基于zigbee的无线遥控台灯

通信原理课程设计报告

摘要: 鉴于ZigBee 技术短距离、低功耗、低成本的技术特点, 提出了基于ZigBee 技术的无线遥控台灯的设计方案, 该系统的方案利用ZigBee无线通信技术实现主控系统对终端台灯的实时控制，具有遥控台灯开关的功能。模拟试验表明，本方案中所设计的系统操作简单，人性化具有较佳的市场推广价值。

关键词：遥控台灯、zigbee、低功耗、cc2530

1.课程设计任务

人们可以通过手中的Zigbee无线传感器模块实时遥控台灯的开关，方便快捷，避免浪费电能，大大节约了大量电能。

2方案设计

2.1设计要求

1、通过人们手中的便携式无线传感器的发射模块的按键选择发出相应的对台灯的控制信号。

2、利用无线传感器的接收模块来接收发射模块的控制信号并作出相应的处理，即在ZigBee的相应引脚产生高低电平来驱动继电器的开关。

3、凭借继电器的开关来控制台灯供电电路的通断，从而很好的控制台灯的

亮灭。

2．2总体方案的设计

1、设计题目：

基于zigbee的无线遥控台灯设计

2、设计要求：

1)通过人们手中的便携式无线传感器的发射模块的按键选择发出相应的对

台灯的控制信号。

2)利用无线传感器的接收模块来接收发射模块的控制信号并作出相应的处

理，即在ZigBee的相应引脚产生高低电平来驱动继电器的开关。

3)凭借继电器的开关来控制台灯供电电路的通断，从而很好的控制台灯的熄

灭。

3、仪器设备：

继电器、cc2530芯片模块、台灯。

4、设计内容；

4.1设计背景与基本原理：

设计背景：随着生活水平的提高人们对家用设备使用的使用的方便性提出了更高的要求在这里我们打算设计一款基于zigbee无线遥控台灯，

人们可以通过手中的Zigbee无线传感器模块实时遥控台灯的开关，

方便快捷，避免浪费电能，大大节约了大量电能。

基本原理：ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高

的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间

歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。

ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到

几百米、几公里，并且支持无限扩展。

ZigBee是一个由可多到65535个无线数传模块组成的一个无线数

传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之

间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限

扩展。

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是

为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，

使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语

音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每

个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点

不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数

据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。

除此之外，每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范

围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线

连接。

4.2方案设计原理：

系统分为发射模块，按键控制模块，接收模块，继电器模块，台

灯模块等。发射模块采用Zigbee无线传感器模块，其MCU采用

CC2530芯片，按键模块用2个按键，用于进行控制操作和复位。

与发射模块相同，接收模块模块同样采用Zigbee无线传感器模块。

继电器模块采用的是松乐继电器SRD-05VDC-SL-C，利用接收模块

MCU的P1.0引脚驱动，驱动电路采用典型的三极管驱动电路，

通过控制继电器的吸合来控制台灯供电电路的通断。

4.3软件设计

1）主程序设计

OS

图4. 继电器原理图

两路继电器连接方法

1路继电器连接方法

实物图

4.3软件设计：

1）工程简介：

1)主程序设计：

图1主程序流程图

在系统工作过程中，首先开启两个Zigbee无线传感器模块的电源，然后按下发射模块的S1键即可对发出相应的控制信号，例如按1次S1表示关闭台灯，按两次S1表示开启台灯，如此往复循环。

图2 Z_stack软件启动流程

Z-Stack 中操作系统是基于优先级的轮转查询式操作系统，执行流程图如下图所示:

3）协调器创建网络流程：

4）终端节点发现加入网络流程：

图1 系统模块图

设计结果：

1、目前设计出来的无线遥控台灯可以实现无线遥控LED灯，当终端模块按下按键LED灯即会亮起。

7、实验心得：

通过此次的通信原理课程设计让我更加深入理解了以前课堂上学到的知识。还较深入了解了zigbee这门无线通信技术。不仅检验了所学还学到了新知识。

在姚老师的高标准、严要求下我全力以赴不敢有丝毫侥幸心理。为了查到有关资料我两次从图书馆借了6本有关zigbee的书籍。从基础开始学zigbee。从开发环境的安装，代码的调试我都一丝不苟。

