基于zigbee的智能灯光控制系统设计--开题报告

福州大学本科生毕业设计（论文）开题报告福州大学本科生毕业设计（论文）开题报告 姓姓 名名冯祥勋 学学 号号 010900926 专专 业业 电气工程与自动化（自动化方向） 题题 目目基于 Zigbee 的智能灯光控制系统设计 一、研究背景、概况及意义一、研究背景、概况及意义 1.11.1 背景背景 现代社会，商品经济竞争日益激烈，工作节奏不断加快。对于全身心投入竞争的 人们，家务工作方面必然力不从心，家务管理因此就显得尤为重要。智能家居系统可 以提供智能控制方案，使家庭主人在处理家务方面，既快捷又省力。还提供舒适健康 的环境，可以监视室内的温度、湿度，进丽控制空调机的运行，达到人工模拟大自然 的气息。使人们将来足不出户就能体验和享受到身l临大自然的美好境地。加大了处理 紧急情况的力度、增强了住户无人在家时的安全感，使人们能够全身心地投入工作， 从而提高生活质量。一切发明和创造都是为了人类的生活更加方便和舒适。智能家居 的开发与建设是2l世纪发展的必然趋势。由于信息技术的大力普及和应用，极大推动 了家居智能化建设的进程，更为家居智能化提供了可靠的技术保障，实施起来更加容 易和简捷。智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化、个性化的独特魅力， 它对于改善现代人类的生活质量，创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的 意义。 1.21.2 国内外相关技术发展现状国内外相关技术发展现状 自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利 亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居照明方案。在智能家居发 展过程中，美国一直处于领先水平。近来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的 一批国际知名企业，先后跻身于智能家居的研究与开发中，例如：微软开发的“梦幻 之家“、IBM公司开发的“家庭主任“、摩托罗拉公司开发的“居所之门”等。3COM公司 也一直在通过因特网向用户宣传智能家居这一概念，并正在研发家用无线网关等网络 产品。此外Intel公司、托马杜多媒体公司、日本松下电器公司、新加坡科技电子公司、 韩国三星公司等知名企业也正致力于智能家居系统的研发工作。在国外各大企业研发 2 智能家居产品的同时，国内厂商也已开始智能家居产品的研发和生产，特别是一些大 型IT企业利用自身在资金与技术方面的优势，在低端产品市场上占据了相当重要的地 位。比如：清华同方ehome事业部、北京德达创先科技集团、南京普天楼宇智能有限 公司、中美科龙公司、上海五艾智能系统有限公司、深圳正星特科技有限公司等都正 加紧研发智能家居系统的相关产品。总体来说，国内智能家居产品的研发从上世纪九 十年代后期才起步，起步较晚，在整体水平上参差不齐，软件功能较差，升级能力差， 系统也不易维护；而且大都采用了有线通信技术，系统设计、布线成本较高，基于无 线通信技术的智能家居系统目前还处于试验阶段。 1.31.3 概况概况 传统智能照明系统的特点和不足 传统的智能照明系统一般是有线的方式来组建的，如LonWorks、CEBus、X- 10、RS485、CANBus、Ethernet等。其中X-10是智能型系统中最被广泛采用之技术，主 要是因为价格便宜及部分消费者可自行装设：而CEBus及LonWorks虽然品质及性能都较 X-10好，但偏高的售价却造成难以普及，至于LonWorks目前主要市场还是在工、商业 界，而且通常需要专业人员协助装设。RS485、CANBus用于自动化工业控制场合，技术 发展已经比较成熟。Ethernet适合高速数据传输网络标准，用于家庭自动化控制也受 到电缆布线的限制口1。一些技术发展己经相对比较成熟，而且在行业已经具有一定的 标准性和通用性，但普遍还存在以下缺点： 1，基于有线的方案的明显缺点是布线麻烦，增减设备需要重新布线，而且影响美 观：另一方面系统可扩展性差，系统安装和维护成本高，移动性能差。 2，标准不统一。智能家居内部设备的通信和控制没有一个国际上统一的通信接口 标准，家居设备在家庭内部的编码方式随便混乱。 