開題報告--基于zigbee的無線通訊裝置設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計方案</b></p><p>　　題 目 基于zigbee的無線通訊裝置設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院 自動化與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p><b>　　

2、二〇一三年四月二日</b></p><p>　　設(shè)計題目 基于zigbee的無線通訊裝置設(shè)計 </p><p><b>　　一、選題背景與意義</b></p><p><b>　　選題的目的及意義</b></p><p>　　當(dāng)今社會，商

3、品經(jīng)濟競爭日益激烈，工作節(jié)奏不斷加快。對于一心致力于努力工作，創(chuàng)造一番事業(yè)的人們來說，有一個良好的工作生活環(huán)境就顯得尤為重要。而作為智能裝置的中間傳輸模塊，zigbee在數(shù)據(jù)傳輸范圍、電池壽命、網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)拓撲、成本上等等一些方面都有著優(yōu)于Bluetooth、WiFi一些無線傳輸裝置的性能。智能家居、辦公系統(tǒng)可以提供智能控制方案，為家居主人和廣大工作者提供舒適健康的環(huán)境，既快捷又省力?？梢员O(jiān)視室內(nèi)的溫度、濕度，進而控制空調(diào)機的運行，達

4、到人工模擬大自然的氣息。使人們將來足不出戶就能體驗和享受到身臨大自然的美好境地。加大了工作生活環(huán)境的自動調(diào)節(jié)力度、及時報告不良因素，增強了人們的安全感，使人們能夠全身心地投入工作，從而提高工作、生活質(zhì)量。一切發(fā)明和創(chuàng)造都是為了人類的生活更加方便和舒適。智能控制的開發(fā)與建設(shè)是2l世紀(jì)發(fā)展的必然趨勢。由于信息技術(shù)的大力普及和應(yīng)用，極大推動了家居、辦公智能化建設(shè)的進程，更為家居、辦公智能化提供了可靠的技術(shù)保障，實施起來更加容易和簡捷。智能家居

5、、辦公系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化、個性化的獨特魅力，它對于改善現(xiàn)代人類的生活質(zhì)量，創(chuàng)造舒適、安全</p><p><b>　　國內(nèi)外研究狀況</b></p><p>　　Zigbee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟“Zigbee聯(lián)盟”

6、，以研發(fā)名為“Zigbee”的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該項技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑。    到目前為止，除了Invensys、三菱電子、摩托羅拉和飛利浦等國際知名的大公司外，該聯(lián)盟大約已有20多家成員企業(yè)，并在迅速發(fā)展壯大。其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、IP服務(wù)提供商、消費類電子廠商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工業(yè)控制和家用自動化

7、公司，甚至還有像Mattel之類的玩具公司。所有這些公司都參加了負責(zé)開發(fā)Zigbee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.15.4工作組。    根據(jù)Zigbee聯(lián)盟目前的設(shè)想，Zigbee的目標(biāo)市場主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設(shè)備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(監(jiān)視器和<

8、/p><p>　　在國內(nèi)，目前ZigBee網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍非常廣泛，很多我們想象不到的地方也在使用ZigBee技術(shù)。例如，在工業(yè)領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)不僅用來控制照明燈的開關(guān)，它還有一個用途是檢查高速路上照明燈的工作情況。以前工程師要開車到高速路上檢查哪些照片燈已經(jīng)壞掉了，需要維修，但因為車速較快，不能記下所有要檢修燈的編號，但通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)，工程師只需坐在計算機前，就可以很清楚地監(jiān)測到整個高速路上照明燈的工作情

9、況，這是目前的一個熱點應(yīng)用。再如，ZigBee技術(shù)用于進出的控制，可以記錄汽車的進出，也可以在人員進出時用于傳輸相關(guān)指紋來識別數(shù)據(jù)，進行身份認證。此外，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由器功能，它還可以用來實時監(jiān)控煤礦內(nèi)各點的安全狀況，防止事故的發(fā)生。在加油站，一些客戶不希望布線，他們正在考慮采用ZigBee無線技術(shù)來傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)。在消費類電子方面，ZigBee技術(shù)可以替代現(xiàn)在的紅外遙控，于紅外遙控相比，ZigBee的優(yōu)勢在于每一個操作都會有反

10、饋信息，告訴他們是否實現(xiàn)了相關(guān)操作?，F(xiàn)今我們也可以看到ZigBee用于家庭保安，消費者在家中的門和窗上都安裝了ZigBee網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)有人闖入時，ZigBee可以</p><p>　　更重要的是，預(yù)測未來6到7年內(nèi)，家庭用戶將占有Zigbee2/3的市場。在可以預(yù)期的將來，Zigbee無線傳感將切實改變你我的生活。 基于zigbee的智能家居、辦公系統(tǒng)將成為未來國際研發(fā)的新方向和重點。</p><

