基于物联网的智能家居系统设计(5)

2019-08-30 15:27

个数据位,1位停止位,其软件流程如图6.3所示。

图6.3 串口工作点流程

5.3嵌入式网关程序

嵌入式网关软件主要由硬件设备底层驱动、WinCE 6.0操作系统与协议栈的裁剪与移植和网关应用程序三大部分构成。通过系统的软件设计可以完成系统控制及ZigBee网络和以太网通信等。硬件设备底层驱动是对物理硬件设备功能的软件封装,提供软件接口给Wince6.0操作系统内核调用。网关驱动主要由以太网网卡驱动、串口驱动、外部存储器驱动、LCD驱动和板载初始化等构成,嵌入式网关软件平台参考模型如图6.4所示。

图 6.4 软件平台参考模型

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图6.5嵌入式网关网络协议转换模型

传感器节点将经过简单的处理之后传输给协调器节点,协调器节点通过串口将数据传输给网关,网关将ZigBee网络协议转换为Internet网络协议,如图6.5所示,便可以实现远程访问。由于ZigBee网络与Internet网络使用的网络地址不同,要想实现这两种网络之间的转换,首先应该解决的就是两种网络的地址转换问题,网关就完成了两种地址之间的转换,使得数据能够在两种网络之间进行传输。

ZigBee网络中的每个节点都有各自的地址信息,其中地址信息内容包括端点ID和节点ID两部分。在网关上建立ZigBee网络的地址映射,将每个ZigBee网络节点地址与一个UDP端口建立一一映射关系。同时在网关上建立Internet的地址映射,Internet地址信息包括IP地址和端口号两部分,在网关上将每个Internet主机地址与一个端点建立映射。这样就在网关中保存了ZigBee节点和Internet主机的全部信息,当ZigBee网络数据报文传到网关时,网关根据ZigBee网络节点发送的报文的目的端点ID,来判断与这个端点ID对应的Internet主机的IP地址和端口号,以这个地址为目的地,将数据报文重新封装成UDP报文并发送,数据的有效部分不变。同理当Internet网络发来数据时,网关根据主机发送的目的端口找到对应端点ID,将Internet数据报文重新封装并发送出去。最终完成数据能都在ZigBee网络和Internet网络中进行传输。嵌入式网关流程图如图6.6所示。

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图6.6 嵌入式网关软件流程图

5.4 传感器节点程序

在数据采集部分,各个终端节点首先监测附近的协调器节点,加入网络,进行数据的采集。为了节省能量的消耗,尽可能低的降低功耗,当终端节点不采集信息的时候,就进入睡眠模式,此时的功耗降到最低。当接收的指令需要采集数据时,就会从睡眠模式转换为工作模式进行工作。这种周期性的工作方式有效降低了功耗,节点软件的流程图如图6.7所示。

图6.7 终端节点软件流程图

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总结

本次为期四周的课程设计中,主要目的是设计一个基于物联网的智能家居演示系统。该系统是一个采用CC2530无线单片机进行温湿度的数据采集,并且结合Zigbee协议架构进行编程的设计,主要是基于CC2530的温湿度数据采集系统模块的设计,并在IAR集成环境开发环境中进行基于Zigbee架构的编程,节点模块的调试,最后,实现无线传感网络的构建。在基于Zigbee无线传感器节点模块上,可以实现数据的实时采集,处理以及传输等功能。在智能家居系统中实现室内温湿度的实时检测,监控,分析,最后实现智能处理。在整个过程中不需要人们手工操作,全程智能化。

本次课程设计的完成,让我结道,在以后的工作中,还可以继续从以下几个方面着手,进行研究和改进:

1、减少节点的能量消耗。在无线传感网络中某个节点失效,不会导致整个网络瘫痪,减少节点的能量消耗是不可避免要面对的问题之一。

2、减少路由发现过程中的开销。这其实也是减少节点的能量消耗的一种措施,尽量减少在路由发现过程中所损失的能量。

3、路由选择。路由优化选择可以尽量避免不必要的路由请求的广播以及信息传输,做到这一点不仅可以提高效率,也可以在减少能量消耗方面做出贡献。

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参考文献

[1] 孙利民 《无线传感器网络》. 清华大学出版社 . 2005.

[ 2] 张拓.无线多点温度采集系统的设计.武汉:武汉理工大学,2009. [3] 陈旭.基于zigbee的可移动温度采集系统.武汉:武汉科技大学,2009 [3] 雷纯 《多点温度采集系统设计与实现》.自动化技术与应用.2010,29(2)43~47.

[5] 王翠茹 《基于ZigBee技术的温度采集传输系统》. 仪表技术与传感器.2008.No.7.103~105.

[6] 景军锋《基于ZigBee 技术的无线温度采集系统》.微型机与应

用.2009.No.23. 33~35.

[9] 《Zigbee技术实用手册》.西安达泰电子.

[10] 《IAR 安装与使用》.成都无线龙通讯科技有限公司.

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致谢

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论来提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到很多问题,可以说得是困难重重,在设计的过程中才发现了自己有那么多的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,通过这次课程设计,把以前所学过的知识重新温故得到了许多新的知识。通过组队的形式进行的课程设计,使我认识到团结就是力量,大家每人出一份力,共同一心,什么问题都可以迎刃而解!在设计的过程中,团队合作的精神使得我深受鼓励和感动。当各自遇上不懂的问题时可以请教队伍里的伙伴帮助解决,要是碰上大家都不懂的时候,我们就会就一起学习、一起讨论,并且需要的时候还会请来老师为我们指导,最终解决我们的问题。在这种互帮互助的精神氛围里,使得我们队伍里的每一位同学都从这次课程设计中学习到不少自己遗漏或疏忽的理论知识,并且还提高了队伍里的每一位同学的解决问题和团队合作的能力,更加重要的是加深和巩固了我们同学们之间的友谊之情!

生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收获。

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