zigbee技术的智能家居系统的设计
【KEY WORD】: Zigbee, Smart home , Wireless networ 目录
引言 1
(一)课题研究的意义 1
(二)国内与国外智能家居的发展现状 1
一、智能家居系统的方案选择 1
(一)无线通信与有线的比较 1
(二)无线通信的比较与选择 2
二、ZigBee技术简介 2
(一)ZigBee的特点 2
(二)ZigBee体系结构 3
三、ZigBee节点开发环境搭建 3
(一)软件开发环境 3
(二)硬件开发环境 8
四、系统硬件设计 11
(一)CC2530核心电路 11
(二)底板外接电路 12
(三)数字温湿度检测电路 13
(四)气体检测电路 13
(五)红外检测电路 15
(六)继电器控制电路 15
五、系统软件设计 16
(一)系统主程序设计 16
(二)数字温湿度检测子程序设计 17
(三)气体检测子程序设计 18
(四)红外检测子程序设计 19
(五)继电器子程序设计 20
六、系统硬件调试与实验过程 21
(一)硬件电路调试 21
(二)联机模块调试 21
(三)系统的实验过程 22
结束语 25
参考文献 26
致谢 27
附录一 原理图 28
附录二 PCB图 29
附录三 元器件清单 30
附录四 ZigBee 源程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
序 31
引言
智能家居以家庭居住为中心，将社区房屋、网络信息交换、家庭设备三者相融合，集网络系统、家庭结构、消费服务三者为一体，各部分之间相互协调配合，个个功能之间还可通过PC终端控制，单独控制每个子系统。
(一)课题研究的意义
在三十几年前，当时经济发达的国家有人提出了“家居智能化”的思想，智能家居是家居智能化的中心也是基本。智能家居环境是以家中的各类电器为基础，并集合了家用电器、家政管理和服务。综合运用了许多技术，如网络传感技术、数据采集技术、设备控制等。
如今我们的生活，家电设备逐渐变多，家电需要各自去控制已经不方便了。伴随着科技的进步与物质生活水平的提高，人们对生活质量的要求愈加苛刻。家用电器的功能与方便使用与否决定着人们对家电的选择结果。就智能家居系统而言，人们最在意的问题有两个。第一是价格；二是实用性，客户只要用的舒心、简单、易懂，它们就会喜欢。根据以上两点的考虑，成本低、实用、易操作是智能家居发展的关键。
(二)国内与国外智能家居的发展现状
1．国外发展现状
从全世界第一幢智能家居于美国出现之后，建造智能家居的浪潮在全世界各地被掀起。许多智能家居的方案被欧洲、澳大利亚、加拿大、日本和德国等经济发达国家都提出了。但是，由于各个国家风土人情文化的迥异，所以，智能家居的偏重点与发展方向在每个国家都不一样。例如：美国家居环境的发展过多重视舒适度和享受，也因此经常造成能源的过度使用，和我们当今社会提倡的节能环保相悖。而在日本和德国，他们更加注重智能家居的功能性和实用性，可以兼顾环保发展和实用，值得提倡。
2．国内发展现状
我国注重智能家居发展比较晚，开始于上世纪九十年代。时间上与发达国家相比，晚了很多。不过，随着国内对智能家居的重视，一些智能产品在市场上也比较流行，由于不同厂商生产的这些智能产品各有不同，国家也没有成文的规范来定义这些产品，所以我国的智能家居产品还不成熟，没有规模。然而，我国在家居智能产品方面也不是一无所有，譬如：“e-Home 数字家园”与“e 家庭”等产品的出现。综上所述，国内智能家居发展起步迟，产品性能好坏不一，与其他产品的兼容性也比较低，后期的维护升级也不容易，各方面都有待提高。
智能家居系统的方案选择
(一)无线通信与有线的比较
有限通信技术
无线通信技术
组网方式
Home PNA、PLC、以太网、有限局域网等
蓝牙、红外线、IEEE 802.11、ZigBee等
技术特点
结构简单、布线成本高、安装繁琐
使用方便、扩展性好、便于安装、不用布线，支持移动设备
(二)无线通信的比较与选择
伴着智能家居深入发展，有线通信技术的高成本、安装复杂的智能家居系统已不能为人们所接受，智能设计系统采用无线通信技术正渐渐被重视。下表对比分析几种常见的无线通信技术：
定义
传输速率
组网程度
优点
缺点
蓝牙
短距离无线传输技术
较慢1Mb/s
组网复杂
低成本、安全
功耗高、网络节点数少、联网时间长
红外线
760纳米<电磁波的波长<1毫米
较慢
组网简单
低成本
通信距离短、通信时不能有障碍物阻挡、数据量较小
IEEE 802.11 系列(Wi-Fi)
无线通信技术
传输速率高
组网复杂
传输距离远、业务范围广、网络节点数较多
功耗高、组网复杂、费用高
ZigBee
低功耗局域网协议
数据速率较低
组网简单
成本低、安全性高、功耗低
通信范围较小
频段
868/915MHz和2.4GHz
信道接入
CSMA/CA和时隙化的CSMA/CA
AVDD2
27
电源（模拟）
2.0V-3.6V模拟电源连接
AVDD3
图1 CC2530引脚图
CC2530功能介绍
RF/布局：一个晶振就能满足网状网络系统需要，无需再外接其他电路，并且它有极强的接收灵敏度和抗干扰性能。RF收发器是符合国际无线电频率法规规定的，适应于2.4GHz IEEE802.15.4。
