基于ZigBee无线传感器网络的智能照明系统研究与设计

摘要

随着信息技术的高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，希望将家中的电子、电器产品或系统通过网络的形式连接起来，实现智能管理和远程控制。家庭自动化的概念在这种背景下被提出并得到了极大的发展。
　　 本文以家庭自动化中的智能照明系统作为研究对象，针对传统照明系统布线麻烦、可扩展性差、节能效率低等缺点，设计了以MSP430F2618为微处理器，以CC2520为射频芯片的低功耗节点硬件平台；并结合TI公司的Z-Stack协议栈，开发了基于ZigBee无线传感器网络技术的智能照明系统。该系统主要由智能灯光节点、接入节点和数据中心/远端用户三部分构成，其中智能灯光节点能够根据外界光强自适应地调整自身灯光亮度，周期性采集室内光强、温度和节点电压等环境信息并通过无线传感器网络转发给接入节点，及时响应用户的信息查询、拓扑更新及开/关灯控制等命令。
　　 论文主要对智能照明系统的软硬件部分进行了研究与设计。硬件部分着重介绍了接入节点和智能灯光节点的设计，主要包括微处理器模块、无线通信模块及光强控制模块的设计。软件部分着重介绍了接入节点和智能灯光节点的软件实现，主要包括数据采集程序、光强控制程序、串口通信程序及数据收发程序的设计。测试结果表明，该系统可达到智能管理、远程控制和节约能源的目的，具有一定的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 无线传感器网络介绍

1.3 无线传感器网络研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 无线传感器网络应用前景

1.5 智能照明系统研究现状

1.6 本文研究内容与结构

第2章 ZigBee通信协议简介

2.1 常见的短距离无线通信技术

2.1.1 ZigBee

2.1.2 Wi-Fi(IEEE802.11)

2.1.3 超宽带通信UWB

2.1.4 蓝牙

2.1.5 常用短距离无线通信技术性能比较

2.2 ZigBee协议体系结构

2.3 ZigBee协议基本知识

2.3.1 网络拓扑控制

2.3.2 数据传输机制

2.3.3 网络地址分配

2.3.4 路由协议

2.4 Z-Stack协议栈

2.4.1 Z-Stack介绍

2.4.2 Z-Stack开发平台

2.4.3 Z-Stack程序结构

2.4.4 Z-Stack工作流程

2.4.5 Z-Stack应用开发

2.5 本章小结

第3章 系统总体设计方案

3.1 智能照明系统设计要求

3.2 总体设计方案

3.3 硬件设计方案

3.3.1 硬件方案选取

3.3.2 微控制器选取

3.3.3 射频芯片选取

3.4 软件设计方案

3.5 本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1 微处理器模块设计

4.1.1 MSP430F2618芯片特性

4.1.2 微处理器外围电路设计

4.2 无线通信模块设计

4.2.1 CC2520射频芯片特性

4.2.2 射频芯片外围电路设计

4.3 光强控制模块设计

4.4 本章小结

第5章 系统软件设计

5.1 接入节点

5.1.1 接入节点的工作流程

5.1.2 接入节点的通信协议

5.1.3 接入节点的程序设计

5.2 智能灯光节点

5.2.2 智能灯光节点的程序设计

5.3 数据中心

5.4 本章小结

第6章 系统测试实验与分析

6.1 通信距离测试实验

6.2 节点组网测试实验

6.3 系统运行测试实验

6.3.1 接入节点与数据中心通信实验

6.3.2 接入节点与手机通信实验

6.4 系统性能总结

6.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致 谢