備， 一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡, 而且網絡組成靈活。(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式， 每個發送的數據包都必須等待

15、接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。(6) 安全： ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。3.繼電器模塊：繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。在大多數的情況下，繼電器就是一個電磁鐵，這個電磁鐵的銜鐵可以閉合或斷開一個或數個接觸點。當電磁鐵的繞組中有電流通過時，銜鐵被電磁鐵吸引，因而就改變

16、了觸點的狀態。繼電器一般可以分為電磁式繼電器、熱敏干簧繼電器、固態繼電器等。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜

17、觸點稱為“常閉觸點”。在單片機系統中繼電器的控制一般通過一個三極管來驅動，典型的驅動電路如圖1所示：圖1繼電器的一般驅動電路繼電器電路中一般都要在繼電器的線圈兩頭加一個二極管以吸收繼電器線圈斷電時產生的反電勢，防止干擾。上圖中AB為常開觸點，AC為常閉觸點。圖（a）中當控制信號為高電平時，繼電器常開觸點吸合（AB導通），當控制信號為低電平時，繼電器常開觸點斷開常閉觸點吸合（AC導通）。在圖（b）中控制信號極性正好與圖(a)相反，本設計就是采用這個電路。3.2 單元電路設計3.2.1 CC2530核心板電路圖2 CC2530核心板電路3.2.2 按鍵電路如下圖2個獨立式按鍵RESET,S1分別接

18、在RST和P0.4口，另外一端接地。當有一鍵按下時相應的口線的電平發生變化，單片機進行掃描確定哪個鍵按下,然后進行相應的事件處理。圖3 按鍵電路32.3 繼電器模塊電路圖4 繼電器模塊電路4軟件設計4.1系統程序設計在系統工作過程中，首先開啟兩個Zigbee無線傳感器模塊的電源，然后按下發射模塊的S1鍵即可對發出相應的控制信號，例如按1次S1表示關閉臺燈，按兩次S1表示開啟臺燈，如此往復循環。4.2主程序流程圖主程序流程圖如下：圖5 主程序流程圖5制作與調試 在焊接過程中，因為在以前也有過多次焊接的訓練，因此在焊接過程中沒有太多的問題，焊接結束是，電路板沒有問題。程序在IAR編譯成功后，把程序

19、燒寫進芯片中，進行演示，演示結果正確。6總結及體會為期一個多月的課程設計就落下了帷幕，在這一個多月的的實訓中，不僅檢驗了我對所學知識的掌握程度，也培養了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何去完成一件事情。通過這次的設計，讓我對Zigbee無線傳感器有了很多的了解，讓我在多方面都有了一定的提高。通過這次設計，綜合運用本專業所學習的課程的理論，設計工作的實際訓練從而提高我們的獨立的工作能力，鞏固我們所學的知識，提高了我們的獨立思考能力。在設計的過程中，我遇上了許多的問題，但是我沒有放棄，在不明白的地方，及時的查閱材料，問老師，問同學，順利地編寫程序，仿真，焊接，調試。參考文獻1 任豐原，

20、黃海寧，林闖.無線傳感器網絡J.軟件學報2003，14（7）.2 IAR Embedded Workbench 8051 HelpOL./.3SmartRF Flash Programmer User ManualOL./cc2530.4CC2530 Data SheetOL./cc2530. 5 譚浩強.C語言程序設計M.北京：清華大學出版社，1999.6 高守瑋，吳燦陽.Zigbee技術實踐教程M.北京：北京航空航天大學出版社,2009.67 李文仲，段朝玉等.Zigbee無線網絡技術入門與實戰M.北京：北京航空航天大學出版社，20078杜麗敏,郭文成.ZigBee技術在遠程抄表系統中的應

21、用J.單片機與嵌入式系統,2006(7).9趙景宏,李英凡,許純信. ZigBee技術簡介J.電力系統通信，2006，27（165）.10周游,方濱,王普.基于ZigBee技術的智能家居無線網絡系統J.電子技術應用,2005(5).附錄： 附錄一 程序（1）發射模塊主程序如下：#include #include #include #include #include #include #include hal_mcu.h#include hal_button.h#include hal_rf.h#include util_lcd.h#include basic_rf.h/* CONSTANTS/