答辩记录：

问题1：配置P0_4口为输出口？

答：P0SEL &~0x10

P0DIR |=0x10

P0INP &=~0x10

问题2：AF_DataRequest函数中各参数的含义？

答：dstAddr--发送目的地址＋端点地址（端点号）和传送模式

srcEP --源(答复或确认)终端的描述（比如操作系统中任务ID等）源EP

cID --被Profile指定的有效的集群号

len --发送数据长度

*buf --发送数据缓冲区

*transID --任务ID号

options --有效位掩码的发送选项

radius --传送跳数，通常设置为AF_DEFAULT_RADIUS

问题3：zigbee项目工程目录各文件夹含义。

答：APP：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域、

HAL：硬件层目录，包含与硬件相关的配置和驱动及操作函数。

MAC：包含MAC层的参数配置文件及其MAC的LIB库的函数接口文件。

MT：实现通过串口可控各层，与各层进行直接交互。

NWK：网络层目录，包含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件。

OSAL：协议栈的操作系统。

Profile：AF层目录，包含AF层处理函数文件。

Security：安全层目录，包含安全层处理函数，比如加密函数等。

Services：地址处理函数目录，包括地址模式的定义及地址处理函数。

Tools：工程配置目录，包括空间划分及Z-Stack相关配置信息。

ZDO(ZigBee Device Object):ZDO目录。

ZMac：MAC层目录，包括MAC层参数配置及MAC层LIB库函数回调处理函数。

ZMain：主函数目录，包括入口函数及硬件配置文件。

Output：输出文件目录，由IAR自动生成。

ZIGBEE无线定位技术

ZIGBEE无线定位技术 大多数无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。因此在设备安装期间，需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换，或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。 当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时，就需要考虑到市场化解决方案(market solution)。这些具体的计算方法是：节点首先读取计算节点位置的参数，然后将相关信息传送到中央数据采集点，对节点位置进行计算，最后，再将节点位置的相关参数传回至该节点。这就是典型的数据密集型计算，并且需要配置一台PC 或高性能的MCU。 这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有 限的节点数量，是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。因此，高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在电池供电网络中的应用。 针对上述问题，CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。这种计算方法根据从距离最近的参考节点(其位置是已知的)接收到的信息，对节点进行本地计算，确定相关节点的位置。因此，网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。另外，由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增，因此，C C2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。 本文所提供的结果是根据对ZigBee 网络的测量得出的，然

而，这些测量结果同样适用于基于IEEE 802.15.4协议构建的更简单的网络。 定位引擎技术 定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示(R SSI)，计算所需定位的位置。在不同的环境中，两个射频之间的RSSI 信号会发生明显的变化。例如，当两个射频之间有一位行人时，接收信号将会降低30dBm。为了补偿这种差异，以及出于对定位结果精确性的考虑，定位引擎将根据来自多达16 个射频的RSSI 值，进行相关的定位计算。其依据的理论是：当采用大量的节点后，RSSI 的变化最终将达到平均值。 在RF 网络中，具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点，而需要计算定位位置的节点称为待测节点。 要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的X 和Y 坐标。定位引擎根据接收到的X 和Y 坐标，并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值，计算定位位置。 将定位技术纳入网络协议 一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点，以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多，ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。

