黄万平毕业论文4-答辩课件

1、黄万平毕业论文4-答辩答辩学生：答辩学生：黄万平黄万平 专专 业：业：通信工程通信工程 指导老师：指导老师：熊爱民熊爱民 物电学院物电学院2007级本科毕业论文答辩级本科毕业论文答辩黄万平毕业论文4-答辩做了什么做了什么？分析和探讨分析和探讨了了ZigBeeZigBee技术在智能家居系统中的设计和应用，技术在智能家居系统中的设计和应用，设计出设计出ZigBeeZigBee无线无线终端节点终端节点和和协调器，协调器，编写编写了一套了一套“一对一对二的星型网络二的星型网络”的的三端无线传输程序三端无线传输程序，并并连接连接各种传各种传感器。感器。做的怎样做的怎样？成功地组建成功地组建了无线智能家居

2、了无线智能家居网络网络；并通过；并通过软件编程软件编程完完成了一个智能家居系统的初步成了一个智能家居系统的初步应用和测试应用和测试。我的毕业设计、论文主要工作我的毕业设计、论文主要工作黄万平毕业论文4-答辩中心协调器中心协调器（主控制器）（主控制器）温度、亮度采集节点温度、亮度采集节点灯光、鸣警自动控制节点灯光、鸣警自动控制节点黄万平毕业论文4-答辩三端函数三端函数黄万平毕业论文4-答辩一、一、ZigBee技术概述技术概述（简）（简）二、智能家居系统的实现二、智能家居系统的实现 1.1.硬件设计硬件设计（简）（简） 2.2.无线软件的实现无线软件的实现三、系统测试方法与结果分析三、系统测试方法

3、与结果分析四、系统的不足与改进设想四、系统的不足与改进设想（简）（简）黄万平毕业论文4-答辩一、一、ZigBee技术概述技术概述（简）（简）黄万平毕业论文4-答辩（1 1） ZigBeeZigBee的出现的出现一、ZigBee技术概述IEEE802.15.4-2003IEEE802.15.4-2003标准标准定义了最下面的两层：定义了最下面的两层：物理层物理层 + + 介质接入控制子层介质接入控制子层 ZigBeeZigBee联盟联盟的出现：的出现：从从805.15.4805.15.4标准着手，定义了标准着手，定义了允许不同厂商制造的设备相互允许不同厂商制造的设备相互对话的应用纲要对话的应用纲

4、要增加定义：增加定义：网络层网络层 + + 应用层应用层（2 2） ZigBeeZigBee协议模型协议模型以上两层并不足以保证以上两层并不足以保证不同的设备之间可以对话不同的设备之间可以对话（3 3）ZigBeeZigBee技术主要特点技术主要特点 数据传输速率低：数据传输速率低：10kbps-250kbps10kbps-250kbps 功耗低：功耗低：低功耗待机时两节低功耗待机时两节5 5号电池可使用号电池可使用6-246-24个月个月 网络容量大：网络容量大：可容纳可容纳6500065000个设备个设备 有效范围小：有效范围小：有效覆盖范围有效覆盖范围10-7510-75米米 传输可靠：

5、传输可靠：采用碰撞避免策略采用碰撞避免策略黄万平毕业论文4-答辩二、智能家居系统的实现二、智能家居系统的实现 1.1.硬件设计硬件设计（简（简） 2.2.无线软件的实现无线软件的实现黄万平毕业论文4-答辩无线硬件模块设计无线硬件模块设计二、智能家居系统的实现1.1.设计方案：设计方案：二、智能家居系统的实现1、硬件设计（简）ZigBeeZigBee无线模块：芯片巨人无线模块：芯片巨人TITI公司的公司的CC2430CC2430液晶显示模块：液晶显示模块： LCD1602LCD1602点阵字符液晶点阵字符液晶辅助控制器：辅助控制器： 熟悉的熟悉的STC-51STC-51单片机单片机人机对话接口：

