陕西理工学院毕业设计论文
电源插座可能是在现代家居环境中最常用的电器设备。如果我们想建立一个家庭自动化系统，这些设备是实现电气连接，甚至开关功能必要的模块。通过无线传送到所连接的插座来开关电开关控制家电，这不是一个新的想法。许多可以提供远程控制功能的电源插座产品在商业市场都有供应。但应该指出的是，这些产品大多只能支持点对点的无线通信。每一个电源插座必须配有遥控器的遥控器操作。当你不得不同时处理许多远程控制网点时，是非常不方便来控制电源的。
ZigBee技术已被应用于建筑家庭自动化网络，实现无线接入监控和控制应用。一些研究人员已经提出了一种基于ZigBee的通用遥控器控制单元和一个ZigBee红外转换模块用于控制多种传统的消费类电子设备。这是非常难以被与这么多的厂商从不同的IR代码兼容的。同时，由于成本和其他非技术原因，他也很难说服家电厂家集成这些模块到他们的产品中。在大多数情况下，我们只需要开启/关闭家用电器然后让这些设备在那工作。因此，把无线传输控制功能集成到电源插座是一个好主意。一个基于蓝牙的无线可控电源插座模块已经被提出了。由于蓝牙的限制协议，那种模块将低效的形成大型的网状网络和双向的数据通信。添加太多的其他通信接口到终端设备，也大大增加了系统的的复杂性和成本。而作为一个结果，它会阻止这种器件被广泛部署在家庭环境中的。
本文提出了基于ZigBee的无线控制家庭自动化建设的电源插座架构网络。所提出的电源插座模块集成了一个ZigBee无线电到它的体系结构。它在家庭自动化网络远程控制操作中作为一个执行器节点。系统架构，设计的无线电力插座模块和演示实验将在第II-IV讨论。
2. 系统概述
轻松控制各种家电是智能家居的一个特点。为了实现这些远程控制功能，我们通常在一个新的房子施工过程中需要添加控制线，而且必须在室内装饰安装之前完成。电源插座的无线设备提供了一个更灵活的方式来实现远程控制功能。有了这些设备，你不再需要破坏原有的室内装饰来进行系统升级或维护。这些设备对于原来的那些没有安装家庭自动化基础设施的老房子更有用。如图1所示，家庭自动化网络的提出其实是一个实际应用的无线传感器和执行器网络。家庭自动化网络是由几个传感器节点，多个无线电源插座模块和一个基站组成的。每个电源插座模块被设计成执行器节点添加到家庭自动
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化网络中。传感器节点和执行器节点部署在家庭环境和他们自主地形成多跳网状网络。该基站可以提供多个接口网状网络的本地用户交互和远程网络管理。
图1 在家庭环境中的无线电源插座系统。
3.无线电源插座模块
提出的电源插座系统的核心部件是无线电源插座模块。它在可灵活控制的家电产品中起着重要的作用。它被设计作为一个执行器节点来执行远程控制的功能。图2显示出提出的电源插座模块结构的分解图。它是由一个符合ZigBee标准的射频收发器，主板和电源变压器组成，所有这些都安装在一个塑料壳中。RF收发器由一个扩展连接器与主板连接。它工作在2.4 GHz频段并建立与其他的无线通信信道范围内的节点。主板使用的是低成本MCU实现控制逻辑和一个特定的芯片来驱动继电器。所提出电源插座模块的原型是如图3所示。该原型的尺寸是196毫米×163毫米×60mm。有6个插口，其中每个单独控制。
图4显示出了该电源插座模块的软件控制流程。它首先需要在其上电后搜索附近其他工作节点。它通过收听周围的交通广播，建立了附近的信息表。电源插座模块根据它们之间的通信能源成本从附近信息表中选择一个节点，作为它的父级。具有最低通信的能源成本的邻居节点将被选为父级。路由信息也将定期在整个网络中广播告诉其他父节点
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的信息。当这些动作完成，电源插座模块将成功加入家庭网络，并开始发送或接收数据包。当一个消息被接收时，电源插座模块首先通过分析数据包报头判断，它到底是命令消息还是路由信息。路由信息将被直接发送到发送缓冲区作为下一个目的地。该命令消息将被进一步分析，以获得特定的操作命令。
图2 提出的电源插座模块的结构分解。
图3 无线电源插座模块的原型。
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开始A初始化接收到信息？定时线路更新否是信息类型线路信息命令信息其他信息发送缓存延时A哪一个插座？A123456开/关开/关开/关开/关开/关开/关A
图4 控制流电源插座模块。
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图5 演示实验的测试平台设置。
4.系统的实现
A.测试平台设置
一个为了验证提出的电源插座的基本功能的简单的家庭自动化网络系统的测试平台的模块在我们的实验室中已经被创建。如图5所示，测试平台包括一个电源插座模块，热电红外线传感器模块，基站，手持式终端，以及一些一般使用交流电源的家电。电源插座模块，PIR传感器模块和基站彼此之间的无线通信时通过Zigbee协议实现的。手持式装置，如掌上电脑和智能手机，可以用作便携式用户终端来控制家庭网络系统。该终端通过与基站建立蓝牙连接来与家庭网络中的节点进行通信。用户可以方便地使用这些移动终端来控制家庭网络里的每一个设备。
图6显示了电源插座系统运行在不同的移动终端的图形用户界面。我们设计了掌上电脑和智能手机上的GUI来分别满足各种终端用户的需要。掌上电脑有一个更快的处理器和更大的触摸屏。因此，我们可以在它上面更友好的实现用户交互。该智能手机虽然没有触摸屏，但可以只用一只手按压摇杆按钮和键盘来灵活操作。该图形用户界面显示每个电源插座和PIR传感器模块的实时状态。如果我们要开启或关闭其中一个插座，从列表中选择相应的项目，并按下，该命令将被发送到电源插座模块。 B.演示实验
为了测试无线电源插座模块的功能，一个主动的照明实验已经制定并在测试平台上
进行。如图7是实验的过程。PIR传感器模块被放置在桌子的边缘，来监控任何通过走廊的人。电源插座模块和基站被放置在桌子的角落。当PIR传感器模块检测人体的存在时，将向上面的基站立即发送状态的变化信息。然后，该基站将像下属的电源插座模块