3，对PC的依赖。现有的智能家居系统中的家电需要依靠家庭内部PC。PC必须一天 24小时工作，否则家庭内部的管理就无法进行，无论是升级和维护 都不方便。 鉴于此，一种基于 ZIGBEE 技术的无线模块+GPRS 远程传输远程路灯控制系统很好 的解决这些问题。Zigbee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗个域网协议。根据这个协 议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞， 由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所 3 在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距 离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远 程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距 离无线组网通讯技术 1.41.4 意义意义 住宅智能照明控制系统的研究不仅为目前国际上前沿研究课题智能照明控制 系统研究积累有益的经验，而且还提高了照明光环境和住宅价值，以及为节约能源和 保护环境提供了可靠途径，这也是实现人居环境可持续发展的关键技术之一，并且具 有极为广阔的应用前景。 具体研究意义如下： 1，提高住宅照明光环境质量。在住宅的照明光环境设计中除充分考虑到视觉作业， 合适的照度，亮度分布，视觉舒适性，眩光控制，显色性等，还考虑到人体因受到季 节光减少而产生“季节性情感紊乱”因素和根据含不同光谱对褪黑素分泌的抑制能力 强弱不同，视具体的情况采用不同的光源。 2，体现以人为本的照明控制思想，根据人们的行为模式和住宅光环境决定照明的 控制思想，创造一个个性化，艺术化，舒适，高雅的家庭光环境。好的照明光环境使 人心情愉快，工作效率提高；而好的照明控制系统不仅能实现好的照明光环境，而且 节能，维护管理方便，真正实现绿色照明。 3，构成智能住宅系统的一部分。智能照明控制系统可以独立运行，实现对光环境 的合理控制；同时，其具有通信功能以及可扩展性，可把住宅智能照明系统作为住宅 的子系统，并与家居自动控制系统，电视，多媒体，探测，警报系统共同构成家庭智 能化网络系统。 二、研究主要内容二、研究主要内容 在智能照明领域，由于平台和组网方式的多样化，导致了智能照明的实现方案也 是多样化的，因此基于国内外在网络家电的研究现状、成本、性能以及市场等多方面 因素的综合考虑，本课题采用近年逐渐兴起的ZigBee无线网络来实现智能照明系统内 部网络连接，本文研究的内容主要有以下几方面： 1，采用实验方法进行方案论证，模拟ZigBee无线网络实现智能家居网络，并且研 4 究了方案的可行性。 2，对ZigBee无线技术进行深入的研究，并通过分析ZigBee技术及智能家居的特点， 确定了智能家居内部网络的网络拓扑，寻址方式，消息类型等特性。 3，以51单片机射频收发芯片CC2530为核心搭建了一套ZigBee网络硬件平台，并通 过与ZigBee协议栈的接口实现无线智能控制功能，并对ZigBee的主要功能进行了测试。 然后根据智能家居的网络特征对ZigBee协议栈进行了一定的简化。 4，在ZigBee网络平台的基础上，完成了无线智能家居系统的设计。把ZigBee协调 器节点作为家居控制器，实现无线灯光控制。并结合终端设备的各种应用对整个系统 进行了测试并给出了结论。 三、研究步骤、方法三、研究步骤、方法 本毕业设计首先从Zigbee功能板总体结构入手，光敏传感器在系统硬件总体思路 清晰下，进而展开对无线光照传感进行研究。 无线智能照明系统的网络节点分为协调器、路由器和终端节点三种.协调器节点和 所有终端节点共同构成了ZigBee 无线通信网络。 CC2530 在单个芯片上集成了ZigBee RF 前端、内存和微控制器，为无线通信模块 与灯的集成提供了可能，成为开发无线照明控制系统的最佳选择.本无线灯光控制系统 由无线终端灯节点和无线遥控器组成.每个灯节点和遥控器内部都集成了无线收发的功 能模块.