【導讀】智能家居系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。智能家居系統(tǒng)能夠為人類提供更加輕松、有序、高效。的現(xiàn)代化生活方式，是未來居住模式的必然發(fā)展趨勢。因此，智能家居系統(tǒng)逐漸成。為一個新興的研究領域。網絡組建智能家居網絡，對智能家居網絡進行了設計與實現(xiàn)。絡控制，并最后完成了實現(xiàn)。以及設計微處理器控制模塊，通信模塊、檢測模塊等硬件。智能家居是一個居住環(huán)境，是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為智能家居集成。由于智能家居采用的技術標準與協(xié)。輸任務，因此網絡通信技術是智能家居集成中關鍵的技術之一。自動控制技術是智能家居系統(tǒng)中必。智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭。來最大程度的高效、便利、舒適與安全。并且至少選裝了一種及以上的可選系統(tǒng)的智能家居才能稱為智能家居[3]。燃氣泄露報警、碎玻探測報警、紅外微波探測報警等。自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化概念。

　　

【正文】 7， 8， 14 是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。 至于使用地方，那就是你需要比較器和運算放大器的所有地方你都可以用，我們提到的設計就是把它當做簡單的比較器來使用。結構引腳如圖 24 所示。 圖 24LM324 結構引腳圖 本章小結 針對智能家居系統(tǒng)的特點和發(fā)展趨勢，本章首先介紹了系統(tǒng)組成，并對系統(tǒng)各個部分進行了簡要的介紹，隨后給出了系統(tǒng)設計原則。接著主要對基于Zigbee 的智能家居網絡進行了研究，介紹了 Zigbee 網絡設備類型以及目前三種網絡拓撲結構。最后給出了硬件部分的設計思路，并且分析了所用到的主要芯片。 25 第三章 硬件設計 硬件設計包括了上文提到的信息檢測模塊、家居控制模塊和電源管理模塊，以搭配 ZigBee 模塊舉起智能家居的硬件網絡，并要有硬件方面單獨的檢測。 硬件原理圖 紅外檢測模塊 原理圖如圖 31 所示。 圖 31 紅外檢測電路原理圖 工作原理： 如圖 32 所示，當紅外對管發(fā)射并接收紅外線的時候，電路接通，比較器＋端相當于直接接地，即 0V 電壓，－端輸出為調整好的 ２ .５ V 電壓，故比較器 OUT 端輸出低電平。當有物體阻隔紅外線的時候，紅外對管的接收管阻隔斷開，比較器＋ 26 端接入 VCC，即５ V 電壓，故比較器 OUT 端輸出高電平，產生檢測信號。接入 ZigBee紅外檢測模塊的 口。 實物圖如圖 32 所示。 圖 32 紅外檢測模塊實物圖 光照檢測模塊 原理圖如圖 33 所示。 27 圖 33 光照檢測電路原理圖 工作原理： 光敏電阻在有光照的情況下，呈現(xiàn)極小的的電阻，可以看做沒有電阻。電路在白天工作的時候，光照在光敏電阻上，如圖所示比較器的－端的電壓會是５ V，而＋端顯示固定的 ，故比較器輸出低電平。當電路在黑暗的情況下工作時，與上面相反，－端的電壓這個時候由于光敏電阻的阻值近似無限大，所以輸出近似 0V的電壓，＋端依舊是 ，所以電路的 OUT 端輸出高電平，產生檢測信號。正常工作的時候是在無光照的情況下產生并發(fā)送一個高電平。實物圖如圖 34 所示。 28 圖 34 光照檢測模塊實物圖 溫度檢測模塊 原理圖如圖 35 所示。 圖 35 溫度檢測電路原理圖 29 工作原理： DS18B20 作為應用很廣的溫度傳感器，設計電路的時候不需要外加其他的元器件，以串行通信的方式將采集到的溫度信息傳送到 ZigBee 模塊上，接入模塊的 口。實物圖如圖 36 所示。 圖 36 溫度檢測模塊實物圖 電源管理模塊 原理圖如圖 37 所示。 30 圖 37 5V電源原理圖 工作原理： 220V 的交流電先經過線圈的變壓作用，把其轉變?yōu)?5V 左右的交 流電，在經過橋式整流電路，使其轉變?yōu)?5V 的直流電。后續(xù)電路經過濾波，穩(wěn)壓，最后在輸出端輸出穩(wěn)定的 5V 電壓，可作為設計需求的電源使用。