基于ZigBee的智能开关控制系统的应用与设计
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!"#$%% 技术概述
低速率、 低功耗无线网络技术， !"#$%% 是一种新兴的短距离、
它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要用于近 距离无线连接。它的主要特点有： 功耗低： 对于典型应用， 碱性电 池可以使用数年， 对于某些工作时间和总时间 2 工作时间 V 休眠时
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"#$%&& 模块电路 采用德州仪 ’()*++ 模块。 器 ! 34 " ’()*++ 射频芯片 该芯片上集成了 55$6#7 ， 一片高性能 87&9 核，8% :;<= 和 9$8% 闪存，不 需扩展存储空间， 同时还 集成了 <>5、 ?:<;3 等， 支持 ’()*++ 协议栈 , # - 。 图 # 所 示 为 ’()*++ 模 块 电 图( 控制中心硬件构成
块和语音模块组成组成，如图 ) 示，!"#$%% 模块所有 * + , 引脚全 部引出， 而键盘模块采用 - . ) 扫描电路占用 * + , 口较多， 显示模 块选用 /0* 接口带图形显示和字库的 12 13 低功耗的 &’( 模块， 由于采用 44 电池供电。为给 !"#$%% 模块更稳定的电压和给 &’( 模块供电， 电源模块使用 $&5)6) 芯片将两节 44 电池电压升压得 由于遥控器体积小， 有时不好寻找， 在语音模块中 到稳定的 12 13。 加入了乐声报警功能，通过控制中心发出指令可让遥控器语音模 块发声便于寻找。 图( 主程序流程图
《电气自动化 》 !"#" 年第 $! 卷 第 $ 期
嵌入式系统
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空间或路由器 ! 协调器 " 最少只需 #$% 空间。每个协调器可连接多 达 $&& 个节点， 而几个协调器则可形成一个网络， 对路由传输的数 以保证这种便携设备不 目没有限制。 ’()*++ 联盟还开发了安全层， 会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它 节点获得 , # - 。
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嵌入式系统
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《电气源自文库动化 》 !"#" 年第 $! 卷 第 $ 期
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遥控器硬件构成
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#$%&’’ 开关硬件构成
从而能够显著增加无线系统的覆盖范围。
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遥控器
遥控器硬件主要由 !"#$%% 模块、 键盘模块、 电源模 &’( 模块、
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系统总体设计思想
图 $ 所示为一种典型智能开关系统的总体结构。其中控制中
心网关是智能开关系统的核心。由于 ’()*++ 通信距离的限制， 为 节约成本，采用星型拓扑结构，通过控制中心将每个 ’()*++ 开关 模块连接起来，同时可增设中间协调器将彼此孤立分散的子网或 网络互联 . 实现信息的交互和共享 . 并将家庭内网和外部网连接
嵌入式系统
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《电气自动化 》 !"#" 年第 $! 卷 第 $ 期
基于 !"#$%% 的智能开关控制系统的应用与设计
合肥工业大学 电气与自动化工程学院 ’ 合肥 ()***+ , 摘 万文斌 石 勇 要： 本设计描述了 !"#$%% 无线协议在家居电器控制中的应用， 采用 !"#$%% 协议的遥控器， 能控制家中所有的 !"#$%% 开关包括冰箱、 洗衣机、 空调、 电视机、 照明系统等的开启、 关闭、 定时等工作状态的调节， 也可以通过编程实现复杂开关量的控制。逻辑上包含 三种类型的设备： 无线遥控器、 控制中心、 其中控制中心和 !"#$%% 开关也可以集成在一起， 因此在某些应用上只包 !"#$%% 开关， 含两套设备。各种类型设备均实现了 !"#$%% 无线通讯协议， 可以任意分散布置在家中， 不需要额外的控制线路。 关键词： 智能开关 !"#$%% 家庭通讯网络 & 文献标识码 ’ $ 网络拓扑 & 文章编号 ’ /---01,,. 2 +-/- 3 -10--450-1 & 中图分类号 ’ ()*+ ， (),-.
