河南科技學院2015-2016學年第二學期期終考試無線傳感器網絡題目：基于ZIGBEE的智能窗簾控制系統專業班級：成員：（包括學號、姓名）教師：曲培新完成時間：

目錄1. 需求分析 22.總體設計 32.1系統硬件電路設計 42.2微控制器模塊 52.3電源模塊 62.4光敏傳感器模塊 72.5joystick設計 72.6直流電機 73主要軟件設計 83.1初始化函數 93.2按鍵函數 93.3周期性發送函數 103.4點對點發送函數 114總結 125參考文獻 12

需求分析基于Zigbee技術的智能窗簾控制器作為物聯網智能家居中的核心部分，可以大大提高智能家居系統給用戶帶來的體驗度。它可以定義為一個過程或者一個系統，通過無線傳感器網絡技術、射頻識別技術等，將物理世界中的實體連接到因特網上，從而實現智能識別和管理。在物聯網環境下，人們可以通過各種設備全天候獲得特定服務。不僅僅是通過個人電腦，那些連接到互聯網的智能終端也可以方便地為人們提供信息和執行決策。作為物聯網的典型應用，智能家居業務發展備受矚目。智能家居可以讓用戶有更便捷的方式來管理家用設備，使多個設備形成聯動；而且，智能家居中的各個設備可以相互間通信，在沒有用戶指揮的時候也能根據不同的狀態互動的運行，從而為用戶帶來更高效、舒適、方便和安全的家居環境。【前人研究進展】以往的智能家居系統以及各類智能傳感模塊都PC為控制心，采用有線的方式連接。每次安裝智能家居系統都需要做大量的布線工作。隨著我國物聯網進發展的快車道，Zigbee正逐步被國內越來越多的用戶接受，并在部分智能傳感器場景應用。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、千米，并且支持無限擴展。Zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、高速率、低成本的雙向無線通訊技術，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間的數據傳輸以及典型的有周期性、間歇性和低反應時間數據傳輸?；赯igbee技術的物聯網智能家居系統與以前的主機式集中控制系統的最大區別是采用基于Zigbee組網通信方式，省去了復雜、困難的布線工作，降低了成本，實現了家居的智能化。【本研究切入點】以嵌入式家庭網關為核心，采用基于Zigbee無線方式對系統中的各類智能模塊進行通信?！緮M解決的關鍵問題】基于基于Zigbee技術的智能窗簾控制系統作為智能家居的有機組成部分，在其中加入基于Zigbee模塊，使得該智能窗簾控制系統可以和整個智能家居系統組成一個網絡，達到對家庭窗簾環境的全天候、多手段的監視和控制2.總體設計CC2530是用于2.4-GHz.IEEE.108.15.4、ZIGBEE和RF4CE應用的一個真正的片上系統（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8051CPU，系統內可編程閃存，8-KBRAM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。CC2530F256結合了德州儀器的業界領先的黃金單元ZigBee

