ZigBee无线技术在室内控制网络中应用的研究

摘要

随着网络经济的发展，智能家居逐渐成为热门话题。同时网络技术的发展，也为智能家居的实现奠定了实用化的基础。室内控制网络属于智能家居系统的一部分，它是将各种家用设施(如照明、家电、安防控制等)通过网络进行互联，使家居生活更舒适、安全、有效。 本文摆脱传统中通过有线方式进行家居的控制设计，而是通过无线技术实现家居控制网络的设计。 首先，本文通过对智能家居中使用的相关技术进行分析和比较，指出ZigBee无线技术是目前适合用在智能家居系统中的技术标准之一。并详细分析了ZigBee技术标准体系，这是搞ZigBee应用开发必须奠定的基础知识。 接着，进行无线模块的硬件设计。本系统的硬件模块的核心采用飞思卡尔公司提供的微控制器MC9S08GT60和射频芯片MC13192。在此基础上建立了家居中的无线模块，比如开关控制模块、灯光调节模块、温度采集模块和红外通信模块等。在硬件设计过程中，提出将飞思卡尔的铜膜天线改成陶瓷天线，增强了信号强度，扩大无线模块的覆盖范围。同时，对模块的软件测试作了详细的分析，有微控制器模块上的串口通信模块、Flash擦写模块，也有微控制器和射频模块之间进行互访的SPI测试程序的设计。 然后，描述了室内控制网络的实现。系统的软件平台是codewarrior集成开发环境，软件的设计采用C和汇编语言混合编程，借鉴飞思卡尔提供的SMAC协议建立自己的应用程序，在访问信道冲突问题上，提出使用空闲信道评估检测(CCAl的物理载波侦听和虚拟载波侦听方式设计多用户访问信道防碰撞冲突的算法。最终形成一个简单的室内控制网络，并对网络进行演示，同时指出开发中的问题和不足。 最后，对课题的研究情况做出总结，同时提出课题进一步的研究方向。

目录

文摘

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学位论文的主要创新点

第一章绪论

1.1智能家居控制系统的发展

1.1.1智能家居概念的提出

1.1.2控制网络在智能家居系统中的作用和特点

1.1.3国内外智能家居的研究现状

1.1.4智能家居控制网络中应考虑因素

1.1.5智能家居的发展方向

1.2 ZigBee技术特点

1.2.1 ZigBee技术的网络体系结构

1.2.2 ZigBee技术的节点体系结构

1.3课题提出和主要目标

1.4论文的结构安排

第二章室内控制网络结构与实现方式比较

2.1室内控制网络的实现技术

2.1.1有线技术

2.1.2无线技术

2.2有线和无线组网方式的比较

2.3无线组网方式的比较

第三章ZigBee技术的标准体系和应用领域

3.1 ZigBee体系结构

3.1.1 IEEE 802.15.4协议

3.1.2 ZigBee协议栈概述

3.2 ZigBee技术的应用领域

第四章室内控制网络系统的硬件设计及软件测试

4.1系统的功能部件构成

4.1.1主控制器(网络协调器)

4.1.2终端控制及检测模块单元

4.2核心部件的特性

4.2.1射频部件--Freescale的MC13192

4.2.2核心控制部件—Freescale的MC9S08GT60

4.3硬件电路

4.3.1 MC13192与MC9S08GT60的硬件连接

4.3.2电源部分

4.3.3射频电路部分

4.3.4天线的设计

4.4.5红外电路

4.4硬件模块测试

4.4.1 MC9S08GT60模块程序测试

4.4.2 MC13192射频模块测试

4.5硬件系统的节点设计与实现

4.5.1网络协调器的设计

4.5.2网络终端节点的设计

第五章ZigBee无线室内控制网络的实现

5.1室内控制网络的基本结构

5.2网络的基本拓扑结构

5.2.1室内控制网络拓扑结构的选择

5.3星型网络结构的形成

5.4无线家居控制网络的设计

5.4.1网络特点介绍

5.4.2网络建立与系统通信过程

5.5设计的具体实现

5.5.1软件开发环境

5.5.2程序设计与实现

5.6实验结果分析及设计中存在的问题

5.6.1实验结果分析

5.6.2设计中存在的问题

5.6.3网络性能分析

5.7基于竞争的MAC层协议研究

第六章总结与展望

6.1论文研究工作总结

6.2进一步的研究工作和展望

参考文献

论文发表和参加科研情况说明

致谢