引言 1
(一)课题研究的意义 1
(二)国内与国外智能家居的发展现状 1
一、智能家居系统的方案选择 1
(一)无线通信与有线的比较 1
(二)无线通信的比较与选择 2
二、ZigBee技术简介 2
(一)ZigBee的特点 2
(二)ZigBee体系结构 3
三、ZigBee节点开发环境搭建 3
(一)软件开发环境 3
(二)硬件开发环境 8
四、系统硬件设计 11
(一)CC2530核心电路 11
(二)底板外接电路 12
(三)数字温湿度检测电路 13
(四)气体检测电路 13
(五)红外检测电路 15
(六)继电器控制电路 15
五、系统软件设计 16
(一)系统主程序设计 16
(二)数字温湿度检测子程序设计 17
(三)气体检测子程序设计 18
(四)红外检测子程序设计 19
(五)继电器子程序设计 20
六、系统硬件调试与实验过程 21
(一)硬件电路调试 21
(二)联机模块调试 21
(三)系统的实验过程 22
结束语 25
参考文献 26
致谢 27
附录一 原理图 28
附录二 PCB图 29
附录三 元器件清单 30
附录四 ZigBee 源程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
序 31
引言
智能家居以家庭居住为中心，将社区房屋、网络信息交换、家庭设备三者相融合，集网络系统、家庭结构、消费服务三者为一体，各部分之间相互协调配合，个个功能之间还可通过PC终端控制，单独控制每个子系统。
(一)课题研究的意义
在三十几年前，当时经济发达的国家有人提出了“家居智能化”的思想，智能家居是家居智能化的中心也是基本。智能家居环境是以家中的各类电器为基础，并集合了家用电器、家政管理和服务。综合运用了许多技术，如网络传感技术、数据采集技术、设备控制等。
如今我们的生活，家电设备逐渐变多，家电需要各自去控制已经不方便了。伴随着科技的进步与物质生活水平的提高，人们对生活质量的要求愈加苛刻。家用电器的功能与方便使用与否决定着人们对家电的选择结果。就智能家居系统而言，人们最在意的问题有两个。第一是价格；二是实用性，客户只要用的舒心、简单、易懂，它们就会喜欢。根据以上两点的考虑，成本低、实用、易操作是智能家居发展的关键。
(二)国内与国外智能家居的发展现状
1．国外发展现状
从全世界第一幢智能家居于美国出现之后，建造智能家居的浪潮在全世界各地被掀起。许多智能家居的方案被欧洲、澳大利亚、加拿大、日本和德国等经济发达国家都提出了。但是，由于各个国家风土人情文化的迥异，所以，智能家居的偏重点与发展方向在每个国家都不一样。例如：美国家居环境的发展过多重视舒适度和享受，也因此经常造成能源的过度使用，和我们当今社会提倡的节能环保相悖。而在日本和德国，他们更加注重智能家居的功能性和实用性，可以兼顾环保发展和实用，值得提倡。
2．国内发展现状
我国注重智能家居发展比较晚，开始于上世纪九十年代。时间上与发达国家相比，晚了很多。不过，随着国内对智能家居的重视，一些智能产品在市场上也比较流行，由于不同厂商生产的这些智能产品各有不同，国家也没有成文的规范来定义这些产品，所以我国的智能家居产品还不成熟，没有规模。然而，我国在家居智能产品方面也不是一无所有，譬如：“e-Home 数字家园”与“e 家庭”等产品的出现。综上所述，国内智能家居发展起步迟，产品性能好坏不一，与其他产品的兼容性也比较低，后期的维护升级也不容易，各方面都有待提高。
智能家居系统的方案选择
(一)无线通信与有线的比较
有限通信技术
无线通信技术
组网方式
Home PNA、PLC、以太网、有限局域网等
蓝牙、红外线、IEEE 802.11、ZigBee等
技术特点
结构简单、布线成本高、安装繁琐
使用方便、扩展性好、便于安装、不用布线，支持移动设备
(二)无线通信的比较与选择
伴着智能家居深入发展，有线通信技术的高成本、安装复杂的智能家居系统已不能为人们所接受，智能设计系统采用无线通信技术正渐渐被重视。下表对比分析几种常见的无线通信技术：
定义
传输速率
组网程度
优点
缺点
蓝牙
短距离无线传输技术
较慢1Mb/s
组网复杂
低成本、安全
功耗高、网络节点数少、联网时间长
红外线
760纳米<电磁波的波长<1毫米
较慢
组网简单
低成本
通信距离短、通信时不能有障碍物阻挡、数据量较小
IEEE 802.11 系列(Wi-Fi)
无线通信技术
传输速率高
组网复杂
传输距离远、业务范围广、网络节点数较多
功耗高、组网复杂、费用高
ZigBee
低功耗局域网协议
数据速率较低
组网简单
成本低、安全性高、功耗低
通信范围较小
频段
868/915MHz和2.4GHz
信道接入
CSMA/CA和时隙化的CSMA/CA
AVDD2
27
电源（模拟）
2.0V-3.6V模拟电源连接
AVDD3
图1 CC2530引脚图
CC2530功能介绍
RF/布局：一个晶振就能满足网状网络系统需要，无需再外接其他电路，并且它有极强的接收灵敏度和抗干扰性能。RF收发器是符合国际无线电频率法规规定的，适应于2.4GHz IEEE802.15.4。
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