基于ZigBee的智能家居控制系统设计开题报告.doc
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1、山 东 科 技 大 学本科毕业设计(论文)开题报告题 目 基于ZigBee的智能家居控制系统设计学 院 名 称 电子通信与物理学院 专业班级 学生姓名 学 号 指 导 教 师 填表时间: 2015 年 4 月 7 日设计(论文)题目基于ZigBee的智能家居控制系统设计设计(论文)类型(划“”)工程设计应用研究开发研究基础研究其它一、课题的研究目的和意义智能家居控制系统(smart home control systems),是以智能家居系统为平台,家居电器及家电设备为主要控制对象,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的设施进行高效集成,构建高
2、效的住宅设施与家庭日程事务的控制管理系统,提升家居智能、安全、便利、舒适,从而实现具有一定自动、智能控制功能的系统平台。智能家居控制系统是智能家居的核心,是智能家居控制功能实现的基础。传统的家居智能控制系统一般采用有线方式来组建,如电缆线、同轴电缆、USB、CAN总线等。但有线网络具有布线麻烦,可扩展性差等固有的缺点,限制了有线网络技术在智能家居系统中的发展。因此,将无线网络技术应用于家庭网络己成为大势所趋,采用无线智能控制模式是智能家居发展的必然选择。这不仅仅因为无线网络具有更大的灵活性、流动性,省去了布线的麻烦,更重要的是它符合家居控制网络的通讯特点。无线网络可以将人们生活的空间浓缩于人类
3、的双手可以掌控的距离。因此红外、蓝牙、WiFi、ZigBee等一系列无线网络技术应运而生并且蓬勃发展,从而大大促进家居设备智能化、无线化的进程。ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。同时,ZigBee的出现克服了红外、蓝牙等通信方式的拓展能力不足,以及WiFi的成本过高、功耗较大、嵌入困难等缺点。基于ZigBee的上述特点,同时结合当代智能家居在控制中的实际需求,我们选择了ZigBee作为智能家居中无线通
4、信的方式,从而设计一种基于ZigBee的智能家居控制系统。本系统具有良好的开发和应用前景,在智能家居这个概念广为人知的时代,ZigBee无线通信技术与智能家居的融合,最终会让无线智能家居引领市场并且走向更为广泛的应用。随着技术的提升,成本的下降,智能家居生活将不再是梦,无线科技革命将会引领智能家居步入新的发展里程。二、本课题的主要研究内容(提纲)1. 研究分析智能家居的现状,设计基于ZigBee的智能家居控制系统;2. 掌握ZigBee芯片CC2530的基本结构和工作原理;3. 学习ZigBee通信协议,掌握它的要通信标准;4研究ZigBee & Wi-Fi网关, 实现了跨网间的数据同步;5.
5、 分析系统需要的传感器、控制器以及相关硬件并完成相关硬件搭建。6. 编写程序并进行相关测试。三、文献综述(国内外研究情况及其发展)智能家居不是一个新概念,目前国内智能家居控制仍多采用传统控制方式,传统控制系统一般是通过有线的方式来组建的,功能需求越多安装越复杂,它具有以下几个弊端:1.布线复杂,安装空间大;2.电缆用量大,浪费材料;3.系统功能固定,扩展性差;4.运行维护成本高,损耗能量;5.移动性能差,且影响美观。随着ZigBee无线通讯技术的发展,智能家居行业能够冲破这种“有线”的束缚,使民众有望体验安装简单、调试维护方便、价格合适的无线智能家居带来的轻松、便捷的生活。随着时间的推移,Zi
6、gBee技术将会变得越来越完善,它在智能家居的应用也会变得越来越多,ZigBee无线智能家居将逐渐成为主流。试想一下,家居设备之间不用通过任何“线”的连接,而是通过ZigBee协议连接成一个物物相联的网络并进行通讯。在家居空间内,人们在任意地方可以随意地控制家居环境中的相关设备,享受智能家居带来的惬意和轻松。基于ZigBee的智能家居控制系统,将以无需布线和使用相对自由,建立起人们对无线家居设备的全新体验和享受。它组网灵活,成本低廉,消除了开槽、穿墙等繁琐的工作程序,总体费用低;移动性强、扩张性强,可摆脱“线”的限制,在设定的覆盖范围内,用户可轻松接入到家居设备网络系统。基于ZigBee的智能