灯节点由CB 天线模块，CC2530 模块，灯驱动电路模块，灯电路模块以及传感 器模块组成.PCB 天线模块及CC2530 内部的无线收发器负责与其他的节点进行无线通 信.CC2530 模块负责接收，处理其他节点发送过来的数据，并且发送给其他节点包含 自身节点信息的数据，灯驱动模块负责驱动灯模块，实现灯的亮灭调光等功能.传感器 电路由光照检测电路和热释电红外线传感器组成，可以采集光照强弱喝室人是否有人 等信息，将此信息传递给芯片中的微控制器，根据这些信息通过控制电路对照明设备 进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的.光照检测电路通过光敏电阻监 视室内光线的变化，当光线亮度超过某一特定值时，控制器将检测到来自于光敏电阻 的输出信号的变化，并将这种变化告诉协调器.协调器收到信号后会重复前面的操作完 成对电灯的开关动作.从而实现灯光的远程智能无线控制。 实验方案及可行性分析实验方案及可行性分析：项目的主要工作在于单片机程序的设计，以及ZigBee和 GPRS模块的设计，以及周围电路的搭设工作。拟通过电脑先进行实验电路和设计程序 的仿真，再逐步完成实验设备的试制工作。整个流程循序渐进，且项目有具有相关经 5 验的导师和师兄指导，因此具有很好的可行性。 四、研究进度计划四、研究进度计划 2013 年 01 月-2013 年 02 月： 针对设计题目进行其相关的文献和资料检索，对所有资料进行分类、整理、吸收、 消化熟悉 Zigbee 硬件系统，明确各部分功能，确定一个比较完善的设计方案，强化学 习 51 单片机、C+，熟悉 IAR-EW8051-760A 软件的使用； 2013 年 03 月-2011 年 04 月： 熟悉基本实验程序并进行模块化设计，单片机程序的设计与编写不断实践单片机 编程技术。通过查阅并综合的相关资料，写出毕业设计的开题报告。 2013 年 04 月-2013 年 05 月： 依据老师讲解相关要点,设计出控制系统的大致方案，对单片机编程调试及现场情 况下的应用调试工作，发现问题，解决问题，大致完成毕业设计任务。 2013 年 05 月-2013 年 06 月： 对总毕业设计任务进行总结、整理，完成毕业设计任务。进行毕业设计论文的撰 写、排版、打印，提交 。准备毕业论文的答辩和进行毕业答辩 。 五、参考文献五、参考文献 1 赵德申.建筑电气照明技术. 机械工业出版社,2005 2 叶东毅.C 语言程序设计教程. 厦门大学出版社,2009 3 周荷琴.微型计算机原理与接口技术. 中国科学技术大学出版社,2008 4 李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用. 清华大学出版社,2005 5Zigbee 实战演练 /view/d982f46f011ca300a6c390bd.html 6 施旭燕智能家居自动化技术研究 哈尔滨工程大学硕士论文2002 7 王建农. AT89C2051 单片机与 MT8880 接口设计. 2005 8 刘和平PlCl8Fxxx单片机程序设计及应用 北京航空航天大学出版社.2005 9 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现 电子工业出版社.2005 10 梁森. 自动检测技术及应用. 机械工业出版社.2006 11 Georgiy Pekhteryev、Zafer Sahinoglu、Philip Orlik and Ghulam 6 Bhatti，Image Transmission over IEEE 802154 and ZigBee NetworksJ，IEEE ISCAS，May 2005 12 IEEE 802154 2003：Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer (PHY) Specifications for LowRate Wireless Personal Area Networks (LRWPANs)Is 13. Enabling the Development of Wireless Applications for ZigBee Novices. team, AIR 刊名：Wireless Design Hong Li;Liangyi Hu 刊名：TELKOMNIKA : Indonesian Journal