【正文】 ...................... 13 光照強(qiáng)度傳感器 ....................................................................................... 14 電壓電流檢測(cè)及保護(hù) ............................................................................... 15 RS485 通訊模塊 ................................................................................................... 15 LCD 液晶顯示模塊 .............................................................................................. 16 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................... 18 ZigBee 無線通訊協(xié)議 .......................................................................................... 18 溫濕度傳感器程序 .............................................................................................. 19 煙霧傳感器程序 .................................................................................................. 20 電壓電流檢測(cè)及程序 .......................................................................................... 20 第 6 章 系統(tǒng)性能測(cè)試與評(píng)述 ............................................. 22 硬件測(cè)試 .............................................................................................................. 22 軟件測(cè)試 .............................................................................................................. 22 總 結(jié) ................................................................. 23 致 謝 ................................................................. 24 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 IV 頁(yè) 參考文獻(xiàn) .............................................................. 25 附 錄 ................................................................. 26 附件 A 系統(tǒng)原理圖 .................................................................................................... 26 附件 B 系統(tǒng)程序 ........................................................................................................ 27 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 第 1 章 緒 論 本文研究背景與意義 千百年來，人類都在關(guān)注著自身的生活和居住條件，并努力改善和提高之。由于人們又了這種想法，由此智能家居系統(tǒng)也就越來越多的被人們所重視了。 本文研究設(shè)計(jì)了一種智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)為用戶提供可靠并且全面的環(huán)境信息。在這個(gè)系統(tǒng)中，人們可以獲得實(shí)時(shí)的居住環(huán)境信息，如溫度和濕度、各種有害氣體的濃度、光照強(qiáng)度、火災(zāi)信息等。因此，智能家居系統(tǒng)為用戶提供了安全、舒適、便捷生活的環(huán)境，從而使環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)成為了智能家居系統(tǒng)的一個(gè)非常重要關(guān)鍵部分與基本環(huán)節(jié)，能否擁有一個(gè)好的智能家居系統(tǒng)的關(guān) 鍵在于能否設(shè)計(jì)出好環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，這對(duì)改善人們生活環(huán)境的舒適度 有非常重要的意義。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的精確性、全面性并且方便使用，本文的環(huán)境監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)應(yīng)具有以下各種特點(diǎn)： (1)多對(duì)象監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)多種環(huán)境信息，如：溫濕度、有害氣體 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 濃度、光照強(qiáng)度等。 (2)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在不同地點(diǎn)和不同時(shí)間分別進(jìn)行測(cè)量，這是因?yàn)榄h(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時(shí)間和空間上分布不具有均勻性，由此實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的全面性和高精度性，甚至有時(shí)需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和 我們生活質(zhì)量的提高，智能家居的智能化要求也是愈來愈高，智能家居亦成了近幾年來學(xué)者們的一個(gè)研究熱點(diǎn)。國(guó)際上的家庭智能化系統(tǒng)已經(jīng)形成集中以有線為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，包括有：美國(guó)的 X— 10 CEBus、歐洲的 EIB、日本的 HBS等。近些年來，在各個(gè)大公司和媒體的大力宣傳下，我國(guó)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)開始起步，已經(jīng)有一些前瞻性很強(qiáng)的公司 在從事此類系統(tǒng)的開發(fā)。雖然現(xiàn)在的各種有線技術(shù)亦能夠?qū)Νh(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)與處理，讓各種監(jiān)測(cè)設(shè)備之間進(jìn)行連接通信。 (1)系統(tǒng)布線麻煩。在安裝系統(tǒng)時(shí)，需要安裝 大量的線纜，家居裝修建材等，特別是當(dāng)用戶要需要增加節(jié)點(diǎn)以增加系統(tǒng)功能時(shí)，更是要重新對(duì)其進(jìn)行布線。增加或減少新的監(jiān)測(cè)對(duì)象必將要求系統(tǒng)具有良好的軟件與硬件擴(kuò)展性。 (4)移動(dòng)性較差。 典型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間 [3]。 ZigBee 聯(lián)盟則于 2020 年成立，而在 2020 年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟 ZigBee 技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為 ZigBee 的新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。 WiFi 技術(shù) WiFi，是由一個(gè)名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（ Wireless Ether Compatibility Alliance, WECA）的組 織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語，中文翻譯為“無線相容認(rèn)證”。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，其速度在目前看來較慢，現(xiàn)逐漸退出市場(chǎng)主流。這個(gè)訪問節(jié)點(diǎn)通過無線信號(hào)將信息傳到互聯(lián)網(wǎng)上，一般覆蓋到 200 米以內(nèi)。 藍(lán)牙技術(shù) 愛立信公司制定了初始的藍(lán)牙技術(shù)，此技術(shù)一開始是愛立信公司在 1994 年的一個(gè)研究移動(dòng)電話和其他配件期間進(jìn)行的低功耗、低成本的無線通信連接方法的方案。 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新 本文主要研究?jī)?nèi)容 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的迅猛發(fā)展，人們的生 活水準(zhǔn)越來提高，日常家居的環(huán)境更受到了人們的關(guān)注。這就要求有各種有害氣體監(jiān)測(cè)功能的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介入，為我們營(yíng)造一個(gè)安全健康的家居環(huán)境。