6、人机对话接口： 5 5个按键控制个按键控制温度传感器：温度传感器： 单总线单总线DS18B20DS18B20温度传感器温度传感器亮度传感器：亮度传感器： 响应率快的响应率快的CDSCDS光敏电阻光敏电阻 灯光灯光 控制控制 ： 廉价的廉价的9 9个发光二极管个发光二极管LEDLED模拟控制模拟控制鸣警鸣警 器件器件 ： 常见的蜂鸣器报警常见的蜂鸣器报警2.2.硬件传感器：硬件传感器：黄万平毕业论文4-答辩（1 1）用到的）用到的ZigBeeZigBee协议栈协议栈精简版协议精简版协议- - Baisic RFBaisic RF研发者：研发者：Robert ReeseRobert Reese教授

7、（教授（美国密西西比州立大学美国密西西比州立大学）研发目的：方便教学、科研目的开发的研发目的：方便教学、科研目的开发的功能：只有功能：只有4KB4KB却能实现正常的组网的全部功能却能实现正常的组网的全部功能, ,并具备一定的安全性。并具备一定的安全性。优点：优点：适合初学者适合初学者掌握和使用，使得在程序编写不是十分自信的我，也能胜任这个工作。掌握和使用，使得在程序编写不是十分自信的我，也能胜任这个工作。二、智能家居系统的实现2、ZigBee软件的实现较简单较简单较易调用较易调用黄万平毕业论文4-答辩（2 2）无线组网的实现：）无线组网的实现：如果节点作为协调器如果节点作为协调器( coord

8、inator ) ,( coordinator ) ,那么需要定义那么需要定义LRWPAN_ COORDINATOR ;LRWPAN_ COORDINATOR ;如果节点作为路由器如果节点作为路由器( router)( router)则需要定义则需要定义LRWPAN_ROUTER ;LRWPAN_ROUTER ;如果两者都没有定义如果两者都没有定义, ,将作为将作为 RFD RFD 节点。节点。路由器节点通过调用路由器节点通过调用 aplJoinNetwork ( )aplJoinNetwork ( )运行协议栈。运行协议栈。 代码如下代码如下: :main() main() Hal_Init

9、() ; / Hal_Init() ; /初始化初始化 HAL HAL 层层 evbInit() ; / evbInit() ; /初始化无线模块初始化无线模块 Apl_Init() ; / Apl_Init() ; /初始化协议栈初始化协议栈 ENABL_E_ GLOBAL_INTERRUPT(); ENABL_E_ GLOBAL_INTERRUPT(); / /开中断开中断/尝试接入网络直至成功尝试接入网络直至成功 do aplJoinNetwork();/ do aplJoinNetwork();/接入网络接入网络 while(apsBusy()/ while(apsBusy()/等待完

10、成等待完成 apsFSM(); apsFSM();while(apl_GetStatus()!=LRWPAN_SUCCESS);while(apl_GetStatus()!=LRWPAN_SUCCESS); while(1)apsFSM();/ while(1)apsFSM();/运行协议栈运行协议栈 协调器节点形成网络协调器节点形成网络, ,然后进入一个无限循环并调用然后进入一个无限循环并调用apsFSM( ) apsFSM( ) 运行协议栈。调用运行协议栈。调用 aplFormNetwork ( ) aplFormNetwork ( ) 服务后调用函数服务后调用函数 aplGetStatu

11、s ( ) ,aplGetStatus ( ) ,如果返回了如果返回了 LRWPAN_ SUC2CESSLRWPAN_ SUC2CESS则表示服务调用成功。则表示服务调用成功。代码如下代码如下: :main () main () hal_Init(); / hal_Init(); /初始化初始化 HAL HAL 层层 evbInit(); / evbInit(); /初始化无线模块初始化无线模块 apl_Init(); / apl_Init(); /初始化协议栈初始化协议栈 ENABL_E_ GLOBAL_INTERRUPT();/ ENABL_E_ GLOBAL_INTERRUPT();/开

