黄万平毕业论文4-答辩.ppt

ZigBee技术在智能家居中的应用研究,答辩学生：黄万平专业：通信工程指导老师：熊爱民,物电学院2007级本科毕业论文答辩,做了什么？分析和探讨了ZigBee技术在智能家居系统中的设计和应用，设计出ZigBee无线终端节点和协调器，编写了一套“一对二的星型网络”的三端无线传输程序，并连接各种传感器。做的怎样？成功地组建了无线智能家居网络；并通过软件编程完成了一个智能家居系统的初步应用和测试。,我的毕业设计、论文主要工作,作品展示,中心协调器（主控制器）,温度、亮度采集节点,灯光、鸣警自动控制节点,主要作品展示,三端函数,一、ZigBee技术概述（简）二、智能家居系统的实现1.硬件设计（简）2.无线软件的实现三、系统测试方法与结果分析四、系统的不足与改进设想（简）,汇报内容,一、ZigBee技术概述（简）,ZigBee技术简介,（1）ZigBee的出现,一、ZigBee技术概述,IEEE802.15.4-2003标准定义了最下面的两层：物理层+介质接入控制子层ZigBee联盟的出现：从805.15.4标准着手，定义了允许不同厂商制造的设备相互对话的应用纲要增加定义：网络层+应用层,二、智能家居系统的实现,1.硬件设计（简）2.无线软件的实现,无线硬件模块设计,二、智能家居系统的实现,1.设计方案：3个无线终端节点+1个中心协调器=星型网络,二、智能家居系统的实现1、硬件设计（简）,ZigBee无线模块：芯片巨人TI公司的CC2430液晶显示模块：LCD1602点阵字符液晶辅助控制器：熟悉的STC-51单片机人机对话接口：5个按键控制温度传感器：单总线DS18B20温度传感器亮度传感器：响应率快的CDS光敏电阻灯光控制：廉价的9个发光二极管LED模拟控制鸣警器件：常见的蜂鸣器报警,2.硬件传感器：,（1）用到的ZigBee协议栈,精简版协议-BaisicRF研发者：RobertReese教授（美国密西西比州立大学）研发目的：方便教学、科研目的开发的功能：只有4KB却能实现正常的组网的全部功能,并具备一定的安全性。优点：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。,二、智能家居系统的实现2、ZigBee软件的实现,较简单较易调用,（2）无线组网的实现：,如果节点作为协调器(coordinator),那么需要定义LRWPAN_COORDINATOR;如果节点作为路由器(router)则需要定义LRWPAN_ROUTER;如果两者都没有定义,将作为RFD节点。,路由器节点通过调用aplJoinNetwork()运行协议栈。代码如下:main()Hal_Init();/初始化HAL层evbInit();/初始化无线模块Apl_Init();/初始化协议栈ENABL_E_GLOBAL_INTERRUPT();/开中断/尝试接入网络直至成功doaplJoinNetwork();/接入网络while(apsBusy()/等待完成apsFSM();while(apl_GetStatus()!=LRWPAN_SUCCESS);while(1)apsFSM();/运行协议栈,协调器节点形成网络,然后进入一个无限循环并调用apsFSM()运行协议栈。调用aplFormNetwork()服务后调用函数aplGetStatus(),如果返回了LRWPAN_SUC2CESS则表示服务调用成功。代码如下:main()hal_Init();/初始化HAL层evbInit();/初始化无线模块apl_Init();/初始化协议栈ENABL_E_GLOBAL_INTERRUPT();/开中断aplFormNetwork();/建立网络while(apsBusy()/等待完成apsFSM();while(1)apsFSM();/运行协议栈栈,1.协调器建立网络,2.节点加入网络,二、智能家居系统的实现2、ZigBee软件的实现,中心协调器流程图,组建网络,无线控制,接收信号,无线信息采集节点流程图,无线智能控制节点流程图,无线温度、亮度采集发送,无线灯光、鸣警控制,距离测试实验障碍物穿透实验无线组网实验,三、系统测试方法与结果分析,系统测试实验一：点对点的无线传输距离实验,三、系统测试方法与结果分析,实验目的：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：,实验结果分析：距离：准确率：在70米内保证有86%的准确率该模组理论传输距离为65米，从实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。现实中：以100家居为例，房屋对角线约在14.4米20米之间，所以在65米这个距离内能保证实现智能的家居控制数据无线传输。按此方法，房屋面积达200时，最长对角线在20米45米，也能满足有效的通信要求，符合智能家居的控制系统要求。,实验记录数据：,实验说明和准备：实验地：学校足球场；节点1：发射；节点2：接收；节点1每间隔5ms发送一个数据包。,系统测试实验二：对于障碍物的穿透实验,实验显示效果：,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实验说明和准备：试验地：同一平面宿舍楼，墙厚约23cm，墙上有门窗,实验结果分析：在相隔墙数准确率穿过两堵墙仍然有89.3%的准确率现实中：协调器置于房屋中间的客厅中，这样无论离门外的节点还是窗外的无线节点，都是在2堵墙以内，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，那么这个准确率就更高了。,实验记录数据：,三、系统测试方法与结果分析,上：发送端右：接收端,实验中收发节点程序流程图,实验二中的“穿透实验”示意图：,其次开电源，加入网络,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,系统测试实验三：无线组网测试实验与过程,实验目的：验证该智能家居系统组网的可靠性；具体实施步骤：（1）中心协调器和终端节点分别烧写入编译好的程序；（2）上电复位中心协调器，待建立好网络（见液晶显示图1字样）后进行下面的操作；（3）上电复位无线节点1，可看到液晶显示图2字样；（4）上电复位无线节点2；（5）多次重复操作步骤中的2、3、4，观测试验现象。,实验结果分析：组建一个“一对二”的星型网络。格式化一个新的网络和节点加入几乎可以同步进行，从多次的实验可知，与预期试验现象一致。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，在一个中心节点组网能力内，可以组建一个拥有254个节点的网络，而且在节点接力模式下，最大可以组建一个拥有65000个无线节点的大网络。,实验现象：,三、系统测试方法与结果分析,上面的三个无线通信实验都突出地表现了ZigBee的优点，也测试了该智能家居在实际应用中的稳定和可靠。另外该CC2430的ZigBee方案电流损耗很低，在休眠和待机时分别小于0.9u和0.6uA，特别适合要求电池寿命非常长的应用，如智能家居系统。注：从模块反复调试到实验测试过程，一直都没有更换过电池。,系统测试实验结论,三、系统测试方法与结果分析,一、系统不足1.尚存在成本高的难题：现阶段ZigBee的研发成本、设备购置成本较高。（一块芯片约30元左右，批量购买也不低于15元。）2.ZigBee主从式组网的不足：如果协调器掉电或被损坏，就必须重上电或更换设备以及再次建立网络，否则整个网络无法正常工作；而且有些ZigBee芯片只能有单独属性的，不能有一个以上的协调器，这样的话网络情况就更具有风险性。,二、针对于该智能家居系统提出的改进方案设想：增加上位机、连接互联网远程控制功能在节点较多时，增加编码定位功能中心协调器的显示设备功耗问题增加移动通信协议模块,四、系统不足和改进设想,致谢在这里，谨向我的导师熊爱民老师表达我真诚的谢意，感谢您对我论文的指导。以及帮助过我的同学们、还有我们学院的实验室，谢谢你们。,ZigBee技术在智能家居中的应用研究,介绍完毕欢迎老师们提出宝贵意见,学生：黄万平,注：如果时间允许的话，可以实物作品展示,