摘 要

在科技不断进步以及生活水平的日渐发展的情形之下，当代居民开始对生活品质有了更进一步的需求。在这种情形之下，传统的家居作为一个居住环境以及不能满足人们日益增长的生活需求，所以人们现在需要一个更加舒适、便利、智能化的家居环境。智能家居开始在不知不觉中走入人们的生活，他不仅仅能够给人们带来方便快捷，同时还可以优化人们的居住环境。

本文的目的是研究开发一种基于CC2530的Zigbee无线通信系统，并将之集成到智能家居当中来，在此次设计当中需要完成硬件设计以及软件设计两大部分，硬件上选择了基于ZigBee标准的无线射频芯片CC2530作为核心硬件，在此基础之上根据本次设计各个节点的要求搭建外围电路图。在软件方面则是选择了Z-stack协议栈作为基础，在此基础之上再IAR软件中根据各个节点以及传感器的要求编程，实现了智能家居当中对于温度、湿度的采集，同时还能够对家庭电视、机顶盒、灯光进行控制。而这个控制功能则可以通过Visual Studio编程来实现，通过串口以及协调器搭建的无线网络将各个传感器模块的数据采集出来，同时还要通过协调器网络来实现控制功能。

关键词：智能家居；Zigbee；Z-stack协议栈；无线传感网络

Abstract

With the development of science，technology and living standard , contemporary residents have a further need for the quality of life. In this situation, the traditional household can't satisfy people's growing demand of life as a living environment, so people need a more comfortable convenient and intelligent household environment nowadays. The demand also reflects the development direction of contemporary household.As a result, intelligent household began to integrated into the lives of people gradually. It can not only optimize the living environments of people, but also bring convenience.

The purpose of this article is developing a Zigbee wireless communication system based on CC2530 and then integrate it into a smart home system.In this design,both hardware and software are required to be set up.Firstly the hardware chose CC2530 as the core hardware,and CC2530 is based on Zigbee.On top of that,I am going to construct a peripheral circuit diagram according to the requests of the nodes designed.Secondly,as for software，I choose Z-stack protocol stack as the foundation.Then,I am going to program in IAR according to the requirements of individual nodes and sensors.which can realize the function og gathering temperature and humidity in household.meanwhile it can also control home televisions, set-top boxes and lights.The implementation of control requires Visual Studio programming to gather data from each sensor module by wireless networks and serial ports.furthermore the control function is achieved through serial ports.