22、 Application parameters#define RF_CHANNEL 25 / 2.4 GHz RF channel/ BasicRF address definitions#define PAN_ID 0 x2007#define SWITCH_ADDR 0 x2520#define LIGHT_ADDR 0 xBEEF#define APP_PAYLOAD_LENGTH 1#define LIGHT_TOGGLE_CMD 0/ Application states#define IDLE 0#define SEND_CMD 1/ Application role#define

23、 NONE 0#define SWITCH 1#define LIGHT 2#define APP_MODES 2/* LOCAL VARIABLESstatic uint8 pTxDataAPP_PAYLOAD_LENGTH;static uint8 pRxDataAPP_PAYLOAD_LENGTH;static basicRfCfg_t basicRfConfig;/ Mode menustatic menuItem_t pMenuItems =#ifdef ASSY_EXP4618_CC2420 / Using Softbaugh 7-seg display L S , SWITCH,

24、 LIGHT , LIGHT#else / SRF04EB and SRF05EB Switch, SWITCH, Light, LIGHT#endif;static menu_t pMenu = pMenuItems, N_ITEMS(pMenuItems);#ifdef SECURITY_CCM/ Security keystatic uint8 key= 0 xc0, 0 xc1, 0 xc2, 0 xc3, 0 xc4, 0 xc5, 0 xc6, 0 xc7, 0 xc8, 0 xc9, 0 xca, 0 xcb, 0 xcc, 0 xcd, 0 xce, 0 xcf,;#endif

25、static void appLight() halLcdWriteLine(HAL_LCD_LINE_1, W e B e e ); halLcdWriteLine(HAL_LCD_LINE_2, ZigBee CC2530 ); halLcdWriteLine(HAL_LCD_LINE_4, LIGHT );#ifdef ASSY_EXP4618_CC2420 halLcdClearLine(1); halLcdWriteSymbol(HAL_LCD_SYMBOL_RX, 1);#endif / Initialize BasicRF basicRfConfig.myAddr = LIGHT

26、_ADDR; if(basicRfInit(&basicRfConfig)=FAILED) HAL_ASSERT(FALSE); basicRfReceiveOn(); / Main loop while (TRUE) while(!basicRfPacketIsReady(); if(basicRfReceive(pRxData, APP_PAYLOAD_LENGTH, NULL)0) if(pRxData0 = LIGHT_TOGGLE_CMD) halLedToggle(1); static void appSwitch() halLcdWriteLine(HAL_LCD_LINE_1,

27、 W e B e e ); halLcdWriteLine(HAL_LCD_LINE_2, ZigBee CC2530 ); halLcdWriteLine(HAL_LCD_LINE_4, SWITCH );#ifdef ASSY_EXP4618_CC2420 halLcdClearLine(1); halLcdWriteSymbol(HAL_LCD_SYMBOL_TX, 1);#endif / Initialize BasicRF basicRfConfig.myAddr = SWITCH_ADDR; if(basicRfInit(&basicRfConfig)=FAILED) HAL_AS

28、SERT(FALSE); pTxData0 = LIGHT_TOGGLE_CMD; / Keep Receiver off when not needed to save power basicRfReceiveOff(); / Main loop while (TRUE) if(halButtonPushed()=HAL_BUTTON_1)/*by boo basicRfSendPacket(LIGHT_ADDR, pTxData, APP_PAYLOAD_LENGTH); / Put MCU to sleep. It will wake up on joystick interrupt h

29、alIntOff(); halMcuSetLowPowerMode(HAL_MCU_LPM_3); / Will turn on global / interrupt enable halIntOn(); void main(void) uint8 appMode = NONE; / Config basicRF basicRfConfig.panId = PAN_ID; basicRfConfig.channel = RF_CHANNEL; basicRfConfig.ackRequest = TRUE;#ifdef SECURITY_CCM basicRfConfig.securityKey = key; #endif / Initalise board peripherals halBo