ZigBee在智能家居中的应用研究
摘要
该论文通过对有线网络技术和无线网络技术在智能家居中应用的比较,以及ZigBee与其它几种无线网络技术的比较,最终得出ZigBee无线通信网络技术的低功耗、低速率、低成本等特点满足了智能家居的要求。所以,该论文采用ZigBee作为智能家居系统的无线通信网络技术。
该论文是以家居为研究背景,设计了智能家居系统的内网和外网控制系统。内网采用ZigBee无线通信技术对家居进行无线控制。内网涉及的内容包括ZigBee的协议分析,ZigBee无线通信网络的设备类型、网络构造以及网络拓扑结构等。通过对家居环境的分析,确定整个系统将选用的设备类型及网络拓扑结构。外网采用短信猫和GSM网络对家居进行远程控制。外网涉及的内容包括短信猫的操作函数、发送和接收信息等。短信猫采用AT指令对传感器节点进行控制。
在系统设计过程中,整个智能家居系统从五个方面进行了研究,包括:1)ZigBee的深入研究,2)整体方案的设计,3)系统硬件的设计,4)系统软件的设计,5)系统测试。整体方案设计研究了该系统的结构组成、网络的选择、传感器的选择及上位机的设计。系统的硬件包括对CC2430无线通信模块和短信猫进行了研究。系统软件包括如何组建新网络、FFD加入网络的流程、RFD加入网络流程、系统报警流程、网络地址的分配及路由的分析等。系统测试包括一个节点的入网测试、多个的节点入网的测试及丢包率的测试。
本文采用VC++6.0编写的串口程序来实现系统的数据采集和处理功能。
本系统的测试结果表明ZigBee无线通信网络技术能够成功的应用于智能家居并具有良好的效果。
With the comparison of the wired network and wireless network technology in the intelligent home, the comparison of several other wireless networking technology and ZigBee in this paper, the final conclution is ZigBee wireless communication network technology which is with low power, low rate, low cost, can meet the requirements of the smart home. So this paper uses ZigBee as wireless communication network technology of a smart home system.
This paper uses the home as the research background to design the home's internal network and external network control system. ZigBee wireless communication within the network using wireless technology for home control. The internal network consists of the ZigBee protocol analysis, ZigBee wireless communication network device type, network structure and network topology structure. By analyzing of Home environment to determine the type of device and network topology of the entire system. External network uses SMS to remote control of domestic cats. The content of external network involves manipulation functions, including SMS cat, sending and receiving information. SMS uses AT commands to the sensor cat control.
In the process of designing system, the home system has been studied in five aspects, including :1)deeply ZigBee study 2)the overall program design 3)system hardware design 4)system software design 5)system testing. Describe the overall design of the structure and composition of the system, network selection, sensor selection and design of the host computer. The hardware structure is about CC2430 hardware and hardware structure is about the cat messge. Software describes how to set up a new network, FFD process of joining the network, RFD join the network processes, systems, process alarm, network address allocation and routing analysis. System testing involves one or more network nodes results of the test and packet loss rate test.
In this paper, VC + +6.0 is used to program serial port to implement the system data acquisition and processing functions.
The results show that the wireless network technology of ZigBee can be successfully applied in smart home.
该论文是以家居为研究背景,设计了智能家居系统的内网和外网控制系统。内网采用ZigBee无线通信技术对家居进行无线控制。内网涉及的内容包括ZigBee的协议分析,ZigBee无线通信网络的设备类型、网络构造以及网络拓扑结构等。通过对家居环境的分析,确定整个系统将选用的设备类型及网络拓扑结构。外网采用短信猫和GSM网络对家居进行远程控制。外网涉及的内容包括短信猫的操作函数、发送和接收信息等。短信猫采用AT指令对传感器节点进行控制。
在系统设计过程中,整个智能家居系统从五个方面进行了研究,包括:1)ZigBee的深入研究,2)整体方案的设计,3)系统硬件的设计,4)系统软件的设计,5)系统测试。整体方案设计研究了该系统的结构组成、网络的选择、传感器的选择及上位机的设计。系统的硬件包括对CC2430无线通信模块和短信猫进行了研究。系统软件包括如何组建新网络、FFD加入网络的流程、RFD加入网络流程、系统报警流程、网络地址的分配及路由的分析等。系统测试包括一个节点的入网测试、多个的节点入网的测试及丢包率的测试。
本文采用VC++6.0编写的串口程序来实现系统的数据采集和处理功能。
本系统的测试结果表明ZigBee无线通信网络技术能够成功的应用于智能家居并具有良好的效果。
With the comparison of the wired network and wireless network technology in the intelligent home, the comparison of several other wireless networking technology and ZigBee in this paper, the final conclution is ZigBee wireless communication network technology which is with low power, low rate, low cost, can meet the requirements of the smart home. So this paper uses ZigBee as wireless communication network technology of a smart home system.