Key Words：Smart house；zigbee；Z-stack protocol stack；wireless sensor net work

目 录

1 绪论 1

1.1 无线通信技术概述 1

1.2 国外无线通信发展现状 2

1.3 国内无线通信发展现状 3

1.4 主要内容及章节安排 4

2 系统组成及系统硬件设计 5

2.1智能家居相关技术 5

2.1.1 Zigbee组网技术 5

2.1.2 zigbee技术简介 5

2.1.3 zigbee拓扑结构 6

2.2 系统组成及结构 7

2.2 系统硬件的设计 9

2.2.1 zigbee芯片的选择 9

2.2.2 节点硬件结构 9

3 智能家居系统软件设计 15

3.1 系统软件设计思路 15

3.2 网络建立过程 15

3.3 网络参数配置 16

3.3.1选择Zigbee网络信道 16

3.3.2 zigbee网络基本设置 16

3.3.3 搭建协议框架 17

3.4 协调器节点配置 19

3.5 终端节点配置 19

3.5.1 烟雾传感器 20

3.5.2 温度传感器 20

3.5.3 LED灯控制函数 21

3.6 搭建PC控制程序 22

3.6.1对串口进行初始化 22

3.6.2获取IP地址 23

3.6.3接收数据函数 23

3.6.4 SOCKET通信流程 25

3.7智能家居安卓上位机开发 26

3.7.1搭建安卓软件开发平台 26

3.7.2 连接服务器 26

3.7.3 接受线程 27

3.7.4 对socket数据处理 27

3.7.5 控制函数模块 28

4 智能家居系统功能测试 29

4.1 PC端功能测试 29

4.2 手机端功能测试 29

5 总结 32

参考文献 33

附录一 程序清单 33

附录二 硬件电路图 43

附录三 元器件清单 44

致谢 46

1 绪论

1.1 无线通信技术概述

在当前科技发展的大前提之下，传统的有线模式通信设备在一定程度上以及不能满足当前人们对于生活等各个方面的需求。于是，人们开始发展无线通信技术，且发展趋势不可阻挡。无线通信技术是一项利用电磁波在空间中具有自由传输的功能来实现信息交换的技术。在科技不断进步的当今世界，无线通信技术应运而生，并取得了飞速的发展，其所覆盖的领域也在不断拓宽。当前比较常见的两种无线通信方式为卫星通信技术和微波通信技术两种方式。前者主要通过卫星来作为传播中转站实现通信的目的，其传播的距离远。后者作为一种通信模式，具有成本低，频带较宽的特点，但是依然存在不足，这种传输方式的距离和卫星通信方式比起来较近。

根据事实，目前许多国家和机构 已经开发出了一系列较为稳定的无线通信技术，且成功应用进了人们生活的方方面面，这些技术包括了蓝牙、WiFi、红外传感技术等。而zigbee技术则是在这些技术当中新崛起的一种无线通信技术，他的各种特点表明了这种技术的应用潜力是巨大的^[1]。

人们的生活方式以及生活习惯在信息化社会的影响之下不断改变，其中包括了先进的通讯设备、多元化的信息终端、智能化的移动设备、以及网上购物等，这些种种让人们的生活日趋简单快捷，同时也给人们带来了快乐，节省了时间。在当今社会，大部分的家庭都是采用的普通家居式，其智能化程度不高，但是家居场所作为人们活动时间最长的一个地点，其智能程度很大条件上影响了人们的生活质量，同时衍生出来也可以影响人们的工作态度等等^[2]。在人们经济发展的背景之下，人们开始追求一种更加智能，更加快捷，更加人性化的生活方式以及家居环境，以此来提高生活的品质。传统的家居已经不能满足人们对于生活的需求，所在在信息化社会的背景之下衍生了一个新的名词“智能家居”，在国外叫做“smart house”，其主要功能是利用智能家居系统可以让人们更加便捷的管理房间，在给人们带来便捷的同时还能够加强房间的安防系统，可以有效的让家庭信息和外部信息进行交换，可以让你在工作或者外出的过程中随心所欲的了解并且一定程度上控制房间里的电器^[3]。从而能够缓解人们在工作学习之余的压力，给人们带来简单又轻松的家居环境，而且随着时代的进步，未来家居必然是智能家居的世界。智能家居作为网络通信技术、自动化控制技术以及现代电子技术的结合体。智能家居系统的功能包括实时监测家居内部环境，管理控制各类家用电器，比如说电视电灯等，再次基础之上设置报警系统，能够防止事故的发生。将之应用在生活中可以给人们的生活带来便利，让人们享受到更为舒适的生活环境^[4]。智能家居和普通家居相比较，我们可以发现智能家居不仅能够给人们带来一个更加舒适、便捷、安全的生活之外，还可以一定程度上帮助人们进行各项活动，从而从根本上提高了人们的生活质量，让享受智能家居的人有了更高品质的生活。

1.2 国外无线通信发展现状

在现代通信技术飞速发展的前提之下，现代社会进入了数字化的时代。在因特网开始使用并在全世界发展之后，传统的信息传播方式受到巨大的影响，有线模式的通信方式在一定程度上阻碍了人们随时随地获取信息的能力，所以逐渐走向没落，而无线通信技术开始了发展的黄金阶段。第一次无限通通信实验于1897年展开，实现了从英国到纽芬兰的信息传输，并取得了成功，该信息传输方式主要用于军事等方面，从此迎来了无线电通信的大时代。