基于ZigBee的嵌入墙体式智能插座系统的研究

摘要

随着近几年“智能家居”的热潮以及“绿色环保”概念的深入人心，可实时监控家居住宅内用电器的电量、电压、电流等参数的智能插座已经越来重要。然而，目前国内的一些智能插座只是运用已有的电量测量模块插在居室内已有的插线板上并利用短距离无线传输进行点对点通信，没有形成作为家居住宅中将节点系统化、智能化的一种系统，不能够很好的适应智能家居未来的潮流趋势。同时还存在着智能插座智能化程度低、功耗大、体积大、精度低等不足之处。基于以上不足之处，本文设计了一款基于ZigBee的嵌入墙体式智能插座系统。将各个模块和分立元件集成在一块多层板上被嵌入家庭墙体内部的插座预留口中形成一个家居式的插座，各个插座之间通过ZigBee相互通信形成插座系统，并将电量等参数发送至控制显示终端进行图形数据显示以及智能分析控制。
　　系统硬件部分主要由智能插座主板和控制显示终端组成，其中控制显示终端由数据存储器、彩色触摸屏和人机交互界面组成，其内部嵌入了一个ZigBee作为协调器，用于数据的汇集传输。控制显示终端支持日志查阅以及对各个插座模块的智能控制和人工控制。系统软件部分主要由ZigBee协议栈、控制显示终端处理程序以及嵌入到控制显示终端的设计人机交互界面的emWin系统组成。
　　整个系统形成后，在实验室环境首先对系统进行了校准标定实验，选出最佳的校准参考负载，接着进行了精度测试实验和稳定性实验。系统结构设计和实验结果论证了基于ZigBee的嵌入墙体式智能插座系统结构巧妙、智能化程度高、体积小、功耗低、精度高、运行安全稳定，适用于居家装潢时一次性安装。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 智能插座无线通讯技术概述

1．3 国内外研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 电量参数计量与通讯原理

2．1 电量参数计算理论基础

2．1．1 交流电流有效值

2．1．2 交流电压有效值

2．1．3 交流电有功功率

2．2 本文使用电量参数检测原理

2．3 数据传输原理介绍

2．3．1 ZigBee通讯技术简介

2．3．2 ZigBee网络拓扑结构

2．3．3 ZigBee系统通讯方式

2．3．4 ZigBee系统工作频率

2．3．5 ZigBee通信的优点

2．4 本章小结

第三章 系统的硬件设计

3．1 系统的总体设计

3．2 采样电路的确定

3．2．1 采样电路的分类

3．2．2 电流采样电路的设计

3．2．3 电压采样电路的设计

3．3 系统的硬件设计

3．3．1 插座主板硬件电路的设计

3．3．2 控制显示终端硬件电路的设计

3．4 插座主板的机械安装

3．5 本章小结

第四章 系统的软件设计

4．1 开发环境介绍

4．2 系统程序流程

4．3 数据的采集以及处理

4．3．1 电压、电流、功率以及用电量的计算

4．3．2 脉冲频率的计算方法

4．4 数据的线性标定

4．5 智能控制

4．6 本章小结

第五章 系统的实验与误差分析

5．1 校准标定实验

5．2 精度测试实验

5．3 稳定性实验

5．4 误差分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

研究生期间学术成果