7、家居控制系统具有以下几点优势特征:(1)维护简单。由于没有复杂的布线,使智能家居的系统维护变得非常简单,无需破坏墙面等设施就可以轻松进行维护。(2)无线自动组网。ZigBee技术能实现无线短距离通信传输,具有自动组网、自主修复的能力,从而免去主控机和外围设备之间的手动链接设置的麻烦,大大简化了智能家居系统的调试,使智能家居系统真正实现智能化。(3)性价比高。ZigBee无线通讯技术相比于其他的无线通讯技术具有低成本,低功耗的特点,还具有移动灵活、扩张性强的特点,符合“低碳生活”的绿色家居概念。(4)安装简易。ZigBee技术无需复杂的布线,可以用一种简易的方式实现家庭设备之间的互联,实现“物与
8、物”、“人与物”之间的信息交互,进而轻松实现家居设备控制的智能化。但是智能家居目前存在一些急需解决的难题。首先,目前绝大多数家电产品没有统一的标准,比如接口不统一等,一个程序难以将所有的产品纳入其中进行互联;其次,中国家庭现在拥有很大存量的非智能家电产品,要将这些产品智能化,是一个非常艰巨的工程;再次,要实现家电产品互联,就必须要借助传感器,而目前传感器的存量并不多,内置传感器的家电产品更是少之又少,而且如果将所有的家电产品都内置传感器,成本问题又会随之而来;第四,用户数据共享和收集很难,每个用户家中的家电品牌不一,每个品牌又会有各自不同的数据收集后台,难以进行统一的大数据管理;最后,现有的智
9、能互联产品体验并不出色,很多功能实际意义并不强,没有实现真正的互联。基于上述问题,在智能家居这个领域因为zigbee只能在硬件上来体现,没有一个统一操作平台,很多设备不能通用,这个很大程度上阻碍了zigbee在智能家居领域的推广。现在很多做zigbee技术的都是一些小型的创业型公司,风险比较大。目前智能家居上做的比较好的基本上是国外的公司,而且他们已经出了一些标准文件。相比之下,国内的大大小小标准很多。同时Zigbee的产品似乎比较少见,因为WiFi和蓝牙都随着移动设备的普及铺开了,Zigbee更偏向工业和工程应用,而且用户大多数只是注重实际的功能而不太关心具体的实现方式。Zigbee的特点是
10、低功耗、低成本、网络容量大,同时传输速率也比较低。一般地说Zigbee很少用在数据流传输,但放在智能家居传感和控制这样的碎片化信息传递上非常适宜。ZigBee产品的形态大体分为四类:ZigBee芯片、嵌入式ZigBee模块、ZigBee设备、ZigBee网关。前三者都易于实现而且已经有具体的产品出现,而ZigBee网关就是通过集成其他无线技术,实现跨网间的数据同步,比如ZigBee & GPRS网关、ZigBee & Wi-Fi网关。因此我们可以用ZigBee实现的一种联网方式是利用WiFi连接移动设备以实现联网目的,之后一个WiFi转Zigbee模块中枢来控制所有的Zigbee单品。这是本次
11、设计的技术难点,设计出这个ZigBee中枢具有很现实的意义。而且现实中普通家庭往往没有Zigbee的基础设施,所以对这类智能家居的产品来说难点就在于将Zigbee中枢推出去。遗憾的是ZigBee网关目前在国内以及国外做的厂商很少,缺乏统一的标准,成熟的产品也很少。四、拟解决的关键问题1. 如何设计一种切实可行的基于ZigBee的智能家居控制系统。2. 硬件电路搭建问题的解决。3. 软件程序编程问题的解决。4. 如何实现ZigBee & Wi-Fi网关跨网间的数据同步。五、研究思路和方法1. 分析当代智能家居的现状以及市面上成熟的产品,尝试分析这些产品的功能是用什么方式来实现的。初步确定设计的思
12、路以及需要实现的功能,从而选择合理可行的设计方式来实现的智能家居控制系统的设计。2. 分析ZigBee在当代智能家居中的实际应用,参考相关文献,进一步细化设计的思路,同时确定下来各个子系统需要实现的具体功能以及用什么方式来实现,从而确定基于ZigBee的智能家居控制系统的设计思路。3. 选择合适的ZigBee芯片,进行相关的学习实验,了解ZigBee的开发平台、通信标准、技术特点、协议框架等。选择相关的传感器及相应的被控器件。4. 初步完成ZigBee部分的相关设计,包括硬件电路的设计,程序的编写,从而实现基于ZigBee的智能家居控制系统的基本功能。5. 实现基本功能后,着手解决ZigBee