主要介紹了 ZigBee 協(xié)議中各個(gè)部分的組成和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)各層中的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析； (2)本文以無線傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以 ZigBee 技術(shù)紐帶，詳細(xì)設(shè)計(jì)出的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的兩種節(jié)點(diǎn) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（控制中心）和傳感器節(jié)點(diǎn)。 本文主要研究創(chuàng)新點(diǎn) 本文利用 ZigBee 技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)無線系統(tǒng)的組網(wǎng)，可以為家居環(huán)境提供多地點(diǎn)、多對(duì)象的監(jiān)測(cè)，由于 ZigBee 技術(shù)的自組網(wǎng)性，在增加或減少監(jiān)測(cè)終端時(shí)系統(tǒng)靈活性較大。終端通過顯示器及數(shù)據(jù)上傳到智 能家居系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示并控制空氣凈化器等為家居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)健康家居。這一名稱來源于蜜蜂的一種名叫 ZigBee 的舞蹈，由于通過持續(xù)不斷地跳這種舞蹈來實(shí)現(xiàn)對(duì)新發(fā)現(xiàn)的食物或其他信息的傳遞，換句話說蜜蜂是依靠這樣的通信方式來實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)個(gè)體則是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。受蜜蜂的這種特殊的通信方式的啟發(fā)， ZigBee 技術(shù)的研究也主要是在低速率、低功耗通信領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，亦可以低成本地嵌入各種設(shè)備中組成龐大的網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee 技術(shù)介紹 ZigBee 技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間。 ZigBee 聯(lián)盟則于 2020 年成立，而在 2020 年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟 ZigBee 技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為“ ZigBee”的新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，而在 2020 年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。 ZigBee 聯(lián)盟負(fù)責(zé)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)層及以上的協(xié)議。ZigBee 使用的是 波段，采用了跳頻技術(shù)，這和藍(lán)牙技術(shù)相似，可以說是同族兄弟了。 ZigBee 的基本速率是，傳輸半徑可擴(kuò)大到 400 米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標(biāo)、鍵盤等電腦周邊產(chǎn)品和家庭自動(dòng)化儀器等低速率應(yīng)用時(shí)可以比藍(lán)牙做地更好，人們 更希望能在無線玩具、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 領(lǐng)域拓展 ZigBee 的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則以 ZigBee 協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行通信，與各種傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。其設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)自己組織性能使網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在無需人工干預(yù)的情況下自己組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，當(dāng)添加或去除網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其余節(jié)點(diǎn)可以自行尋找其他節(jié)點(diǎn)替代中轉(zhuǎn)信息，具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自愈能力 ； (2)成本低。 (3)功耗低。每個(gè) ZigBee 設(shè)備可以與另外 254 臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連接，而加入路由節(jié)點(diǎn)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可容納多達(dá) 65000 多個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)； (5) 數(shù)據(jù)傳輸速率低。使用的頻段中 全世界通用，歐洲使用 868MHz，美國(guó)則使用 915MHz 頻段，但這些均是免申請(qǐng)頻段，可以直接使用； (7)網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短。他們的功能分別如下。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立并且管理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)信息并且不斷地接收下級(jí)節(jié)點(diǎn)所發(fā)來的信息。 （ 3） ZigBee 終端設(shè)備：其一般的簡(jiǎn)化的功能設(shè)備。在 ZigBee 協(xié)議規(guī)范中，組網(wǎng)時(shí)有三種網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇：星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和簇樹型結(jié)構(gòu)，圖 所示。 ZigBee 協(xié)議分析 ZigBee 聯(lián)盟在 協(xié)議基礎(chǔ)之上， 規(guī)定了 ZigBee 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是確保正常工作，同時(shí)定義了一些必須的函數(shù)，并且為應(yīng)用層提供適合的服務(wù)接口。 應(yīng)用層主要由用戶根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行自我開發(fā)，用以維持節(jié)點(diǎn)的各種功能，發(fā)現(xiàn)此節(jié)點(diǎn)工作空間范圍內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的工作，再根據(jù)服務(wù)的需求為各個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)提供通信服務(wù)。 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 第 3 章 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案 本文的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，得以實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而間接地為用戶創(chuàng)造一個(gè)健康的，適宜居的，舒適的家居環(huán)境。其中，傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線技 術(shù)與協(xié)調(diào)器進(jìn)行信息的交換；協(xié)調(diào)器則通過串口 進(jìn)行相連通信。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)的是環(huán)境信息的采集與發(fā)送，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)的是網(wǎng)絡(luò)的建立、終端節(jié)點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)處理和對(duì) PC 端的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域較大時(shí)，可用增加傳感器節(jié)點(diǎn)的方法來保證網(wǎng)絡(luò)的連通性，相反區(qū)域較小時(shí)可以根據(jù)情況減少路由器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置以節(jié)省系統(tǒng)資源，降低成本。 系統(tǒng)功能定義 本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)主要檢測(cè)家庭環(huán)境中以下一些環(huán)境參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的全面監(jiān)測(cè)，從而為用戶的準(zhǔn)確決策提供參考。 （ 1）溫度濕度 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）