基于ZigBee技术的RFID空间定位系统

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2009)09-0102-04 基于ZigBee技术的RFID空间定位系统 房淑芬 (辽宁省铁岭师范高等专科学校,铁岭112001) 摘　要:通过ZigBee mote与RFID reader结合的方式应用随机数定位算法展示了一种低能耗的基于Zigbee技术的R FID空间定位系统,使得对佩带了Zigbee mote的人可以实时进行定位。在本系统中,通过使用基于取样的表示方法,定位算法能够表示任意分布。通过将系统实现的算法与算法原型比较,可以发现在Non-Line-Of-Sight(NLOS)场景下,本算法的定位错误(positioning er-r ors)有明显改进。 关键词:RFI D;ZigBee;空间定位算法 RFID space location system based on ZigBee technology FANG Shu-fen (Tieling Normal C ollege of Liaoning Province,Tieling112001,China) Abstract:This paper presented a low energy cost RFID space location system based on Zigbee technology by using the combination of ZigB ee mote and R FID reader,and random sa mpling algorithm,by which a person holding an Zigbee mote can be located in real time.In this system,by using the representation based on random sa mpling,the location algorithm can represent ar bitrar y distribution.According to the comparison of the algorithm implemented in this system and the prototype algorithm,we it is concluded that the location err ors in this algorithm have been distinctly impr oved under the scenario of Non-Line-Of-Sight(NL OS). Key words:RFID;ZigBee;space location algorithm 0　引言 移动计算设备、无线技术和Inter net的飞速发展,促使人们对位置感知的服务系统越来越感兴趣。在许多应用中,都需要知道一个物体的确切位置。其中,GPS[1]是最著名,也是应用最广泛的定位系统,它被用来对户外移动的物体进行定位。对于室内的定位机制,有红外线[2]、超声波[3]、RFID[4]等等。 上面介绍了三种基于网络的定位机制。它们的共同点是采用固定的接收装置来接收佩带在人或物体上的发射装置发出的信息并将这些信息通过有线网络转发到控制中心。这些机制经常在一些跟踪系统中被采用。 红外线机制为每一个物体附带一个标签,这些标签周期性地通过红外线发射器发射自己的唯一的ID,固定的接收装置接收这些信息并通过有线网络将这些信息传到控制中心,通过这种方式来实现对室内物体的识别、定位。但是,这种机制存在两个缺点,首先它要求发射装置跟接收装置之间的光线不能被阻隔,另外,它要求在一个建筑内布置一个有线的网络以进行数据的传输。 超声波机制与红外线机制的区别就是把红外线换成了超声波。但是,由于目前超声波装置结构比较复杂,使得它的成本过高,目前还很难让大多数用户接受。RFID定位的典型系统是LANDMARC(Location identification based on dynamic active RFID calibra-tion)[4],它使用tags和r eaders来实现定位。这一系统的精确度随着所部署的tag的密度的增加而增加。但是部署太多的ta g是不实际的。 收稿日期:2009-02-10 作者简介:房淑芬(1965-),女,副教授,本科,研究方向为电子测量技术。 — 102 —

基于Zigbee无线定位技术研究毕业论文

基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要： 随着现代通信技术和无线网络的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室环境，但是受定位时间、定位精度以及复杂室环境等条件的限制，比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室无线定位技术，它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中，硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心，该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求，是一个低成本、易实现的系统。 关键词：ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK

The Research Wireless localization Based on ZigBee Teacher：liu zhi (Changchun university of science and technology of electronic information engineering institute,060412225 wang meng) Abstract： With the rapid development of modern communication technology and wireless network,people's demand for positioning and navigation is increasing. Especially in complex indoor environments, but as the limitation of positioning time, positioning accuracy as well as the complexity of the indoor environment conditions, well-positioning technology is still unable to be used in an encloseure space. The combination of ZigBee technology and localization is one of the key researches. This paper, aiming at ZigBee network, investigates the indoor wireless location techniques and implements a real-time localization system. This paper achieves a localization system. three parts are included. They are hardware platform, communication program of nodes and PC monitor software. The achievement of every part is clear introduced in this paper. The core of hardware platform is CC2430 which is integrated by RF and 51 MCU, the localization nodes are designed and made. It includes RF module, auxiliary module and function indication circuits. In the end, practical test is implemented. This system is confirmed to be a

基于Zigbee无线定位技术研究

基于Zigbee无线定位技术研究

基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要： 随着现代通信技术和无线网络的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室内无线定位技术，它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中，硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心，该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求，是一个低成本、易实现的系统。 关键词：ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK

The Research Wireless localization Based on ZigBee Teacher：liu zhi (Changchun university of science and technology of electronic information engineering institute,060412225 wang meng) Abstract： With the rapid development of modern communication technology and wireless network,people's demand for positioning and navigation is increasing. Especially in complex indoor environments, but as the limitation of

基于Zigbee的无线定位系统

创新创业训练计划 项目结题报告 项目编号： 项目名称：智能搜狗 项目级别： 项目负责人： 项目类型： 创新训练 创业训练 创业实践指导教师： 所在学部学院： 教务处制

