基于Zigbee技术的控制开关系统设计

1西安电子科技大学机电工程学院2012年大学生无线传感网络技术专题研究与开发项目申报书项目名称：基于Zigbee技术的投影仪控制项目成员：午建军杨力斌指导教师：赵建所在专业、班级：测控技术与仪器041051研究起止时间：2012年4月至2013年1月西安电子科技大学机电工程学院综合实验中心2012年4月制项目名称基于Zigbee技术的智能照明系统设计项目来源■教师提出项目□学生提出项目申请经费300项目完成时间2013年1月申请人姓名学号性别专业班级联系电话E-mail2午建军04105005男[e-mail]杨力斌04105054男04105115291485587一、项目应用与意义（5号宋体字、行距：18、不少于500字）（对项目的实际应用对象和场合进行介绍，并简要说明其项目研发意义。）该项目设计并实现用于高等院校本科生理论教学和科技实践的智能综合教室投影仪控制功能模块主要用来实现对教室投影仪的管理与控制，可以按照系统主控制器的命令控制投影仪的开/关，随着科技的飞速发展和生活水平的不断提高，人们对于家居生活的现代化、节能化和舒适化的需求越来越强烈，家庭自动化[1]，智能教室的概念也为人们所熟知。智能控制投影仪作为智能教室的应用之一，具有广阔的应用前景。传统的投影仪往往采用有线连接，具有布线麻烦、增减设备需要重新布线、系统可扩展性差、安装和维护成本高以及移动性能差等缺点[2]，且往往采用人工控制的方法或使用节能灯具来实现节能，，从而达不到高效节能的目的。针对传统投影仪系统的不足，一方面可以考虑采用无线连接的形式取代传统的有线连接。zigBee技术[33作为新兴的近距离无线通信技术之一，具有近距离、低速率、低功耗、且极廉价的市场定位，非常适合在系统中应用；二、项目主要技术指标（5号宋体字、行距：18）（提出项目的主要技术指标与功能要求）采用MSP430单片机+CC2520模块设计，采用市电直接供电方式，选用直流电压驱动的，可提供市电输出触点的中功率继电器，以满足单个照明灯（AC220V,50Hz，100W）的供电需要。3三、项目关键技术要点（5号宋体字、行距：18、不少于1000字，可续页）（说明该项目中的关键技术要点，主要有：传感器选型、信号调理电路设计要求、控制器设计要求、结构设计要求、显示或数据传输要求、接口与通信协议类型、面板要求等）远程控制系统是无线传感器网络在家庭自动化领域的应用之一，本文设计的系统主要包括底层WSN、接入节点、．远端用户和数据中心。需完成的主要功能有：(1)WSN无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。(2)接入节点接入节点的主要功能是收集底层WSN采集的温度、光强及电池电压等环境信息，并通过GPRS移动通信网的中继转发给远端用户(手机)或者通过串口线转发给PC机上的数据中心；接入节点还能够解析远端用户或者数据中心发送的查询命令、拓扑更新命令和开／关灯控制命令，并转发给WSN中的底层节点。(3)远端用户和数据中心远端用户采用手机监控室内环境信息，可以通过短信的形式向WSN发送查询或者控制命令，并接收WSN反馈的信息；数据中心主要任务是接收哈尔滨丁程大学硕+学位论文并显示WSN的监测数据、实时显示网络拓扑结构、发送控制命令并显示查询结果，还具有历史数据查询及统计信息显示等功能。在满足以上功能要求的基础上，为了保证系统的长期工作，必须减少节点的能耗，这样系统设计可以分别从硬件、软件两个方面来实现1、硬件设计要求(1)小型化：为了确保设备的实用美观，应尽量保证节点体积的小型化；(2)低功耗：为了减少频繁更换电池引起的不便及系统运行成本的增加，需要使用低功耗器件以节约能源延长节点工作寿命；(3)高性能：由于系统运行在室内环境，外界干扰相对较大，需要采用高性能的芯片保证节点的通信距离能够满足室内组网的需要；(4)可靠性：为了保障系统能长期稳定的工作，必须提高硬件的可靠性；(5)可扩展性：当有新的监测对象引入系统时，不同类型的传感器模块的大小与信号形式可能会制约系统的兼容性，系统的硬件设计必须具备较高的可扩展性；2、软件设计要求(1)模块化结构：保证软件设计的各部分采用模块化结构设计，各模块之间的通信按照规定4的接口进行，任何一个模块的更新或改进都不会影响到其他模块；(2)数据格式统一：任何两个模块在通过接口传输数据时的格式要统一，便于通信传输，提高传输性能，模块内部可根据需要对数据格式进行转化；(3)系统稳定组网：能够实现ZigBee无线传感器网络的组建和通讯，网络稳定，具有一定的自我修复能力。同时网络具备兼容性和通用性，四、设计方案说明（5号宋体字、行距：18、不少于1500字，可续页）（较为详细说明软硬件、机壳、面板等设计方案以及样机测试方法）由智能控制系统的设计要求和结构组成可知，系统的硬件设计也就是节点的设计。节点的设计主要包括微处理器模块、无线射频收发模块、电源模块、串口单元和调试接口这6个部分，如图3．2所示。其中处理器单元利用外部串口实现与PC机通信，并通过同步串行接口SPI与无线射频收发模块进行通信。处理器预留外接调试与测试接口，无线射频收发模块通过天线接收数字信息，整个电路板由电源模块供凸轮机工作原理图电子凸轮系统硬件原理图5软件设计方案1.接入点软件设计2.接入点工作流程2路由节点软件设计6路由节点软件工作流程图路由节点加入网络后，对无线信号进行轮询检测。若接收到上传数据，且此数据为拓扑更新数据，则在数据中加入自己的拓扑信息再继续上传，否则，直接将数据上传；若接收到发给自己的命令，则响应该命令；若接收到发给其他节点的数据，则进行转发。3.终端节点软件设计终端节点主要负责网络中数据的采集与发送，其工作流程如图6所示。终端节点加入网络后，周期性的向接入节点发送采集的光强、温度、拓扑等信息，若收到数据中心的时间同步、测量周期设定或开／关灯等控制命令，则执行相应操作。7终端节点工作流程图系统测试在室内布置了一个简单的演示系统，系统中包括1台PC(安装数据中心)、1个接入节点、1个路由节点和2个终端节点。所有的节点组成一个网状的WSN，，若关闭路由节点，与其连接的终端节点将直接与接入节点连接。鼠标放在数据中心显示不同节点的图标上，。五、经费预算计划（5号宋体字、行距：18）（对项目所需的元器件清单及购置费、印制板加工费、机壳购置等各种费用进行预算，列出经费预算清单）电子元件（导线.开关）50凸轮机25MSP430F2618的A／D转换器25中功率继电器20单片机150直流电机50总计3208六、预期成果（5号宋体字、行距：18）1.智能教室智能控制开关的配置。2.智能控制开关系统所需的MSP430单片机控制系统的建立。3.智能控制开关系统必要的CC2520模块的建立。4.对于基于Zigbee的智能控制开关系统模块的研究论文一篇七、其他说明（5号宋体字、行距：18）申请人签名：2012年4月日机电工程学院综合实验中心审批意见9负责人（签字）：年月日