基于LabVIEW与ZigBee技术的智能家居系统设计与实现

ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｎｄ ｔｏ ＺｉｇＢｅｅ ｓｍｏｏｔｈｌｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎｅｔ．Ｃｏｎｖｅｒｓｅｌｙ，ｉｔ
Ｃａｎ ａｌｓｏ ｕｐｌｏａｄ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｉｍａｇｅｓ ｔｏ ｒｅｌｅｖａｎｔ ＬａｂＶｌＥＷ ｍｏｄｕｌｅ ｗｈｉｃｈ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ．Ｉｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｆｏｒ ｕｓｅｒｓ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｄｏｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＬａｂＶＩＥＷ ｐｒｏｇｒａｍｓ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｖａｒｉｅｔｙ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｍａｒｔ Ｈｏｍｅ，ＬａｂＶＩＥＷ，ＡＲＭ，Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｌｉｎｕｘ，ＺｉｇＢｅｅ
ＶＩ
江苏大学硕士学位论文
目录
摘 要……………………………………………………………………ｊ…………Ｖ
Ａ】ｊ；ＳＴＲＡＣＴ…．…．……．……．…．…．．………．．…．．………．．……．…．…．．…．．…．．………．…．．…．…．…．．ＶＩ 第一章绪 论………………………………………………………………………１
论文内容主要包括三个方面：１、下位机ＺｉｇＢｅｅ网络主要负责将各个ＺｉｇＢｅｅ终 端节点组成星型网络，各个终端节点对室内温湿度、一氧化碳浓度进行监测以及对灯 具与排风扇等家用设备的开启与关闭进行操控；２、上位机ＬａｂＶＩＥＷ与智能家居网 关实现ＴＣＰ／ＩＰ通信，以ＡＲＭ为开发平台运行图像采集程序以及与ＺｉｇＢｅｅ协调器的 信息交互程序。３、以此为基础，利用ＬａｂＶＩＥＷ开发网页控制程序，使得来自网络 的控制信息能够顺利的转发到ＺｉｇＢｅｅ协调器，反之，也可将摄像头获取的实时图像， 上传到ＬａｂＶＩＥＷ对应的显示模块，方便用户实时监控室内环境。同时ＬａｂＶＩＥＷ程 序添加了多种遥控器功能。
本课题将ＬａｂＶＩＥＷ与ＡＲＭ相融合应用于智能家居系统，为从另一个角度开发 智能家居系统做了初步探索。组织了三个ＺｉｇＢｅｅ终端节点，并对信号的正确性及延 时性做了测试，为未来将ＬａｂＶＩＥＷ与ＡＲＭ应用到智能家居中打下了基础。
关键词：智能家居，ＬａｂＶＩＥＷ，ＡＲＭ，嵌入式Ｌｉｎｕｘ，ＺｉｇＢｅｅ
ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｂｕｉｄｉｎｇ ｓｔａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ ｎｏｄｅｓ．Ｅａｃｈ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｎｏｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｓ ｉｎｄｏｏｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ，ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｍｏｎｏｘｉｄｅ，ｏｐｅｒａｔｅｓ ｌａｍｐｓ，ｅｘｈａｕｓｔ ｆａｎ ａｎｄ
１．１引言………………………………………………………………………………１ １．２智能家居系统发展现状……………………………………………………．１ １．３智能家居的设计原则………………………………………………………．３ １．４课题来源和主要研究内容…………………………………………………．３ １．５论文结构安排………………………………………………………………．４ 第二章智能家居整体设计方案……………………………………………………．６ ２．１智能家居需求分析…………………………………………………………．６ ２．２智能家居系统整体设计……………………………………………………．６ ２．３网关模块结构设计…………………………………………………………．７ ２．４ ＺｉｇＢｅｅ模块结构设计………………………………………………………．９ ２．５图像处理模块结构设计……………………………………………………．９ ２．６本章小结……………………………………………………………………１ １ 第三章智能家居网关硬件设计……………………………………………………１２ ３．１网关底板电路设计…………………………………………………………１２
３．１．１电源电路……………………………………………………………．１２ ３．１．２复位电路……………………………………………………………．１４ ３．１．３串行口电路……………………………………………………………………………．．１ ５ ３．１．４ ＵＳＢ接口电路………………………………………………………．１６ ３．１．５网络模块电路………………………………………………………．１６ ３．１．６ ＪＴＡＧ接口电路…………………………………………………………………………１７ ３．２ ＺｉｇＢｅｅ电路设计……………………………………………………………１ ８ ３．２．１ ＣＣ２５３０接口电路……………………………………………………………………１８ ３．２．２ ＺｉｇＢｅｅ模块电源电路………………………………………………．１９
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江苏大学硕士学位论文
摘要
智能家居是一种以家庭住宅为基础，利用有线或无线网络平台，促进居住环境和 谐化，实现人与自然和谐的居住系统。智能家居系统主要包括综合布线系统、安全防 御系统、背景音乐系统、灯光及窗帘控制系统、空调系统，整个系统可实现信息的采 集、信息输入／输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。与传统的家居系统相 比，更强调利用新技术实现人与自然和谐相处。
ｏｔｈｅｒ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ ｏｐｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｉｎｇ．２ ＬａｂＶＩＥＷ ｏｎ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ
ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｈｏｍｅ ｇａｔｅｗａｙ ｒｅａｌｉｚｅ ＴＣＰ／ＩＰ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｅｒｉａｌ ｃａｍｅｒａ
本课题将ＬａｂＶＩＥＷ、ＡＲＭ及ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术三者相结合，以ＡＲＭ处理 器为核心建立一个家庭智能网关服务平台。通过此智能网关将基于ＬａｂＶＩＥＷ上位机 的控制系统与家庭内ＺｉｇＢｅｅ无线星型网络相通信，使得远程ＰＣ可对室内环境的监 测或对家电的控制，以随时掌握室内情况。利用ＺｉｇＢｅｅ无线网络避免了繁琐的布线 问题，以及添加或删除节点的不便等问题。
ｇａｔｅｗａｙ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ＡＲＭ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｉｓ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｉｓ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ
ｇａｔｅｗａｙ，ｗｅ ｃｏｎｎｅｃｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｔａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ｈｏｕｓｅ，
ｗｉｒｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｏｒ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｎｏｄｅｓ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ． Ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ａｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｅｎｔ：１．Ｓｌａｖｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＺｉｇＢｅｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ
ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｆａｍｉｌｙ ｃｉｎｅｍａ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｌｉｎｋａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｎｉｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ． Ｉｔ Ｌａｙｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ＬａｂＶｌＥＷ ａｎｄ ＡＲＭ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．
ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．
ＡＲＭ Ｔｈｉｓ ｔｏｐｉｃ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ＬａｂＶＩＥＷ ｗｉｔｈ
ａｎｄ ａｐｐｌｙ ｔｏ Ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ，ｇｉｖｉｎｇ ａ
ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｉｎ ａｎｏｔｈｅｒ ｗａｙ．Ｔｈｒｅｅ ＺｉｇＢｅｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ
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ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｗｅ ｄｅｖｅｌｏｐ ｗｅｂ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ，
ｒｕｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ＴＣＰ／ＩＰ ａｎｇ ｓｅｒｉａｌ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｎ ＡＲＭ，ｔｏ ｍａｋｅ ｗｅｂ ｃｏｎｔｒｏｌ
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基于ＬａｂＶＩＥＷ与ＺｉｇＢｅｅ技术的智能家居系统设计与实现 ＡＢＳＴＲＡＣ Ｔ
Ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｌｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｍｉｌｙ ｈｏｕｓｅ，ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｗｉｒｅ
ｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ ｌｉｖｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｃｈｉｅｖｉｎｇ
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基于ＬａｂＶＩＥＷ与ＺｉｇＢｅｅ技术的智能家居系统设计与实现
３．３传感器及继电器模块电路…………………………………………………２０ ３．３．１温湿度检测模块电路………………………………………………．２０ ３．３．２一氧化碳浓度检测模块电路………………………………………．２１ ３．３．３图像传感器模块电路………………………………………………．２２ ３．３．４继电器模块电路……………………………………………………．２３
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｍｏｒｅ ｅｍｐｈａｓｉｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｏｎ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｈａｒｍｏｎｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｒ／ａｎｄ ｎａｔｕｒｅ．
Ｔｈｉｓ ｔｏｐｉｃ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ＡＲＭ，ＬａｂＶＩＥＷ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａ ｆａｍｉｌｙ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ
指导教师
赵丕堕麴撞
作者姓名
奎造
申请学位级别 亟±
专业名称壅些电氢丝生自动丝
论文提交日期２Ｑ！三生§旦 论文答辩日期２Ｑ！三生鱼旦
学位授予单位和日期
江菱太堂２Ｑｌ三生鱼旦
答辩委员会主席 评阅人
独创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，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，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
分类号 ＴＰ２３
ＵＤＣ
６２１．３９６
编号！Ｑ２窆窆墨！鲤２１Ｑ量
＠江薄大擎
硕士学位论文
基于ＬａｂＶＩＥＷ与ＺｉｇＢｅｅ技术的 智能家居系统设计与实现
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｍａｒｔ Ｈｏｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＬａｂＶＩＥＷ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｈａｒｍｏｎｙ ｏｆ ｍａｎ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，
ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ，ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｍｕｓｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ｌｉｇｈｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｕｒｔａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，
ｕｓｉｎｇ ｒｅｍｏｔｅ ＰＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ ｔｏ ｇｒａｓＰ ｉｎｄｏｏｒ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ａｔ ａｎｙ ｔｉｍｅ．Ｕｓｉｎｇ ＺｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｕｍｂｅｒｓｏｍｅ
26本章小结本章首先分析了智能家居系统最实用的功能然后结合给出的功能需求提出了智能家居系统的整体设计方案最后分别给出了网关模块zigbee模块以及图像采集与处理模块的相应设计方案基于labview与zigbee技术的智能家居系统设计与实现第三章智能家居网关硬件设计智能家居网关的硬件模块分为arm核心板模块和载有外围电路的底板模块两部分由于网关采用的是samsung公司的3c2440微处理器该芯片采用fbga封装因此pcb板需要6层实现本课题采用核心板加外围电路的设计方式针对网关外围电路的设计与实现包括电源电路复位电路串行口电路usb接口电路网络接口电路cc2530接口电路zigbee模块电源电路以及各种传感器模块电路和继电器模块电路