13、 & Wi-Fi网关的设计,分析相关协议,查阅相关资料,以实现跨网间的数据同步,并且尽最大可能设计手机客户端,从而可以利用手机来控制的基于ZigBee的智能家居系统。系统的整体框图如下:六、本课题的进度安排1-5周(2015.3.9-4.12),查阅资料,理解题意,确定设计任务,制定设计计划,形成初步的设计思路,书写开题报告; 6-8周(4.13-5.3),学习ZigBee的相关资料,确定设计方案,准备系统需要的硬件模块,并进行初步的各个子模块的软硬件开发调试9-11周(5.4-5.24),将各模块综合起来进行联合调试,进行整个系统的软件测试和硬件测试。进一步完善设计。12-14周(5.25-
14、6.14),翻译英文资料,书写毕业论文。15周(6.15-6.19),准备答辩。七、参考文献1 李文仲,断朝玉等编著ZigBee无线网络技术入门与实战M北京:北京航空航天大学出版社,20072 姜仲,刘丹编著ZigBee技术与实训教程基于CC2530的无线传感网技术M北京:清华大学出版社,20143 李明亮,蒙洋,康辉英编著例说ZigBeeM北京:北京航空航天大学出版社,20134 李外云编著CC2530与无线传感器网络M北京:北京航空航天大学出版社,20135 无线电编辑部编著精选单片机设计与制作30例北京:人民邮电出版社,20136 以物联网为基础的农业信息化方案Z上海左岸芯慧电子科技有限
15、公司,2014-057 Drew Gislason .Zigbee Wireless NetworkingMNewnes ,20088 Texas InstrumentsCC2530manul S2009指导教师意见指导教师(签名): 年 月 日所在系(所)意见负责人(签章):年 月 日原文已完。下文为附加文档,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢!施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时,我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺,特制定本施工组织设计。一、 工程概况:西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市
16、新市区,橡胶厂对面。本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发,银川市规划建筑设计院设计。本工程耐火等级二级,屋面防水等级三级,地震防烈度为8度,设计使用年限50年。本工程建筑面积:27#楼3824.75m2;30#楼3824.75 m2。室内地坪0.00以绝对标高1110.5 m为准,总长27#楼47.28m;30#楼47.28 m。总宽27#楼14.26m;30#楼14.26 m。设计室外地坪至檐口高度18.6 00m,呈长方形布置,东西向,三个单元。本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面,外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200300瓷砖,高到顶外,其余均水泥砂桨罩面,刮二遍腻
17、子;楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200200防滑地砖,楼梯间50厚细石砼1:1水泥砂浆压光外,其余均采用50厚豆石砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门,卧室门、卫生间门采用木门,进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗,开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅,外墙均贴保温板。本工程设计为砖混结构,共六层。基础采用C30钢筋砼条形基础,上砌MU30毛石基础,砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖;五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。本工程结构中使用主要材料:钢材:I级钢,II级钢;砼:基础垫层C10,基础底板、
