基于ZigBee与GSM的智能家居系统研究

摘要

随着物联网行业的快速发展与兴起，作为物联网的一个分支，智能家居的发展的尤为迅速。在智能家居系统中，选择一个无线短距离传输协议非常重要。ZigBee协议具有短距离、低功耗与高可靠性等优势。本文主要对ZigBee协议与GSM的通信方式进行分析与研究，并搭建硬件平台，最后实现智能家居系统的通信。
　　首先研究ZigBee技术与GSM技术，对ZigBee技术原理进行分析研究，从物理层、MAC层、网络层到应用层，各层通过实体接入点方式，接收下层传输来的数据；每层数据帧的格式包括帧头、帧载荷与帧尾，三部分组成。然后对CC2530片上微型处理器的工作模式、主要功能以及外围点电路进行了设计与分析。其次，从GSM技术特点详细研究了SIM300模块的串行接口与SIM卡槽，研究了其启动、关闭方式。串行接口选用两根线的串口2，此串口用来传输AT指令，串口波特率采用自适应技术，从9600Hz到115200Hz不等；AT指令启动或者关闭SIM模块，实现了GSM模块工作电压等参数的智能监控。
　　然后介绍的是本文的硬件与软件。搭建了硬件平台，该平台由移动设备、SIM300模块、ZigBee控制模块与终端模块组成，通过AT指令对 SIM300模块参数设定以及编程，实现了移动设备与SIM300的通信，SIM300模块与ZigBee控制模块通过串口实现通信，ZigBee控制模块与终端模块通过ZigBee协议实现通信。基于ZigBee技术和GSM原理，对Z-stack进行软件设计。先是初始化硬件模块，再初始化网络模块，再初始化任务模块；任务级别由低到高分别为用户层、ZDO、APL、硬件抽象层、NWK层以及MAC层；网络模块的组网，选择通信通道，并设置终端节点ID，建立网络，等待终端子节点请求加入，允许加入后分配地址，向终端节点发出指令。
　　最后对搭建的系统进行测试与分析。分别测试了手机与GSM模块的通信、ZigBee模块之间的通信测试、GSM与ZigBee模块之间的串口通信；通信成功的响应分别为GSM模块的蜂鸣声、ZigBee模块组网指示灯的闪烁和ZigBee通信成功的LED小灯指示，结果表明系统良好，能够实现正常的通信。

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第1章 绪论

1.1 选题的依据、目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 无线传感网络的主要应用

1.4 研究的主要内容及安排

第2章 智能家居系统的设计与实现方案

2.1总体设计任务

2.2智能家居总体设计框图

2.3短距离无线数据传输协议对比

2.4 ZigBee技术

2.5 GSM技术

2.6本章小结

第3章 系统模块硬件电路的介绍

3.1 系统模块硬件的总体设计及外围电路设计

3.2 片上系统CC2530

3.3 CC2530外围电路设计

3.4 GSM模块硬件电路

3.5 本章小结

第4章 智能家居系统软件设计

4.1 概述

4.2 智能家居的开发系统与开发环境

4.3 短消息 AT指令

4.4 ZigBee节点程序的设计

4.5 GSM模块与ZigBee模块串口通信介绍

4.6 本章小结

第5章 系统测试与实现

5.1系统功能测试

5.2系统性能分析

5.3 本章小结

第6章 工作与总结

6.1工作总结

6.2遇到的问题

6.3课题的展望

参考文献

硕士期间取得的科研成果

致谢

附录

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