路， 模块将所有可用 4 1 @ 引出， 以便使用片上所有资源， 为调试方 便做成可插拔的小模块， 为节约成本设计时采用 A5* 天线。
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控制中心
智能控制中心硬件主要由 ’()*++ 模块， 存储单元、 ;B 功率放大
模块、 显示模块和控制模块组成， 硬件系统如图 6 示。 由于控制中心需要存储网络数据和作为遥控指令的缓冲区， 要 求的内存单元比较大，’()*++ 模块上的存储单元已经不够用，需对 同时考虑到 ’()*++ 模块收发距离有限， 在设计控制 ;<= 进行扩展。 中心时对 ;B 信号进行放大， 采用 55$6#7 C 55$&D9 典型设计方案， 采用 55$&D9 使 ;B 放大模块集成了可将输出功率提高 C $$E*F 的 功率放大器以及可将接收机灵敏度提高 C G E* 的低噪声放大器 ,& - ，
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8
引言
智能家居是现代计算机技术、 信息技术、 控制技术发展相结合
的产物。第一代智能家居技术是采用有线方式，有线控制类的工 作原理。这类产品一般配置一个中心控制器， 中心控制器与开关、 插座 2 简称终端 3 之间用双绞线连接， 遥控器发出的无线信号被中 心控制器接收， 中心控制器再将信号通过有线传递给各个终端， 再 由各个终端完成遥控器发出的指令。由于有线网络存在诸多缺 点6 无线网络技术应用于家庭网络已成为必然趋势。 !"#$%% 是最近 低功耗、 低速 发展起来的一种短距离无线通信技术 6 具有近距离、 率、 低成本等特点 6 能够为用户提灵活的组网方式 6 非常适合于家 庭控制。 照明、 环境、 能源使用 !"#$%% 家居自动化是控制家居应用、 和安全的一个标准6 它提供了一条直接兼容其它 !"#$%% 公共应用 EC?G"F% 2 包括业界领先的 !"#$%% 智能能源 3 的途径。现在 !"#$%% 家 居自动化提供了新的安全机制，支持门铃和机械化遮阳帘。为了 充分发挥 !"#$%% 技术的特点及其在现代家居控制网络中的应用 优势 6 设计了一种基于 !"#$%% 技术的智能开关控制系统
’()*++ 开关部分，其中控制中心和 ’()*++ 开关也可以集成在一起， 因此在某些应用上只包含两套设备。初始化时控制中心完成 ’()*++ 网路组建、接收设定数据、存储数据并将接收到的遥控指令发送到 相应的 ’()*++ 开关。遥控器用于无线控制根据 ’()*++ 协议格式将 遥控指令信息发送给控制中心或邦定的 ’()*++ 开关。 ’()*++ 开关作 为智能开关系统的终端，负责执行相应的控制指令，可以对家庭中 各种带开关量的设备的运行. 如冰箱、 洗衣机、 空调、 电视机、 照明系 统等的开启、 关闭、 定时等工作状态的调节。遥控器对智能开关控制 系统的控制信号频率相对较低 . 因此传输速率也可以比较低 . 一般 数十 /0 1 2 即可满足要求。控制系统传输的信息主要是控制信息以 及一些物理量的参数。但是信息传输的可靠性要求比较高，因为它 传输的信息是各种设备的控制信息 . 错误信息不仅可能导致设备的 非正常工作 . 而且可能导致设备的损坏。而 ’()*++ 技术的低速率、 可靠等优点可满足智能家居控制系统的要求。
. 实现内外网络互通和鉴 权的设备。
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系统硬件设计
"#$%&& 模块
’()*++ 模 块 是 本 设
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智能开关系统设计及实现
智能家居控制系统
整个系统根据功能可划分为智能控制中心部分，遥控部分和
计的一个重要环节， 因为 本设计采用模块化设计， 所有部件都需要用到 图! 典型 "#$%&& 智能开关系统框图
。
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!"#$%% 技术概述
低速率、 低功耗无线网络技术， !"#$%% 是一种新兴的短距离、
它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要用于近 距离无线连接。它的主要特点有： 功耗低： 对于典型应用， 碱性电 池可以使用数年， 对于某些工作时间和总时间 2 工作时间 V 休眠时
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"#$%&& 模块电路 采用德州仪 ’()*++ 模块。 器 ! 34 " ’()*++ 射频芯片 该芯片上集成了 55$6#7 ， 一片高性能 87&9 核，8% :;<= 和 9$8% 闪存，不 需扩展存储空间， 同时还 集成了 <>5、 ?:<;3 等， 支持 ’()*++ 协议栈 , # - 。 图 # 所 示 为 ’()*++ 模 块 电 图( 控制中心硬件构成
块和语音模块组成组成，如图 ) 示，!"#$%% 模块所有 * + , 引脚全 部引出， 而键盘模块采用 - . ) 扫描电路占用 * + , 口较多， 显示模 块选用 /0* 接口带图形显示和字库的 12 13 低功耗的 &’( 模块， 由于采用 44 电池供电。为给 !"#$%% 模块更稳定的电压和给 &’( 模块供电， 电源模块使用 $&5)6) 芯片将两节 44 电池电压升压得 由于遥控器体积小， 有时不好寻找， 在语音模块中 到稳定的 12 13。 加入了乐声报警功能，通过控制中心发出指令可让遥控器语音模 块发声便于寻找。 图( 主程序流程图
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嵌入式系统