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ZigBeeRF4CE

遠程控制解決方案。圖1CC2530原理圖系統的射頻通信采用Chipon公司的CC2530，通過Zigbee無線網絡技術，用簇狀連接方式組網。中心控制節點定期檢測光照強度，避免陽光直射辦公區域。系統硬件框圖如圖2所示。電機電機微處理器Zigbee射頻收發器 微處理器Zigbee射頻收發器傳感器傳感器圖2系統硬件框圖2.1系統硬件電路設計智能窗簾控制器由５個模塊組成，其硬件結構框架如圖2所示：eq\o\ac(○,1)CC2530無線收發微控制器模塊，該模塊負責采集無線控制信號、輸出與客戶操作動作相對應的控制信號并可以與Zigbee智能網關交互信息，利用其接收到的用戶指令轉換成窗簾控制相關信息；②電源模塊，主要負責將輸入的市電轉換成電路各模塊及元器件工作點電壓；③過零信號檢測模塊主要是檢測市電的過零點信號，將檢測到的過零點信號輸入到CC2530微控制器模塊供其使；④開關量驅動模塊由３個按鍵構成，按下后產生一個低電平信號，CC2530微控制器檢測此觸號并判斷其是開窗簾信號還是關窗簾信號亦或是停止運行信號，驅動可控硅導通節點，實現窗簾正反轉。電源模塊電源模塊CC2530無線收發控制器模塊開關量CC2530無線收發控制器模塊開關量驅動模塊過零信號檢測模塊過零信號檢測模塊圖3硬件結構與框架2.2微控制器模塊本系統微控制器模塊選擇的是CC2530芯片，CC2530是用于Zigbee的一個真正的片上系統解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點，并且各網絡節點支持無限擴展，同時結合了領先的RF收發器的優良性能，業界標準的增強型8051CPU，系統內可編程閃存，8-KBRAM和許多其它強大的功能。CC2530具有不同的運行模式，每種模式耗電量不同，并且根據模塊實時工作狀態進行自動切換，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。因此CC2530可以理想用于智能窗簾控制系統中，該微控制器模塊好比人體的大腦，完成對各個模塊的控制和協調整個系統的工作。CC2530微控制器模塊也是整個系統組網和控制的核心，其主時鐘晶振采用的是32MHz無源晶振和32.768kMz晶振，天線設計采用PCB天線形式。微控制器模塊電路如圖4所示。圖4微控制器模塊電路2.3電源模塊由于窗簾旋轉電機采用的是市電供電，因此智能窗簾控制器輸入端需輸入市電220V，而CC2530芯片需要直流3.3V供電，所以就必須設計電源模塊將市電220V降壓到3.3V。將交流市電采用整流濾波后再由變壓器降壓，并在電壓輸出末端采用電源穩壓調整器件ZR431進行電壓的采樣、比對及反饋后得到末端輸出電壓VDD為3.3V，即可為CC2530芯片供電。電源模塊電路如圖5所示。圖5電源電路2.4光敏傳感器模塊在一塊光電導體兩端加上電極，貼在硬質玻璃、云母、高頻瓷或其它絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀，這樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而減小極間電子渡越時間，提高靈敏度。如圖6所示圖6光敏電阻2.5joystick設計Joystick(遙桿)也稱為“五向鍵“導航鍵”，可以表示上、下、左、右及中間的joy_push五個方位。Joystick的中間鍵joy_push和OK按鈕并聯連接至P0.5引腳，其他四個方向經過運算放大器調理后，通過一個ADC通道(P0.6)輸人CC2430oJoystick撥向不同的方位(上下左右)就會產生不同的電壓，經ADC采樣計算后得出其方位狀態。Cancel按鈕接P0.1，按下Cancel按鈕時P0.1變為低電平，通過P0.1的電平判斷Cancel鍵的狀態。2.6直流電機脈沖寬度調制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。之后詳細設計了基于MCS-51單片機的直流小電機PWM調速的系統硬件電路以及各電路硬件說明目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，；最后是實現直流小電機PWM直流調速系統軟件設計。

