基于Android和ZigBee技术的室内智能监控系统的设计与实现

摘要

室内环境（包括办公室、实验室、家居等）是人们工作、学习、生活的重要空间，对其安全进行监控越来越成为人们迫切的需求。随着科技的飞速发展，特别是物联网技术的发展，综合利用无线传感网络技术、自动化控制技术以及网络通信技术等的室内智能监控系统在满足人们安全监测的同时，实现了对设备的远程控制，成为室内监控技术的发展趋势。
　　本文综合考虑办公室、实验室以及家居等室内应用场景，设计了一种基于Android平台和ZigBee技术的室内智能监控系统。系统以智能手机为通信网关，一方面手机利用移动互联网和短信的形式与用户终端进行通信，另一方面手机以OTG技术与CC2531无线节点进行串口通信，通过CC253X的ZigBee网络控制各种现场应用模块。
　　系统所设计的模块主要有:开关远程控制模块、学习型红外遥控模块、人体防盗模块、气体采集模块、空气温湿度采集模块以及火灾报警模块。并采用网关手机自带的高清摄像头，结合irobot扫地机器人设计了一种一体式可移动视频监控系统。利用ZigBee强大的自组网能力，用户可以根据实际的室内监控需求，选择不同的模块进行组合搭配。
　　文章最后以实验室环境为测试场景，对系统的网络以及模块功能进行了测试与结果分析，结果表明:该系统在室内环境中具有良好的适用性，能满足室内监控的需求。在总结与展望中指出，经过合适的选择和组合，系统能很好地应用于实验室环境，经优化设计可进一步考虑应用于工业监控领域。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 课题的主要研究内容及意义

2 相关技术分析

2．1 Android平台

2．1．1 几种操作系统的比较

2．1．2 Android系统概述

2．1．3 Android系统架构

2．1．4 JNI技术与NDK技术

2．1．5 Android开发环境

2．2 ZigBee技术

2．2．1 无线通讯技术比较

2．2．2 ZigBee技术概述

2．2．3 ZigBee协议结构

2．2．4 ZigBee网络拓扑结构

2．2．5 ZigBee芯片选择

2．3 通讯接口及协议

2．3．1 OTG技术

2．3．2 Zstack协议

2．3．3 TCP／IP协议

2．3．4 RTSP协议

3 系统架构和网络通讯协议设计

3．1 系统架构设计

3．2 系统内数据交互分析

3．2．1 网关平台与各功能模块的通讯协议

3．2．2 网关平台与用户的通讯协议

3．3 本章小结

4 系统硬件模块设计与实现

4．1 网关平台

4．2 CC2530无线模块及其电源电路设计

4．3 CC2531无线节点硬件设计

4．3．1 无线节点电源电路设计

4．3．2 无线节点周边电路设计

4．4 数据采集器模块

4．5 开关控制模块

4．5．1 控制器模块硬件设计

4．5．2 继电器模块硬件设计

4．6 学习型红外遥控模块

4．6．1 红外学习电路

4．6．2 红外信号发射电路

4．7 防盗模块

4．8 室内气体采集模块

4．8．1 可燃气体传感器设计

4．8．2 二氧化碳传感器设计

4．8．3 微功耗有毒气体探测器设计

4．9 空气温湿度传感器

4．10 火灾报警模块

4．11 可移动一体式视频监控模块

4．12 系统断电指示功能设计

4．13 本章小结

5 系统软件功能设计与实现

5．1 数据采集程序设计

5．2 控制器程序设计

5．3 学习型红外遥控器程序设计

5．3．1 红外遥控的编码方式

5．3．2 红外遥控信号接收程序

5．3．3 红外遥控编码存储程序

5．3．4 红外发射程序设计

5．4 Android平台串口通信程序设计

5．4．1 Android手机串口收发程序设计

5．4．2 嵌入发送短信功能的程序设计

5．4．3 嵌入短信接收与读取功能的设计

5．5 Android平台TCP／IP通信程序设计

5．5．1 服务器

5．5．2 客户端

5．6 Android平台视频监控程序设计

5．7 本章小结

6 系统测试

6．1 系统测试环境介绍

6．1．1 系统测试硬件环境

6．1．2 系统测试软件环境

6．2 测试项目与分析

6．2．1 ZigBee网络信号强度测试

6．2．2 数据采集测试

6．2．3 人体防盗测试

6．2．4 灯光控制测试

6．2．5 红外信号学习与遥控测试

6．2．6 视频监控测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简介及科研成果