18、地圈梁、基础构造柱均采用C30,其余均C20。本工程设计给水管采用PPR塑料管,热熔连接;排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管,粘接;给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外,其余均暗设。本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。本工程设计照明电源采用BV2.5铜芯线,插座电源等采用BV4铜芯线;除客厅为吸顶灯外,其余均采用座灯。二、 施工部署及进度计划1、工期安排本工程合同计划开工日期:2004年8月21日,竣工日期:2005年7月10日,合同工期315天。计划2004年9月15日前完成基础工程,2004年12月30日完成主体结构工程,2005年6月20日完成装修工种,安装工程穿插进行,于2
19、005年7月1日前完成。具体进度计划详见附图1(施工进度计划)。2、施工顺序基础工程工程定位线(验线)挖坑钎探(验坑)砂砾垫层的施工基础砼垫层刷环保沥青 基础放线(预检)砼条形基础刷环保沥青 毛石基础的砌筑构造柱砼地圈梁地沟回填工。结构工程结构定位放线(预检)构造柱钢筋绑扎、定位(隐检)砖墙砌筑(50cm线找平、预检)柱梁、顶板支模(预检)梁板钢筋绑扎(隐检、开盘申请)砼浇筑下一层结构定位放线重复上述施工工序直至顶。内装修工程门窗框安装室内墙面抹灰楼地面门窗安装、油漆五金安装、内部清理通水通电、竣工。外装修工程外装修工程遵循先上后下原则,屋面工程(包括烟道、透气孔、压顶、找平层)结束后,进行大
20、面积装饰,塑钢门窗在装修中逐步插入。三、 施工准备1、 现场道路本工程北靠北京西路,南临规划道路,交通较为方便。场内道路采用级配砂石铺垫,压路机压。2、 机械准备设2台搅拌机,2台水泵。现场设钢筋切断机1台,调直机1台,电焊机2台,1台对焊机。现场设木工锯,木工刨各1台。回填期间设打夯机2台。现场设塔吊2台。3、施工用电施工用电已由建设单位引入现场;根据工程特点,设总配电箱1个,塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用电、生活区各配置配电箱1个;电源均采用三相五线制;各分支均采用钢管埋地;各种机械均设置接零、接地保护。具体配电箱位置详见总施工平面图。3、 施工用水施工用水采
21、用深井水自来水,并砌筑一蓄水池进行蓄水。楼层用水采用钢管焊接给水管,每层留一出水口;给水管不置蓄水池内,由潜水泵进行送水。4、 生活用水生活用水采用自来水。5、 劳动力安排结构期间:瓦工40人;钢筋工15人;木工15人;放线工2人;材料1人;机工4人;电工2人;水暖工2人;架子工8人;电焊工2人;壮工20人。装修期间抹灰工60人;木工4人;油工8人;电工6人;水暖工10人。四、主要施工方法1、施工测量放线施工测量基本要求A、西夏建材城生活区17#、30#住宅楼定位依据:西夏建材城生活区工程总体规划图,北京路、规划道路永久性定位B、根据工程特点及建筑工程施工测量规程DBI012195,4、3、2
22、条,此工程设置精度等级为二级,测角中误差12,边长相对误差1/15000。C、根据施工组织设计中进度控制测量工作进度,明确对工程服务,对工程进度负责的工作目的。工程定位A、根据工程特点,平面布置和定位原则,设置一横一纵两条主控线即27#楼:(A)轴线和(1)轴线;30#楼:(A)轴线和(1)轴线。根据主轴线设置两条次轴线即27#楼:(H)轴线和(27)轴线;30#楼:(H)轴线和(27)轴线。 B、主、次控轴线定位时均布置引桩,引桩采用木桩,后砌一水泥砂浆砖墩;并将轴线标注在四周永久性建筑物或构造物上,施测完成后报建设单位、监理单位确认后另以妥善保护。C、控轴线沿结构逐层弹在墙上,用以控制楼层
23、定位。D、水准点:建设单位给定准点,建筑物0.00相当于绝对标高1110.500m。基础测量A、在开挖前,基坑根据平面布置,轴线控制桩为基准定出基坑长、宽度,作为拉小线的依据;根据结构要求,条基外侧1100mm为砂砾垫层边,考虑放坡,撒上白灰线,进行开挖。B、在垫层上进行基础定位放线前,以建筑物平面控制线为准,校测建筑物轴线控制桩无误后,再用经纬仪以正倒镜挑直法直接投测各轴线。C、标高由水准点引测至坑底。结构施工测量A、首层放线验收后,主控轴一引至外墙立面上,作为以上务层主轴线竖身高以测的基准。B、施工层放线时,应在结构平面上校投测轴线,闭合后再测设细部尺寸和边线。C、标高竖向传递设置3个标高
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