基于ZigBee的家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與應用

1、基于ZigBee的家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與應用基于ZigBee的家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與應用智能家居自動化節(jié)能方案家庭環(huán)境管家遠程監(jiān)控防護電器智能控制智能家居自動化節(jié)能方案家庭環(huán)境管家遠程監(jiān)控防護電器智能控制智能家居的三層體系結(jié)構(gòu)感知層： Zigbee傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)絡層： 智能家居網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計應用層： 初級云平臺的設(shè)計與搭建智能家居的三層體系結(jié)構(gòu)感知層：ZigBee傳感器網(wǎng)絡一.為什么選擇ZigBee 有線無線 1.布線繁瑣，安裝施工問題多；2.電纜用量大，材料浪費多；3.系統(tǒng)功能固定，擴展性差；4.運行維護成本高，能量損耗大；5.移動性能差，且影響美觀；1.傳輸距離不限,超視距；2.安裝簡單無需布

2、線、易部署；3.使用方便；4.靈活性高、更綠色環(huán)保；ZigBeeBluetoothWIFI無線標準802.15.4802.15.4802.15.4傳輸速率250 kbps720 kbps11+ Mbps最大功耗1-3mW1-100mW100+mW傳輸距離1-100m+1-10+1-30+網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)Mesh,StarStarStar網(wǎng)絡節(jié)點256-65536715-32 有線無線 1.布線繁瑣復雜，安裝施工問題多；2.電纜用量大，材料浪費多；3.系統(tǒng)功能固定，擴展性差；4.運行維護成本高，能量損耗大；5.移動性能差，且影響美觀；1.傳輸距離不限,超視距；2.安裝簡單無需布線、可快速部署；3.使用方

3、便；4.靈活性高、更綠色環(huán)保；ZigBee的優(yōu)勢：低功耗成本低組網(wǎng)能力強網(wǎng)絡容量大. ZigBee傳感器網(wǎng)絡一.為什么選擇ZigBee 有線無二.ZigBee的基礎(chǔ)知識 ZigBee通信體系ZigBee最小模塊二.ZigBee的基礎(chǔ)知識 ZigBee通信體系Z三.ZigBee的典型拓撲結(jié)構(gòu)樹形拓撲（Tree）多跳網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（Multi hop mesh）三.ZigBee的典型拓撲結(jié)構(gòu)樹形拓撲（Tree）多跳網(wǎng)格結(jié)四.ZigBee通信網(wǎng)絡的建立ZigBee網(wǎng)絡形成四.ZigBee通信網(wǎng)絡的建立ZigBee網(wǎng)絡形成四.ZigBee通信網(wǎng)絡的建立ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點16位地址分配1、確定節(jié)點深度值d

4、Cm 父設(shè)備擁有子設(shè)備數(shù)量的最大值 Lm 網(wǎng)絡的最大深度 Rm 子設(shè)備最大路由器數(shù)2、確定3、計算偏移值4、計算地址Aparent 為父設(shè)備地址深度值偏移值021152130n 是一個 1（Cm-Rm）的值四.ZigBee通信網(wǎng)絡的建立ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點16位地址五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能四種幀結(jié)構(gòu)在MAC層和物理層上的描述信標幀數(shù)據(jù)幀確認幀MAC 層命令幀五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能四種幀結(jié)構(gòu)在MAC層和物理層五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能五.ZigBee個域網(wǎng)的通信功能智能家居網(wǎng)關(guān)的設(shè)計 網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，應該既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實現(xiàn)局域互聯(lián)。并且具有廣泛的感知網(wǎng)接入、通信協(xié)

5、議轉(zhuǎn)換和強大的系統(tǒng)管理等特點，同時有效降低成本，最總有利于家庭智能化的普及?？刂平M網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換本地控制軟硬件：運行在 ZigBee無線模塊中的ZigBee協(xié)議棧程序和運行在主處理器STM32中的嵌入式程序智能家居網(wǎng)關(guān)的設(shè)計 網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，應該既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián)一.ZigBee協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器要完成的任務有很多，不僅要負責網(wǎng)絡的組建，還要接收和處理終端節(jié)點采集來的數(shù)據(jù)，與家居網(wǎng)關(guān)進行串口通信，還要根據(jù)用戶的操作指令向終端節(jié)點發(fā)送采集數(shù)據(jù)的參數(shù)等。CC2530+Z-Stack 一.ZigBee協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器要完成的任務有很多，不僅要負責C二.基于STM32的網(wǎng)關(guān)STM32F107VCT6+Dp84848+L