12、中断开中断 aplFormNetwork();/ aplFormNetwork();/建立网络建立网络 while(apsBusy() while(apsBusy()/等待完成等待完成 apsFSM(); apsFSM(); while(1)apsFSM(); / while(1)apsFSM(); /运行协议栈栈运行协议栈栈 1.1.协调器建立网络协调器建立网络2.2.节点加入网络节点加入网络二、智能家居系统的实现2、ZigBee软件的实现黄万平毕业论文4-答辩是否显示温度和亮度等信息延时500 ms发送成功？否发送手动模式信号发送自动模式信号自动模式键按下？是无信号进入无线监控状态给该节点

13、分配网络号收到空中无线信号？自动模式键按下？液晶、无线模块、按键初始化建立一个星型网络显示网络的ID、频道号等开始有节点申请加入网络号？扫描按键中心协调器流程图中心协调器流程图组建网络组建网络无线控制无线控制接收信号接收信号黄万平毕业论文4-答辩是休眠省电模式10 s后激活延时500 ms否检测当前温度值、亮度值并发送空闲状态是否为自动状态？接收状态指令开始初始化发送加入网络信号加入网络成功？否是发送成功？是否是否是否开始初始化发送加入网络信号加入网络成功？接收中心协调器的相关数据A接收外围传感器数值BB在A允许的范围内？调节相关家居设备控制器、稳定在数值A允许的范围内空闲状态无线信息采集节点

14、流程图无线信息采集节点流程图无线智能控制节点流程图无线智能控制节点流程图无线温度、亮度采集发送无线温度、亮度采集发送无线灯光、鸣警控制无线灯光、鸣警控制黄万平毕业论文4-答辩 距离测试实验距离测试实验 障碍物穿透实验障碍物穿透实验 无线组网实验无线组网实验三、系统测试方法与结果分析三、系统测试方法与结果分析黄万平毕业论文4-答辩系统测试实验一：系统测试实验一：点对点的无线点对点的无线传输距离传输距离实验实验 三、系统测试方法与结果分析实验目的：实验目的： 测试该智能家居系统节点间的有效传输距离测试该智能家居系统节点间的有效传输距离 实验显示效果：实验显示效果：u 实验结果分析：实验结果分析：

15、距离：距离： 准确率：准确率： 在在7070米内保证有米内保证有86%86%的准确率的准确率该模组理论传输距离为该模组理论传输距离为6565米，从实米，从实验的数据中也可看到，在此距离范验的数据中也可看到，在此距离范围内，可以保证数据的高效传输。围内，可以保证数据的高效传输。现实中：以现实中：以100100家居家居为例，房屋为例，房屋对角线约在对角线约在14.414.4米米2020米米之间，所之间，所以在以在6565米这个距离内能保证实现智米这个距离内能保证实现智能的家居控制数据无线传输。按此能的家居控制数据无线传输。按此方法，房屋面积达方法，房屋面积达200200时，最长时，最长对角线在对角

16、线在2020米米4545米米，也能满足有，也能满足有效的通信要求，符合智能效的通信要求，符合智能家居的控家居的控制系统要求。制系统要求。 实验记录数据：实验记录数据： 实验说明和准备：实验说明和准备： 实验地：学校足球场；实验地：学校足球场； 节点节点1 1：发射；节点：发射；节点2 2：接收；：接收； 节点节点1 1每间隔每间隔5ms5ms发送一个数据包。发送一个数据包。黄万平毕业论文4-答辩系统测试实验二：系统测试实验二：对于障碍物的对于障碍物的穿透穿透实验实验 实验显示效果：实验显示效果： 实验目的：实验目的： 测试该智能家居系统在有障碍物时的无线穿透能力测试该智能家居系统在有障碍物时的