This paper uses the home as the research background to design the home's internal network and external network control system. ZigBee wireless communication within the network using wireless technology for home control. The internal network consists of the ZigBee protocol analysis, ZigBee wireless communication network device type, network structure and network topology structure. By analyzing of Home environment to determine the type of device and network topology of the entire system. External network uses SMS to remote control of domestic cats. The content of external network involves manipulation functions, including SMS cat, sending and receiving information. SMS uses AT commands to the sensor cat control.
In the process of designing system, the home system has been studied in five aspects, including :1)deeply ZigBee study 2)the overall program design 3)system hardware design 4)system software design 5)system testing. Describe the overall design of the structure and composition of the system, network selection, sensor selection and design of the host computer. The hardware structure is about CC2430 hardware and hardware structure is about the cat messge. Software describes how to set up a new network, FFD process of joining the network, RFD join the network processes, systems, process alarm, network address allocation and routing analysis. System testing involves one or more network nodes results of the test and packet loss rate test.
In this paper, VC + +6.0 is used to program serial port to implement the system data acquisition and processing functions.
The results show that the wireless network technology of ZigBee can be successfully applied in smart home.
引文
[1]韩双双，陈万忠，孟琳基于zigBee技术的网络化智能家居系统[J].嵌入式应用系统，2009，7
[2]Yan Dongmei, Dan Zhiguang.ZigBee-based Smart Home system design[J].IEEE Computer Society,2010,8.
[3]苑囡囡zigBee技术在智能家居中的应用[J]吉林工程技术师范学院学报，2009，3
[4]周经凯，麻信洛，霍玲玲，马鑫智能家居控制系统中的无线技术应用与设计工业控制计算机，2008年第1期
[5]张丽娜，洪显昌zigBee技术在智能家居中的成功应用[J]科技信息，2008(16)
[6]刘青，宋立军zigBee无线传感器网络组网研究[J].http：//www cnkinet
[7]秦霆镐，豆晓强，黄文彬等．zigBee技术在无线传感器网络中的应用[J]仪表技术，2007，(1)：57-59
[8]Wang Zhenxing, Liu Zhongyuan,Shi Linxiang.The smart home controller basedon ZigBee[J].IEEE Computer Society,2010,8.
[9]张维勇，冯琳，魏振春zigBee实现家庭组网技术的研究合肥工业大学学报，2005，7
[10]李文仲，段朝玉、zigBee无线网络技术入门与实战[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007：23
[11]马菁菁zigBee无线通信技术在智能家居中的应用研究[LIll测试计量技术及仪器
[12]韩双双，陈万忠，孟琳基于zigBee技术的网络化智能家居系统[J].嵌入式应用系统，2009，7
[13] Yan Dongmei,Dan Zhiguang.ZigBee-based Smart Home system design[J].IEEE Computer Society,2010,8.
[14]傅家祥，肇云波基于GPRs与zigBee的智能家居设计单片机与嵌入式系统应用，2007年第1期
[15] Niu Doul, Yang Meil, Zhao Yanjuanl, Zhang Yan.The networking technology within Smart Home system - ZigBee technology[J] .IEEE Computer Society,2009,12.
[16] Wahab Mohd Helmy Abd , Abdullah Norzilawatil , Johari Ayob,Kadir Herdawatie Abdul.GSM based electrical control system for smart home application[J]. Advanced Institute of Convergence Information Technology,2010,4.
[17]Al-Ali A.R.I, Al Rousan M.I, Mohandes M.2.GSM-based wireless home appliances monitoring & control system. Institute of Electrical and Electronics Engineers,2004,4.