實物圖如圖 3８所示。 圖 3８ 5V電源實物圖 電器控制 模塊 31 原理圖如圖 39 所示。 圖 39 電器控制電路原理圖 工作原理： 利用簡單的繼電器來控制居家電器。兩個繼電器的直流端，一端接入固定的 電壓，另一端接在輸出端口上。電路正常工作的時候，兩個輸出端口都是 ，故不會產生電壓差，沒有信號輸出。滿足條件以后，輸出端口產生持續(xù)的低電平，控制電路即產生 壓降，形成回路，啟動繼電器以及警報燈工作。實物圖如圖 310所示。 32 圖 310 電器控制模塊實物圖 本章小結 本段主要給出了硬件的幾個模塊的設計，電路原理圖，電路實物圖還有其工作原理，都是硬件設計相當重要的工作。 33 第四章 聯(lián)調測試 本章對于做出來的實物電路進行測試，也對軟硬件進行聯(lián)合調試，是設計的最關鍵步驟。 硬件獨立測試 電源模塊的測試 經過萬用表的測試，輸出的直流電壓穩(wěn)定在 5V 左右，達到預期要求，檢測合格。 紅外檢測電路的測試 按照原理圖， 有物體阻擋住紅外線的時候會往輸出端產生一個高電平，我在輸出口并聯(lián)了一個發(fā)光管，以方便檢測，發(fā)光管亮即說明有高電平輸出。有物體阻擋時的工作電路如圖 41 所示。 圖 41 紅外檢測模塊檢測圖 34 光照檢測電路的測試 按照電路原理，在光線不是很強的情況下，光照檢測電路會產生一個高電平。同上也采用了一個發(fā)光管方便檢測。光線暗時的工作電路如圖 42 所示。 圖 42 光照檢測電路的測試 溫度檢測電路的測試 此步驟放在聯(lián)合調試中執(zhí)行。 電器控制電路的測試 按照電路原理，輸出的一個持續(xù) 的高電平會啟動繼電器工作，從而接通工作段的家居電器。同上安裝了檢測使用的發(fā)光管，當有持續(xù)的高電平的輸入時，發(fā)光管發(fā)亮，同時繼電器發(fā)出“吧嗒”的聲音，表示線圈吸合斷開。工作電路的測試圖如圖 43 所示。 35 圖 43 電器控制電路的測試 智能家居系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合測試 連接好外部電路， DS18B20 的三個引腳，對應接到一個終端模塊 P2 區(qū)的 VDD，GND 和 P00 引腳上，紅外報警模塊信號腳接到另一個終端模塊 P2 區(qū)的 P07 口。檢測模塊接到協(xié)調器模塊的 P1 區(qū)的 P11 口和 P14 口，如圖 44 所 示。 36 圖 44 檢測 模塊實物連接圖 通上電，依次按下協(xié)調器和兩個終端節(jié)點的電源按鈕，分別按下三個模塊的中間鍵，然后按下 SW2 鍵，三個模塊之間開始通信，如圖 45 所示。 圖 45 協(xié)調器建網和終端節(jié)點入網圖 37 當溫度達到 40℃以上時，檢測模塊上的 LED 燈點亮，電路導通，如圖 46 所示。 圖 46 溫控模塊實現(xiàn)實物圖 當手指通過紅外對管，檢測模塊上的 LED 點亮，以示警報，如圖 47 所示。 圖 47 紅外報警模塊實現(xiàn)實物圖 本章小結 本段先是給出了硬件方面的自我檢測，檢測表明硬件電路的完好性，后來便是本次設計的重 中之重，軟硬件的聯(lián)合調試。由于一開始我們就有很好的溝通，所以聯(lián)合調試還算 38 比較順利。 39 第五章 總結 已實現(xiàn)的功能 硬件設計方面包括電源模塊， 紅外報警模塊，光照監(jiān)測模塊以及溫度檢測模塊，均達到預期的設計指標，滿足系統(tǒng)的要求。 電源模塊輸出所需的 5V 電壓； 紅外報警模塊在觸碰后能輸出高電平； 光照監(jiān)測模塊在暗處能點亮 LED； 溫度檢測模塊能檢測溫度。 軟件設計方面實現(xiàn) 了 ZigBee 模塊之間的無線通信。在紅外報警模塊輸出高電平到 ZigBee 模塊時，能從 口輸出低電平，使 LED 燈 發(fā)亮。在溫度控制模塊發(fā)送溫度給 ZigBee 模塊，能從 口輸出低點品，使 LED 燈發(fā)亮 。 存在的不足 雖然系統(tǒng)實現(xiàn)了上述功能，但是整個智能家居系統(tǒng)可不僅僅只有這兩個功能，比如說門迎、煤氣檢測等都還沒有實現(xiàn)。還有溫控模塊，沒能實現(xiàn)溫度控制開關的目標。 