大连理工大学大学生创新创业训练计划 项目原创性声明 本人郑重声明：所呈交的项目结题报告以及所完成的作品实物等相关成果，是本人和项目组其他成员独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，不侵犯任何第三方的知识产权或其他权利。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 项目负责人签名： 年月日 项目指导教师审核签名： 年月日

智能搜狗Intelligent Searching

摘要 今年来，随着人们生活水平的提高，人们对日常生活中一些重要的物品或者是家里养的宠物等可移动事物的实时位置尤为关心，希望随时随地都能知道其具体方位，但是现有的GPS技术还未全面普及，价格依然很昂贵，所以，本项目着重研究利用低成本硬件设备实现实时定位的功能，将无线定位技术带入人们生活的方方面面。 通过前期的调查研究，我们发现现在市场上的定位装置价格普遍昂贵，而且功耗较高，本项目利用ZIGBEE模块的低成本、低功耗的特点很好的解决了这些问题。 关键词：无线定位；ZIGBEE

Abstract In recent years,with the development of people’s living standard,people place more attention on the real-time position of something important or mobilizable at home like pets,they want it to be capable that they can attain the specific position of the object at anytime and anywhere.But the GPS has not been popularized,and the price is still very high.Therefore,our project is to do some research to find how to achieve real-time positioning with low-cost hardware,and bring wireless positioning technology into people’s daily life. According to the early investigation,we found that the positioning devices in the market are generally very expensive and have high consumption of energy.Our project is to use the low-cost ZIGBEE module with low power consumption to solve these problems. Key Words：Wireless Positioning;ZIGBEE

无线定位技术对比RFID UWB ZIGBEE

RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传 递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。一般是基于RSSI来进行区域性感知，目前，RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。RFID系统的工作原理： RFID 读卡器 针对监狱系统的特殊情况，我们采用的RFID 阅读器的工作模式为“被动式”，正常工作时阅读器处于接收状态，实时接收电子标签发出的信号，并将接收到的数据转送到后台管理系统中。在可视环境下，最大识别距离（通讯距离）可以达到80米。在具体应用中与无源标签相比较，超长的识别距离具有非常大的优势。当用户对识别距离的长短有不同要求，或应用环境比较复杂时，可以通过设置阅读器上的衰减开关来调节并设定识别距离。 RFID 有源定位标签 采用“主动（active）方式“进行工作，主动发射信号给阅读器。 该方式工作时消耗的能量相对比较高，因此，我们在标签内部增加了高能电池，用来为标签提供能量。标准环境下，电池提供的能量可以保证标签连续工作1年左右。工作频率标签工作频率范围是2.4GHz ～ 2.485GHz，属于微波频段。目前，小功率设备可以自由使用该频段进行工作，不需要向管理部门申请和缴付任何费用。

超宽带(UWB)是射频应用技术领域的一项重大突破。Ubisense 公司利用该技术构建了革命性的实时定位系统(RTLS)，该系统能够在传统的挑战性应用环境中达到较高的定位精度，并具有很好的稳定性；而诸如RFID、WiFi等技术并不能完成该类应用。超带宽（UWB）是射频应用技术领域的一项重大突破，改系统能够在传统环境中达到较高的定位精度，并具有很好的稳定性，创造了RTLS领域的新格局。 1，UWB与其他定位技术的优势 射频技术发展趋势 以往基于场强信号和信号质量技术来定位的RFID,WIFI,ZIGBEE等传统定位技术，定位精度往往不能令人满意，UWB定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白。 定位传感器 它包含一个天线阵列，以及UWB 信号接收器；可以通过检测定位标签发出的UWB 信号，来计算该标签的实际位置。在工作过程中，每个传感器独立测定UWB 信号的方向角和仰角(AOA)；而到达时间差信息(TDOA)则必须由一对传感器来测定，而且这两个传感器均部署了时间同步线；这种独特的AOA、TDOA相结合的测量技术，可以构建灵活而强大的定位系统。目前Ubisense 单个传感器能测得较为准确的标签位置；而通过两个传感器的接收信号能测定更为精密的3D 信息；传感器的这种特性大大降低了系统部署的硬件开销，显著改善了系统的稳定性与可靠性。 定位标签