6、wIP LAN/Wifi 接入型網(wǎng)關(guān)二.基于STM32的網(wǎng)關(guān)STM32F107VCT6+Dp84三.網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計LwIP：Light Weight (輕型)IP協(xié)議LwIP的特性如下：(1)支持多網(wǎng)絡接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)(2)支持ICMP協(xié)議(3)包括實驗性擴展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）(4)包括阻塞控制，RTT估算和快速恢復和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議）(5)提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口（Raw API）用于提高應用程序性能(6)可選擇的Berkeley接口API（多線程情況下）(7)在最新的版本中支持ppp(8)新版本中增加了的IP fragment的支持.(9)支持DHCP協(xié)議,動態(tài)分配i

7、p地址.三.網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計LwIP：Light Weight (輕型三.網(wǎng)關(guān)的通信1、本地局域網(wǎng)通信三.網(wǎng)關(guān)的通信1、本地局域網(wǎng)通信2、遠程通信三.網(wǎng)關(guān)的通信2、遠程通信三.網(wǎng)關(guān)的通信智能家居云平臺傳統(tǒng)智能家居：信息孤立感知動作單一功能擴展性差開發(fā)升級難度大Ninja BlocksYeelink京東智能云智能家居云平臺傳統(tǒng)智能家居：Ninja BlocksYeel一.智能家居云平臺的設(shè)計思想云數(shù)據(jù)中心是一個提供云服務的服務器集群。提供以下功能:( 1) 通過 Internet 接收來自家庭網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)并存儲，并根據(jù)內(nèi)置策略或來自控制端的指令將控制數(shù)據(jù)傳輸給家庭網(wǎng)關(guān);( 2) 通過 Interne

8、t 與控制端連接，向控制端提供系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)，接收來自控制端的指令;( 3) 對存儲的大量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，尋找可供進一步利用的知識。一.智能家居云平臺的設(shè)計思想云數(shù)據(jù)中心是一個提供云服務的服務一.智能家居云平臺的設(shè)計思想 對上層屏蔽底層的差異，將所有操作轉(zhuǎn)化為對數(shù)據(jù)的操作，并向用戶或開發(fā)者提供統(tǒng)一的接口。傳感器類型檢測開關(guān)狀態(tài)布爾型檢測燈的亮度數(shù)值型檢測燈的顏色（RGB）多數(shù)值型執(zhí)行器類型控制燈的開關(guān)布爾型控制燈的亮度數(shù)值型控制燈的顏色多數(shù)值型采集數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)下載或推送數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) 定義一個廣義的傳感器，它既可以采集數(shù)據(jù)，又可以接收數(shù)據(jù)，那么對于燈這個設(shè)備來說，它可以由三個傳感器組

9、成，當然還有其他組合方式。Switch(開關(guān))Level（亮度）RGB（顏色）一.智能家居云平臺的設(shè)計思想 對上層屏蔽底層的差異，將二.云平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計二.云平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計二.數(shù)據(jù)交互格式 對于本課題的云平臺而言，需要一種結(jié)構(gòu)化的描述語言作為數(shù)據(jù)格式，用以承受結(jié)構(gòu)明確的請求數(shù)據(jù)和返回數(shù)據(jù)。（JSON VS XML）JSONXML可讀性適合機器閱讀適合人閱讀編碼難度容易相對困難解碼難度很容易較難數(shù)據(jù)體積數(shù)據(jù)小，傳輸快數(shù)據(jù)量較大 info: Login Success, id: 10000, username: linpcloud, apikey: 1a39ad4c87ba09ef861ead97

10、f010df7b二.數(shù)據(jù)交互格式 對于本課題的云平臺而言，需要一種結(jié)構(gòu)三.云平臺API設(shè)計請求方法URI/URL功能用戶接口POST/api/login用戶登錄，用戶認證GET/api/user/獲取用戶的詳細信息PUT/api/user/更改用戶的詳細信息設(shè)備接口GET/api/devices獲取所有設(shè)備列表POST/api/devices添加一個新的設(shè)備GET/api/device/獲取設(shè)備的詳細信息PUT/api/device/更改設(shè)備的詳細信息DELETE/api/device/刪除設(shè)備傳感器接口GET/api/sensors/獲取指定設(shè)備下的所有傳感器POST/api/sensors/在指定設(shè)備下添加一個新的傳感器GET/api/sensor/獲取傳感器的詳細信息PUT/api/sensor/更改傳感器的詳細信息DELETE/api/sensor/刪除傳感器數(shù)據(jù)點接口POST/api/datapoint/為指定傳感器創(chuàng)建單個數(shù)據(jù)點GET/api/datapoint/獲取指定傳感器的最新數(shù)據(jù)POST/api/datapoints/批量上傳數(shù)據(jù)GET/api/datapoints/device/批量獲取數(shù)據(jù)GET/api/datapoints/sensor獲取歷史數(shù)據(jù)三.云平臺API設(shè)計請求方法URI/URL功能用戶接口POS