未來展望 基于 ZigBee 無線通信技術的智能家居系統(tǒng)是一個功能強大，性能優(yōu)越的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能克服現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)中普遍存在的問題，但對于智能家居系統(tǒng)的整體實現(xiàn)與應用以及智能家居這項領域的普及來說，還有許多地方需要改進和擴展。 [16] Zigbee 無線通信技術作為一門新興的技術，其本身還在不斷完善中， Zigbee 聯(lián)盟負責物理層和 MAC 層協(xié)議以上的部分，其標準也在不斷改進更新中，今后協(xié)議棧方面還需緊跟 Zigbee 聯(lián)盟公布的標準并加以實現(xiàn)； Zigbee 硬件模塊也在不斷完善中， CC2420 是一款符合 IEEE 規(guī)范的 GHz 射頻芯片，但其本身也有許多局限性，未來的工作應采用更先進的 Zigbee 模塊，在降低功耗，增加通信距離，降低系統(tǒng)成本等方面得到提高； 智能家居是一個龐大復雜的系統(tǒng)，其包括網絡部分，也包括控制部分。今后 應 40 在實際環(huán)境中，網絡部分應與智能家居系統(tǒng)其他部分共同進行系統(tǒng)調試，以達到實際的需求。 本章小結 本段總結了本次任務設計，達到了什么要求，有哪些方面的不足，哪些模塊沒有調試出來，最后給出了對未來的展望。 41 參考文獻 [1] 智能家居的定義及簡介 [EB/OL]． [2] 林新霞 , 郭建輝．傳感器技術發(fā)展與前景展望 [J]．工業(yè)儀表與自動化裝置 , 2020，(02)． 107111． [3] 智 能家居的子系統(tǒng) [EB/OL]． 8． [4] 智能家居未來發(fā)展的趨勢 [EB/OL] ． /xinwen/shichangdong tai/． [5] 胡咸斌 ． ZigBee 技術及應用 [M]． 北京 ： 北京航空航天大學出版社 ， 2020． [6] 無線網絡技術的定義 [EB/OL]． [7] 無線網絡技術的 常見的幾個標準 [EB/OL]． /． [8] 李文仲 ， 段朝玉 ． ZigBee 無線網絡技術入門與實戰(zhàn) [M]． 北京航空航天大學出版社 ， 2020． [9] 潘恒曦 , 辛旺 , 范蟠果 ． Zigbee 在無線傳感器網絡中的應用 [J]． 機械與電子 ， 2020， (S1)：8790． [10] 崔文華． ZigBee 協(xié)議棧的研究與實現(xiàn) [D]．華東師范大學， 2020． [11] 房晶 , 吳昊 , 白松林 ． 嵌入式無線傳感器網絡節(jié)點與通信平臺的構建 [J]． 中國科技論文 在線 ， 2020， (01)： 2530． [12] 王文光，劉士興，謝武軍 ． 無線傳感器網絡概述 [J]． 合肥工業(yè)大學學報 (自然科學版 )，2020， (09)： 14171419． [13] CC2430 芯片的 IO 端 口 以 及 引 腳 功 能 [EB/OL] ． /． [14] DS18B20 溫度傳感器的概述 [EB/OL]． ． [15] LM324 集成放大器的概述 [EB/OL]． 1459 .html． [16] 馬晶晶． Zigbee 無線通信技術在智能家居中的應用研究 [D]．武漢理工大學， 2020． 42 致謝 在論文完成之際，我衷心的感謝我的指導師儲忠老師，感謝他幾個月年來對我的悉心指導和無微不至的關懷，感謝老師給我的幫助。論文的順利完成，與儲老師的耐心指導和中肯建議是分不開的。儲老師對我這幾個月的教導使我受益匪淺，在此獻上我最深的謝意與感激。 在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教 等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 在此，也要感謝我的同學們，是他們的好建議帶給我們一次次的驚喜，也要感謝同組的同學，江曉波，我們通過這次畢業(yè)設計明白了分工合作，團隊合作的重要性，對我們今后的道路受益匪淺。 李方舟 2020 年 5 月于 合肥學院