11、p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　首先，了解和掌握Zigbee通訊協(xié)議，包括數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)約、通訊方式等。在此基礎(chǔ)上，完成無線通訊發(fā)送和接收裝置的硬件電路設(shè)計，包括通訊接口電路（發(fā)送、接收），信息存儲和處理、顯示等各種功能。要求采用電池和220v雙供電，電路設(shè)計采用低功耗設(shè)計，操作要簡便，易于使用。軟件設(shè)計合理，要優(yōu)化，采用軟件抗干擾技術(shù)，提高裝置的抗干擾能力

12、。系統(tǒng)設(shè)計控制總的成本造價，體積要小，便于使用。整體系統(tǒng)設(shè)計要合理，方案正確易于實現(xiàn)。</p><p><b>　　三、設(shè)計方案</b></p><p>　　本次設(shè)計要求做到基于zigbee的基礎(chǔ)上設(shè)計無線通訊裝置，考慮到人類一切的發(fā)明創(chuàng)造都是為了更好的服務(wù)人民，為人們提供更好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，也基于目前zigbee的發(fā)展趨勢，固將本次設(shè)計目標(biāo)鎖定在智能家居、辦公。由于

13、時間和技術(shù)的限制，本次設(shè)計主要圍繞家庭辦公室溫濕度的智能監(jiān)控調(diào)節(jié)為主。傳統(tǒng)的智能家居辦公系統(tǒng)可擴展性差，系統(tǒng)安裝和維護成本高，移動性能差。標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，內(nèi)部設(shè)備的通信和控制在國際上沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。對PC的依賴性也很強?，F(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)中的家電需要依靠家庭內(nèi)部PC。PC必須一天24小時工作，否則家庭內(nèi)部的管理就無法進行，無論是升級和維護都不方便。從實用的角度來看，系統(tǒng)需要的是能提供更為便利的低成本組網(wǎng)。在家居網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)該要考慮以下特點

14、：（1）低成本（2）標(biāo)準(zhǔn)化（3）自組織（4）可擴展性（5）可嵌入式</p><p>　　優(yōu)秀的家居自動化產(chǎn)品應(yīng)該具有以下設(shè)計原則：</p><p>　　1．標(biāo)準(zhǔn)化：家居、辦公自動化產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)按照國際上流行的相關(guān)協(xié)議進行設(shè)計，充分保證各生產(chǎn)廠家產(chǎn)品間的兼容性和操作能力。</p><p>　　2．開放性：目前，在智能住宅、家庭自動化領(lǐng)域尚處于一家一戶自行開發(fā)的局面而實際上

15、用戶不可能都使用同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，這將極大阻礙互聯(lián)互通和長遠發(fā)展。因此，家居自動化系統(tǒng)應(yīng)該具有開放的協(xié)議、統(tǒng)一的接口。</p><p>　　3．模塊化：采用模塊化的設(shè)計可以適應(yīng)各種場合的需要，保障用戶的利益并允許系統(tǒng)的逐步到位。模塊之間遵循一定的協(xié)議，可以相互通訊和協(xié)調(diào)。</p><p>　　4．實用性：人們購買家庭自動化產(chǎn)品是為了享有更加便利舒適的生活，絕非追逐潮流，設(shè)計應(yīng)該貼近生活，

16、能過解決人們生活中的現(xiàn)實問題，有效的改善生活節(jié)奏。</p><p>　　5．普及化：設(shè)計應(yīng)該面向低成本、高性能的目標(biāo)設(shè)計，用戶對價格較為敏感，所以智能家居、辦公裝置采用的技術(shù)要較為經(jīng)濟。同時，系統(tǒng)應(yīng)該能最大程度兼容用戶原有電器設(shè)備，保護用戶投資。</p><p>　　6．簡潔易用：高科技帶來的應(yīng)該是一種享受而絕不是一種負擔(dān)。好的家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)該簡便易用、用戶界面友好，并且不需要使用者花上

17、太多的精力就能掌握。</p><p>　　本課題的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方案是參照國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國住宅辦公的實際情況以及用戶的需要來確定的。主要方案的制定包括內(nèi)部控制聯(lián)網(wǎng)方式和模塊的選擇。下面將分別進行討論。</p><p><b>　　內(nèi)部控制聯(lián)網(wǎng)方式</b></p><p>　　傳統(tǒng)的有線通信方式，布線麻煩，成本較高，且功能升

18、級困難，不便于應(yīng)用在智能家居系統(tǒng)中，目前將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已成為勢不可擋的趨勢。這不僅僅是因為無線網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的靈活性、流動性，省去花在綜合布線上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網(wǎng)絡(luò)的通訊特點。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，必將大大促進家庭網(wǎng)絡(luò)智能化的進程。</p><p>　　目前比較流行的無線標(biāo)準(zhǔn)有WiFi技術(shù)、藍牙技術(shù)、GPRS／GSM等等。</p><p><