17、无线穿透能力 实验说明和准备：实验说明和准备：试验地：同一平面宿舍楼，墙厚约试验地：同一平面宿舍楼，墙厚约23cm23cm，墙上有门窗，墙上有门窗u 实验结果分析：实验结果分析： 在相隔墙数在相隔墙数 准确率准确率穿过两堵墙仍然有穿过两堵墙仍然有89.3%89.3%的准确率的准确率现实中：现实中：协调器置于协调器置于房屋中间的客厅中房屋中间的客厅中，这样无论离门外的节点还是窗外这样无论离门外的节点还是窗外的无线节点，的无线节点，都是在都是在2 2堵墙以内堵墙以内，所以在这种环境内可以保证有效所以在这种环境内可以保证有效的数据传输，满足智能家居的控的数据传输，满足智能家居的控制系统要求，在实际家

18、居中有更制系统要求，在实际家居中有更多的门窗等缝隙，那么这个准确多的门窗等缝隙，那么这个准确率就更高了。率就更高了。 实验记录数据：实验记录数据：三、系统测试方法与结果分析黄万平毕业论文4-答辩是相关初始化、n=00,m=99发送起始信号00，延时5ms发送m, n=n+1n=1000 ?结束否是开始相关初始化、m=0、置接收状态关定时器，对数据做分析、计算显示数据m和准确率等信息是接收到00 ?打开定时器，显示实验开始接收数据，m+1否6s时间到？否延时5ms开始上：发送端右：接收端发送发送起始信号起始信号接收接收起始信号起始信号接收接收6s6s定时定时黄万平毕业论文4-答辩协调器节点3米3

19、米3米3米节点节点节点实验：无障碍实验：1堵墙实验：2堵墙实验：3堵墙注：每堵宿舍墙厚约23厘米，墙上有门窗。实验二中的实验二中的“穿透实验穿透实验”示意图：示意图：协调器无线节点1无线节点2无线空间其次开电源，加入网络实验三中的无线组网实验示意图：实验三中的无线组网实验示意图：先上电，建立网络最后开电源，加入网络黄万平毕业论文4-答辩系统测试实验三：系统测试实验三：无线无线组网组网测试实验与过程测试实验与过程 实验目的：实验目的：验证该智能家居系统组网的可靠性；验证该智能家居系统组网的可靠性；具体实施步骤：具体实施步骤：（1 1）中心协调器和终端节点分别烧写入编译好的程序；）中心协调器和终端

20、节点分别烧写入编译好的程序；（2 2）上电复位中心协调器，待建立好网络）上电复位中心协调器，待建立好网络 （见液晶显示图（见液晶显示图1 1字样）后进行下面的操作；字样）后进行下面的操作； （3 3）上电复位无线节点）上电复位无线节点1 1，可看到液晶显示图，可看到液晶显示图2 2字样；字样；（4 4）上电复位无线节点）上电复位无线节点2 2；（5 5）多次重复多次重复操作步骤中的操作步骤中的2 2、3 3、4 4，观测试验现象。，观测试验现象。u 实验结果分析：实验结果分析：组建一个组建一个“一对二一对二”的星型网络。的星型网络。格式化一个新的网络和节点加入格式化一个新的网络和节点加入几乎可

21、以同步进行，从多次的实几乎可以同步进行，从多次的实验可知，与预期试验现象一致。验可知，与预期试验现象一致。实验表明，这种组网方式的快速实验表明，这种组网方式的快速而且有效。由于节点数量有限，而且有效。由于节点数量有限，在一个中心节点组网能力内，可在一个中心节点组网能力内，可以组建一个拥有以组建一个拥有254254个节点的网个节点的网络，而且在节点接力模式下，最络，而且在节点接力模式下，最大可以组建一个拥有大可以组建一个拥有6500065000个无个无线节点的大网络。线节点的大网络。 实验现象：实验现象：三、系统测试方法与结果分析黄万平毕业论文4-答辩 上面的三个无线通信实验都突出地表现了上面的三个无线通信实验都突出地表现了ZigBeeZigBee的优点，也测的优点，也测试了该智能家居在实际应用中的稳定和可靠。试了该智能家居在实际应用中的稳定和可靠。 另外该另外该CC2430CC2430的的ZigBeeZigBee方案电流损耗很低，在休眠和待机时分方案电流损耗很低，在休眠和待机时分别小于别小于0.9u0.9u和和0.6