3主要軟件設計CC2530微控制器模塊作為系統的核心模塊，主要完成發出驅動信號、檢測按鍵信號及與Zigbee智能網關通信等工作。當系統執行過零檢測程序后將檢測后的過零時間點作為延時定時器的起點，系統一直檢測是否有按鍵消息或者來自Zigbee智能網關接收的控制信號。如果檢測到該類信號，將控制可控硅的導通，窗簾電機開始動作。由于ZigBee模塊的標準通訊距離是在75m，很難實現遠距離通訊，所以在系統設計時加入路由節點，由控制單元發送指令到最近的路由節點，節點通過算法選擇下一個路由或者終端節點通過對環境的光照強度、濕度的變化以及紅外遙控來對智能窗簾網絡化控制系統進行測試窗簾關起;濕度低時，窗簾關起，反之開啟光照強度強按下紅外遙，電機取反。ZigBee術傳輸距離，測試結果。微控制器模塊程序流程如圖8所示。開始開始端口初始化端口初始化是否檢測到按鍵信號或Zigbee控制信號是否檢測到按鍵信號或Zigbee控制信號否。驅動電機驅動電機圖8微控制器模塊程序流程3.1初始化函數voidSampleApp_Init(uint8task_id){SampleApp_TaskID=task_id;SampleApp_NwkState=DEV_INIT;SampleApp_TransID=0;MT_UartInit();//串口初始化MT_UartRegisterTaskID(task_id);//注冊串口任務P0SEL&=~0X20;P0DIR|=0X20;P0SEL&=~0X10;P0DIR&=~0X10;}3.2按鍵函數voidSampleApp_HandleKeys(uint8shift,uint8keys){(void)shift;//Intentionallyunreferencedparameterif(keys&HAL_KEY_SW_6){#ifdefined(ZDO_COORDINATOR)SampleApp_SendPeriodicMessage();#else#endif}if(keys&HAL_KEY_SW_1){/*TheFlashrCommandissenttoGroup1.*Thiskeytogglesthisdeviceinandoutofgroup1.*Ifthisdevicedoesn'tbelongtogroup1,thisapplication*willnotreceivetheFlashcommandsenttogroup1.*/aps_Group_t*grp;grp=aps_FindGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT,SAMPLEAPP_FLASH_GROUP);if(grp){//Removefromthegroupaps_RemoveGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT,SAMPLEAPP_FLASH_GROUP);}else{//Addtotheflashgroupaps_AddGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT,&SampleApp_Group);}}}3.3周期性發送函數voidSampleApp_SendPeriodicMessage(void){LedState=~LedState;if(AF_DataRequest(&SampleApp_Periodic_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID,1,&LedState,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){if(LedState==0){HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_ON);}else{HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_OFF);}}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}3.4點對點發送函數voidSampleApp_Send_P2P_Message(void){uint8data[]="";if(DATA_MQ==0&&LedState1==0){if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,data,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){HalLedSet(HAL_LED_2,HAL_LED_MODE_ON);}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}if(DATA_MQ==1&&LedState1==0){if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,1,data,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS){HalLedSet(HAL_LED_2,HAL_LED_MODE_OFF);}else{//Erroroccurredinrequesttosend.}}4總結本智能窗簾設計采用了無線傳感器網絡技術和信息融合技術，從系統硬件、軟件兩方面入手，通過搖桿按鈕不同的操作方式，從而實現不同的操作模式的轉換，如向上可以增加電機的轉速，向下則是降低轉速，向左則是啟動，向右則是關閉等等，我們相信智能窗簾一定會讓人們的生活更加舒適。隨著生活品質的不斷提高，人們越來越追求家居環境的智能化和舒適性。本文采用的基于Zigbee技術設計的智能窗簾控制器可以實現利用智能終端對家居窗簾進行控制和調節。經測試,系統各模塊均正常工作，且實現了通過手機和平板電腦安裝客戶端軟件后對測試環境中的窗簾進行調節操。智能窗簾控制器安裝方便，無需重新布線，可擴展性強，具有很強的實用性，適合家庭住宅、公寓、公司寫字樓等場所推廣使用，具有很好的市場前景。辦公大樓外，也可應用于住宅小區，實現對小區整棟住宅樓的集中控制管理，使家庭現代化程度顯著提高〔)此外，有別于一般紅外或自有射頻無線通訊解決方案的是，這種建構于IEEE802.15.4物理射頻標準之上的無線技術能夠解決不同制造商產品之間的互操作能力，網絡組成部分只需通過增加更多的FFD或者RFD就能擴展,可與樓內智能安防、監控等其他系統聯動，為各種應用提供了巨大的靈活性，在未來幾年有不可抗拒的發展趨勢，市場前景巨大，利潤豐厚。5參考文獻[1]王俠，無線傳感器網絡的研究與應用[D]，同濟大學，2007年3月[2]陳莉，基于ZIGBEE協議的環境監測無線傳感器網絡測量節點的設計[D]，上海：上海交通大學，2008年1月[3]劉靜等，基于ZIGBEE技術的無線火災報警信息傳輸系統的設計[D]，湖南：中南大學，2007年5月[4]肖昕宇等，基于ZIGBEE技術的無線消防報警定位系統[D]，湖南：湖南大學，2007年11月[5]齊放，基于ZIGBEE的無線智能家居系統的設計與實現[D]，福建：廈門大學，2007年5月[6]麗群，基于ZIGBEE的無線照明系統的研究與設計[D]，上海：上海交通大學，2008年1月[7]劉輝，ZIGBEE無線傳感器網絡的設計與應用[D]，蘇州大學，2007年4月[8]王龍軍，ZIGBEE線傳感器網絡的設計與應用[D]，江蘇：南京航空航天大學，2007年1月[9]田亞，基于ZIGBEE無線傳感器網絡系統設計與實現[D]，上海：同濟大學，2007年3月[10]肖昕宇等，基于ZIGBEE技術的無線消防報警定位系統[D]，湖南：湖南大學，2007年11月[11]齊放，基于ZIGBEE的無線智能家居系統的設計與實現[D]，福建：廈門大學，2007年5月[12]裴麗群，基于ZIGBEE的無線照明系統的研究與設計[D]，上海：上海交通大學，2008年1月基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用HYPERLINK"/de