基于ZigBee的智能窗帘控制系统电子信息工程专业.doc

题目：基于ZigBee的智能窗帘控制系统 摘 要 由于我国经济水平不断突飞猛进，人们的物质生活也得到了极大的提升，并且在科技告高速发达的今天，人们也越来越依赖于科技，并且将这种科技的便捷植入到家庭窗帘当中。在最近几年，智能窗帘从之前的口号已经实打实进入到人们的实际生活中，基于各种技术开发的窗帘控制系统越越来越多。本文就设计了一套基于ZigBee系统开发的智能窗帘控制系统。这套系统通过使用ZigBee技术进行开发设计，ZigBee技术的具有低成本、距离短以及功耗低等特点，十分适合于1000平方米以下的智能化窗帘系统使用。本文创新点在于本文设计的这套智能窗帘控制系统具有自动监督、调节、警报的功能，非常贴近于实际生活需求，同时也在使用中非常可靠和便捷，是一套理想的智能窗帘解决办法，在实际应用中和扩展性具有很好的应用前景。 关键词 ZigBee，智能窗帘，系统设计 Abstact As China's economic level continues to advance by leaps and bounds,with the rapid development of science and technology, people are increasingly relying on science and technology and implanting the convenience of this technology into family curtains.In recent years, smart curtain from the previous slogan has been real into the actual life of people, based on a variety of technology developed curtain control system more and more.This paper designs a set of intelligent curtain control system based on ZigBee system.This system is developed and designed by using ZigBee technology. ZigBee technology has the characteristics of low cost, short distance and low power consumption, and is very suitable for the intelligent curtain system below 1000 square meters.The innovation of this paper is that the intelligent curtain control system designed in this paper has the functions of automatic supervision, adjustment and alarm, which is very close to the needs of real life. At the same time, it is very reliable and convenient in use. It is an ideal solution for intelligent curtain, and has a good application prospect in practical application and expansion. Key words ZigBee, intelligent curtain, system design 目录 第一章 绪论 7 （一）研究意义 7 （二）研究目的意义 7 第二章 设计关键技术 8 （一）物联网网络模块 8 （二）协议转换模块 10 （三）通信模块技术 11 第三章 系统需求分析 13 (一) 系统功能需求分析 14 （二）性能需求分析 14 （三）用户界面及其他需求分析 14 第四章 系统总体架构设计 15 第五章 系统硬件平台设计 17 （一）系统主控制器 17 (二) ZigBee通信模块 18 （三） 设计电路 19 （四） 室内环境检测模块 19 （五）家电控制器模块 19 第六章 系统软件设计实现 20 （一）嵌入式家庭网络的实现 20 (二）ZigBee无线通信网络的实现 21 （三）温度控制模块软件设计 21 第七章 结束语 23 参考文献 24 第一章 绪论 （一）研究意义 在信息时代的今天，计算机技术和网络技术的日新月异，各种新技术、新理论每天都有新的发展。寻常百姓也在这种技术“红利”下享受到了前所未有的便捷和舒适，并且这种技术在窗帘应用领域中也越来越成熟。在最近今年，基于无数开发技术的智能化窗帘系统也受到了人们的关注和欢迎。 “智能窗帘”简单来说就是智能化的窗帘生活，通过这种系统，人们可以摆脱通过各种遥控器、按钮来操作家里各种家电的生活习惯，从以往被动式手动对家电属输入各种命令的环境中摆脱出来，而是可以通过手机或电脑就可以轻易设定整个窗帘的环境，从而让窗帘生活更加智能化和简单化。人们甚至可以不必在家里就可以远程设定各种设定从而满足人们的需求，比如设定定时热水器启动、监控摄像头的监控范围、扫地机器人的工作程序等。这些操作在之前的生活中都是不可想象的。 此外，由于物联网技术和智能窗帘理论、技术的不断成熟和完善，基于物联网的智能窗帘系统也是目前非常人们的智能窗帘解决方案之一。本文就通过利用Zigbee来实现基于物联网的智能窗帘系统的开发，从而来实现曾经人们难以企求的理想化窗帘生活。 （二）研究目的意义 利用敏感度较高的光敏电阻感应室内光照强度，利用人体感应模块监测人体变化，同时在系统中引入嵌入式技术和ZigBee技术对窗帘进行控制，改变了传统的人为控制方式，更加智能、方便，有利于简化我们的生活，让我们感受到科技的魅力。 窗帘的智能控制能有效控制居住环境的潮湿度以及对人规律的生活习惯极为有利，还能减少个人隐私泄露的风险。利用智能系统调控窗帘可以在我们的日常生活当中融入更多的科技元素，提高我们的生活质量。监测装置能够实时采集数据制定更为合理的光线计划，避免光照不科学对用户健康造成影响。除此之外，利用智能系统控制还可以控制室内潮湿度，还可以有效地降低用户隐私泄露几率。 第二章 设计关键技术 （一）物联网网络模块 在智能窗帘系统中，网络部分是连接各个家电的枢纽，由于我国大部分家庭的居住面积都在200平米以下，通过短距离的无线技术即可实现。因此，在智能窗帘系统中，利用无线通讯技术，将窗帘可以用到的各种家电设备、监控设备以及安防设备进行相连，从而就构成一整套的家庭信息采集和控制的网络环境。这套环境可以将家里的厨电、客厅电器、卫生电器、插座、监控装置等进行相连，通过利用无线短距离技术连接，并且并不需要对室内环境进行改造，仅仅是通过调制网络设备即可完成，所以安装调试简单。此外，还可以对未来可能引用的家电进行扩展，所以也有很高的扩展性。通过这套窗帘网络即可实现对整个室内环境的控制和管理。 智能窗帘环境的核心就是利用了短距离无线通信技术得以实现家庭智能化升级，甚至让传统的家电变得“有生命力”，从而告别了繁琐的逐一指挥控制家电的生活。 目前市场上应用比较广泛的无线通信技术包括了蓝牙、红外技术、WIFI技术、超宽频技术和ZigBee技术。本文就对这些技术进行逐一讲解。 首先是蓝牙技术，这种技术已经非常成熟，每个智能手机都具有蓝牙技术，应用也比较简单，而且使用时并不需要对频段进行申请，而且蓝牙模块得成本也相对便宜，并且体积非常小巧。但是缺点是网络容量小，在智能窗帘中，就面临扩展性困难，同时，安全性也不高，容易被外界所破解，一旦被破解，主人就会失去对整个家的家电的控制权。 红外技术也是一种非常成熟的技术，它是基于点对点的技术。优点是搭建智能环境的成本便宜，并且功耗低。但是缺点是智能点对点，不能点对面。因此从理论上就无法实现智能化窗帘系统的实现。 WIFI技术是通过宽带网络实现的技术，这项技术已经普及到每个家庭中。优点是搭建几乎零成本，通过现有的网络环境可以很简单组成智能化窗帘系统。但是缺点是安全性相对较差，同蓝牙一样，一旦被外界破解，所有窗帘电器就全部丧失控制权，而且WIFI的稳定性要差，对于隔墙的环境中，控制性对不稳定。 UWB也就是超宽频技术，这种技术国内大众用得相对较少，它的特点是速度非常快，并且组网非常快，且稳定性好。但是这项技术还没有在智能窗帘环境中得到有效应用，所以目前也没太好的解决方案。 ZigBee是一种双向无线通信技术，它具有容量大、低功耗、易操作、成本低等特点。理论上可以同时管理控制255个终端，并且稳定性和安全性相对较好。因此非常适合应用在小范围内（300平米以下）的智能化窗帘系统中。 （二）协议转换模块 由于智能窗帘系统中，通常是24小时不间断工作，因此系统中的协议转换模块就必须要长期工作，所以就要求智能化窗帘系统在使用中要具备低功耗的特点，同时对稳定性也有很强的要求。也就是说，低功耗、稳定性强是智能化窗帘系统的基本条件，因此为了达到这一设计要求，整套系统就需要有协议转换模块，利用嵌入式处理器、内存等物理设备以及嵌入式程序来保证模块和整套设备能够正常运行。 嵌入式系统的作用是利用计算机和应用对象相结合的系统。该系统基于计算机硬件、软件为基础，实现对于应用对象的控制管理的系统。嵌入式系统包括了计算机系统、嵌入式模块以及应用设备。只有嵌入式系统相对优良，才能更好的利用计算机来管理和操作各种家具电器等。可以说，嵌入式系统是计算机和各种家电之间的一个窗口。 图1：嵌入技术应用领域 （三）通信模块技术 这篇文章设计的智能窗帘系统主要是利用外网转发服务器实现家庭网关和远程控制端二者之间的通信。通常情况下，家庭内部的IP 地址是由网络运营商利用DHCP 进行分配，外网和家庭网关之间不可以直接进行连接，更无法实现通信。本文设计的系统当中，家庭网关之所以可以通过C/S模式与外网转发服务器取得连接，是因为其通过了TCP/IP 协议；与此同时，位于以太网另一端的远程客户端同样通过该方式与转发服务器取得连接，致使家庭网关和远程控制客户端二者之间处于通信状态，用户也可以利用远程客户端控制与之连接的相关设备。家庭网关以及远程控制客户端在整个通信环节中扮演着客户端的角色，而转发服务器在该环节中则扮演着服务器端的角色 。 本次设计的智能家具系统，通讯功能是通过外网运营商提供的服务来实现的。由于在普通的家庭中，网络IP地址都是通过网络运营商分配的，这些IP并不能直接连接到家智能窗帘系统并中。所以，在本次设计中，通信模块的设计师利用TCP/IP协议，并且通过C/S模式进行信号传输，然后并连接到外网最后传递到外网服务器上。同时，在外网服务器，远程客户端也是通过相同的传输模式连接到转发服务器，通过这种方式实现远程客户端和家庭智能系统的连接。简单理解就是，智能窗帘系统和远程客户端是常规的客户端，而外网运营商的转发服务器就是服务器端。用户要想实现远程对智能窗帘系统的控制和操作，就需要通过外网运行商的连接中转，最后才能连接到智能窗帘系统中。 C/S模式简单来说可以理解成客户端/服务器端模式，目前开发的软件系统，C/S模式也是常用的开发模式之一，程序理念中，C/S模式的服务器端和客户端的程序是分开运行的，这样能够保证服务器端的符合相对较少，而且C/S模式能够在任何一地的客户端通过网络和服务器端进行连接