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空间或路由器 ! 协调器 " 最少只需 #$% 空间。每个协调器可连接多 达 $&& 个节点， 而几个协调器则可形成一个网络， 对路由传输的数 以保证这种便携设备不 目没有限制。 ’()*++ 联盟还开发了安全层， 会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它 节点获得 , # - 。
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嵌入式系统
%&’())() *+,-(&,
《电气源自文库动化 》 !"#" 年第 $! 卷 第 $ 期
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遥控器硬件构成
图"
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从而能够显著增加无线系统的覆盖范围。
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遥控器
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系统总体设计思想
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心网关是智能开关系统的核心。由于 ’()*++ 通信距离的限制， 为 节约成本，采用星型拓扑结构，通过控制中心将每个 ’()*++ 开关 模块连接起来，同时可增设中间协调器将彼此孤立分散的子网或 网络互联 . 实现信息的交互和共享 . 并将家庭内网和外部网连接
嵌入式系统
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《电气自动化 》 !"#" 年第 $! 卷 第 $ 期
基于 !"#$%% 的智能开关控制系统的应用与设计
合肥工业大学 电气与自动化工程学院 ’ 合肥 ()***+ , 摘 万文斌 石 勇 要： 本设计描述了 !"#$%% 无线协议在家居电器控制中的应用， 采用 !"#$%% 协议的遥控器， 能控制家中所有的 !"#$%% 开关包括冰箱、 洗衣机、 空调、 电视机、 照明系统等的开启、 关闭、 定时等工作状态的调节， 也可以通过编程实现复杂开关量的控制。逻辑上包含 三种类型的设备： 无线遥控器、 控制中心、 其中控制中心和 !"#$%% 开关也可以集成在一起， 因此在某些应用上只包 !"#$%% 开关， 含两套设备。各种类型设备均实现了 !"#$%% 无线通讯协议， 可以任意分散布置在家中， 不需要额外的控制线路。 关键词： 智能开关 !"#$%% 家庭通讯网络 & 文献标识码 ’ $ 网络拓扑 & 文章编号 ’ /---01,,. 2 +-/- 3 -10--450-1 & 中图分类号 ’ ()*+ ， (),-.
路， 模块将所有可用 4 1 @ 引出， 以便使用片上所有资源， 为调试方 便做成可插拔的小模块， 为节约成本设计时采用 A5* 天线。
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控制中心
智能控制中心硬件主要由 ’()*++ 模块， 存储单元、 ;B 功率放大
模块、 显示模块和控制模块组成， 硬件系统如图 6 示。 由于控制中心需要存储网络数据和作为遥控指令的缓冲区， 要 求的内存单元比较大，’()*++ 模块上的存储单元已经不够用，需对 同时考虑到 ’()*++ 模块收发距离有限， 在设计控制 ;<= 进行扩展。 中心时对 ;B 信号进行放大， 采用 55$6#7 C 55$&D9 典型设计方案， 采用 55$&D9 使 ;B 放大模块集成了可将输出功率提高 C $$E*F 的 功率放大器以及可将接收机灵敏度提高 C G E* 的低噪声放大器 ,& - ，
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引言
智能家居是现代计算机技术、 信息技术、 控制技术发展相结合
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’()*++ 开关部分，其中控制中心和 ’()*++ 开关也可以集成在一起， 因此在某些应用上只包含两套设备。初始化时控制中心完成 ’()*++ 网路组建、接收设定数据、存储数据并将接收到的遥控指令发送到 相应的 ’()*++ 开关。遥控器用于无线控制根据 ’()*++ 协议格式将 遥控指令信息发送给控制中心或邦定的 ’()*++ 开关。 ’()*++ 开关作 为智能开关系统的终端，负责执行相应的控制指令，可以对家庭中 各种带开关量的设备的运行. 如冰箱、 洗衣机、 空调、 电视机、 照明系 统等的开启、 关闭、 定时等工作状态的调节。遥控器对智能开关控制 系统的控制信号频率相对较低 . 因此传输速率也可以比较低 . 一般 数十 /0 1 2 即可满足要求。控制系统传输的信息主要是控制信息以 及一些物理量的参数。但是信息传输的可靠性要求比较高，因为它 传输的信息是各种设备的控制信息 . 错误信息不仅可能导致设备的 非正常工作 . 而且可能导致设备的损坏。而 ’()*++ 技术的低速率、 可靠等优点可满足智能家居控制系统的要求。
. 实现内外网络互通和鉴 权的设备。
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系统硬件设计
"#$%&& 模块
’()*++ 模 块 是 本 设
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智能开关系统设计及实现
智能家居控制系统
整个系统根据功能可划分为智能控制中心部分，遥控部分和
计的一个重要环节， 因为 本设计采用模块化设计， 所有部件都需要用到 图! 典型 "#$%&& 智能开关系统框图