[18]Chin Fan Saw, Lee Dack Feel.Design and implementation of intelligence embedded GSM auto-SMS system. Acta Press,2004,8.
[19] Jasemian Yousef.Security and privacy in a wireless remote medical system for home healthcare purpose. Inst. of Elec and Elec. Eng. Computer Society, 2006,11.
[20] Ping S .Delay Measurement Time Synchronization for Wireless Sensor Networks[R].Intel Research Berkeley Lab, 2003.
[21] I.F. Akyildiz,W.Su,Y.San karasubramaniam,E.Cayirci.Wireless sensor networks:a survey. Computer Networks, 2002.
[22]陶晓玲，黄晓玲，王勇zigBee网状网技术探讨广西师范学院学报，2006，9
[23]刘军，王桂堂，姚欢，宁静zigBee技术的mesh网络研究与实现自动化与信息工程，2008年第1期
[24] Zhang Peng, Chen Ming.A remote health care system based on wireless sensor networks. Inst. of Elec. and Elec. Eng. Computer Society, 2008,4.
[25]马俊zigBee技术的树簇网络监控系统设计单片机与嵌入式系统应用，2009年第6期
[26]颜志军．VlSUal c++数据库开发典型模块与实例精讲[M]．北京：电子工业出版社．2007：312-314
[27]郑阿奇，丁有和，郑进．VISUal c++使用教程[M]．北京：电子工业出版社，2004：250-25 1
[28]明日科技．VISUal c++程序开发范例宝典[M]．北京：人民邮电出版社．2007：504-507
[29]宋兆武，何况．VISUal c++开发入门与编程实践[M]．北京：电子工业出版社，2007:183-200
[30] 802.15.4 IEEE Std 802.15.4-2003[S].
[31] CC2430-Data-Sheet-l-3.pdf.http://www.chipcon.corn.
[32] ZigBee Alliance document [EB/OL] . Http : //www. ZigBee. org.
[33]朱益运，吕杨。基于cc2430的智能家居zigBee无线数传设计与实现云南大学学报，2009，31(s1)：114-115
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[36] Zang Xuan,Ying Sun,Li Kejun.A ZigBee-based smart home system:An energy-saving method[J].Trans Tech Publications,2010,11.
[37] Wang Zhenxing, Liu Zhongyuan, Shi Linxiang.The smart home controller based on ZigBee. IEEE Computer Society, 2010,8.
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[39]李泉，李战明zigBee无线传感网络及其在危险源监控系统中的应用研究兰州理工大学硕士论文
[40]王黎明，陈双骄，闰晓玲ARM9嵌入式系统开发与实践[M]，89页
[41]范海绍，袁爱娣无线组网zigBee规范与芯片编程初探信息技术，2009
[42]李小珉，赵志宏，郭志zigBee无线传感器网络组网试验电子测量技术，2007，5
[43]高键，方滨，尹金玉，胡葛军zigBee无线通信网络节点设计与组网实现计算机测量与控制[J]，2008，16(12)
[44]肖戊辰，邢琰，何川，姚风一，徐远超基于zigBee和GPRS的智能家居报警系统首都师范大学学报，2009，10
[45]薛艳亮，胡建萍，王江柱基于分布式编织机制的zigBee组网技术研究杭州电子科技大学学报，2008，4
[46]杨少军，史浩山，刘利章等．无线传感器网络分析与仿真[J]．计算机工程，2006．11
[47] Wu Cheng-Dong, Zheng Jun-Gang, LiuDa-Ren2, Xie Kun. Study on smart home network technology based on wireless sensor network[J].Editorial Department of Journal,2005,11.
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[49]耿萌，于宏毅，张效义zigBee路由协议分析与性能评估[J]计算机工程与应用2007，43(26)：116-120
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[51]张习胜zigBee无线网络协议的路由算法分析与实现[J]电子元器件应用，2010．7
[52]Jin Ming-Hui,Yu Chih-Hao ,Lai Hung-Ren,Feng Ming-Whei.ZigBee positioning system for smart home application[J]. Springer Verlag,2007,8
[53]张峰，王宏，朱娇Java进阶诀窍[M]，551页
[54] Dan Henriksson, Anton Cervin, Martin Andersson, Karl-Erik Arz6n. Truetime:Simulation ofNetworked Computer Control Systems.
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