19、b>　　表格1.</b></p><p>　　從上表可以看出可以清楚的看出，ZigBee技術(shù)是最適合應(yīng)用在家居網(wǎng)絡(luò)通信上的無線技術(shù)之一，它具有低成本低功耗高可靠性的特點。其250kbps的傳輸率也足可以滿足家居控制的要求。因此，選擇ZigBee技術(shù)作為智能家居系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)非常的適合。</p><p>　　ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)可采用多種類型的網(wǎng)絡(luò)配置。本設(shè)計使用星型網(wǎng)

20、絡(luò)實現(xiàn)通信。星型網(wǎng)絡(luò)配置由一個協(xié)調(diào)器節(jié)點（主設(shè)備）和一個或多個終端設(shè)備（從設(shè)備）組成。在星型網(wǎng)絡(luò)中，所有的終端設(shè)備都只與協(xié)調(diào)器通信。</p><p><b>　　模塊的選擇</b></p><p>　　本次設(shè)計主要實現(xiàn)家居、辦公地點的實時溫度濕度的監(jiān)控。要實現(xiàn)人工設(shè)定和自動調(diào)節(jié)的功能，并且是對多地點的監(jiān)控調(diào)節(jié)。硬件的設(shè)計可分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸接收模塊、主控制模塊

21、和控制執(zhí)行模塊。其中主控制模塊中又可細化分為顯示模塊、輸入模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。</p><p>　　圖1.數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行部分</p><p>　　上圖.1為設(shè)計裝置的數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行部分原理圖，通過數(shù)據(jù)采集模塊將預(yù)監(jiān)控地區(qū)的溫濕度數(shù)據(jù)采集，通過單片機系統(tǒng)的處理后，將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊無線上傳給主機部分，經(jīng)過主機的分析處理，再將反饋結(jié)果無線傳輸給此部分，通過單片機控制執(zhí)行模塊對本地區(qū)的溫濕度

22、進行相應(yīng)的調(diào)整。</p><p>　　下圖.2為主控部分，主要負責(zé)無線接受終端設(shè)備傳輸?shù)男畔⒌姆治龊吞幚砉ぷ?，通過鍵控模塊預(yù)先做出溫濕度的設(shè)定，在接收模塊接受到數(shù)據(jù)后，單片機完成數(shù)據(jù)分析、比對，將原始數(shù)據(jù)通過顯示模塊顯示出來，再將分析結(jié)果無線傳輸給設(shè)備終端。</p><p><b>　　圖.2主控部分</b></p><p>　　其中，幾個模塊

23、的控制器均選用具有納瓦技術(shù)的單片機PIC16XXX，這是一款低功耗的單片機。符合設(shè)計要求。工作電壓為3.3V，而且具有睡眠—喚醒機制。它擁有64K的程序存儲器，不用擴展內(nèi)存，能夠滿足系統(tǒng)對存儲信息的設(shè)計要求。無線收發(fā)模塊射頻芯片使用CC2530，CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（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(wǎng)絡(luò)節(jié)點。CC253

24、0 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其他強大的功能。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(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短進一步確保了低能源消耗?？刂破鳎≒IC16XXX）充當(dāng)主器件而RF收發(fā)器充當(dāng)從器件?？刂破?/p>

25、實現(xiàn)了IEEE802.15.4MAC層和Zigbee協(xié)議層。它還包含了特定應(yīng)用的邏輯。另外, 通過CCA管</p><p>　　圖3.微控制器與射頻芯片的連接</p><p>　　溫濕度信號采集部分（數(shù)據(jù)采集模塊）選用數(shù)字式SHT10溫濕度傳感器，顯示部分選用液晶顯示，輸入模塊采用鍵盤。</p><p>　　軟件設(shè)計部分主要包括主程序、顯示程序、zigbee無線通訊

26、接受傳輸程序、原始數(shù)據(jù)設(shè)定程序。程序的編寫使用C語言編寫,簡單易懂.</p><p><b>　　圖4.主程序流程圖</b></p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　[1]李念強、王玉泰、張魯、張羽.單片機原理及應(yīng)用 北京：機械工業(yè)出版社，2007年3月.</p><p&g

27、t;　　[2]劉和平．PlCl8Fxxx單片機程序設(shè)計及應(yīng)用 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，</p><p><b>　　2005年2月．</b></p><p>　　[3]周明德.微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用 北京：清華大學(xué)出版社，2007年1月.</p><p>　　[4] 金純，蔣小宇，羅祖秋．ZigBee與藍牙的分析與比較，標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)追蹤，

28、2004年，</p><p><b>　　第6期.</b></p><p>　　[5] 施旭燕．智能家居自動化技術(shù)研究．哈爾濱工程大學(xué)碩士論文．2002：5—19．</p><p>　　[6] 王權(quán)平, 王莉. Zigbee技術(shù)簡析[J]. 通訊世界, 2003, 4.</p><p><b>　　五、指導(dǎo)教師