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作者：南阳理工学院 周虎 许中原 娄恃语
指导教师：徐源 高有堂

　　作品简介

　　开发背景：
　　随着科技的发展和时代的进步，人们的生活节奏的不断加快，人们对于生活的质量的要求也越来越高!加上生活的各个方面都越来越离不开信息化，于是智能家居系统应运而生! 将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置等生活设备通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为了一种研究方向和发展趋势。智能家居系统产品，由于其智能化、便捷化、科技化、操作简易化的优势，从而受到越来越多人的青睐!ZIGBEE技术作为一种新兴的短距离无线通信传输技术，它的出现无线通信变得更加方便、容易。ZIGBEE模块作为一种物联网无线数据终端，利用ZIGBEE网络可以轻松的为用户提供无线数据传输功能。
　　本作品采用新型无线通信技术ZIGBEE，设计了基于ZIGBEE的智能家居控制系统。它利用ZIGBEE模块，将家居生活中的各个部分加入一个局域网中，实现物物间的联系，进行中、远程的控制，让人们的生活变得更加简单、便捷、智能。　　

　　功能简介：
　　本系统选取了四个家中常用的电器电灯、风扇、电热水壶、门窗为模型，演示了智能家居的基本工作原理。通过对主机上操作界面及彩屏的触摸操作，可以轻松实现以下功能：
　　电灯模块：在主机上触摸彩屏的电灯图标，轻松智能控制家中每个屋子里各个电灯的亮灭;
　　风扇模块：触摸主机彩屏上的风扇图标，轻松实现对家中各个风扇的开关控制，还可以根据用户需求进行定时和风速大小及强、弱风比例的设置调节;
　　电热水壶模块：触摸主机彩屏上的热水壶图标，可以进行烧水和恒温定时保温的功能，还可以根据用户需求设定水需要烧开的温度;
　　门窗控制模块：触摸主机彩屏上的门窗控制图标，可以轻松实现对家中门窗的智能控制，可以使您免去了锁门关窗的担忧。还可以实时监控室内的温湿度等各种状态并及时反馈给用户。
　　智能家居系统可以使您轻松享受科技为我们生活带来的种种进步。使物联网技术深入生活的每一个角落。作为智能家居的应用，带有无线接收的控制模块既可以安装在家用电器上，也可以安装在人力所不易到达的的地方。它体积小，使用方便，安装调试简单。使用时，只需打开主机，进入主机控制界面，手指点击触摸面板上的各个功能模块的图标，即可进入相应的功能模块进行控制和操作。

　　平台选型说明

　　该系统选择的芯片为宏晶科技的IAP15F2K61S2芯片。这是宏晶公司最新推出的增强型51单片机。它功能强大，有内部集成的SPI、双串口等功能，可以满足本系统的设计需求。最小系统采用官网提供的最小系统开发板。开发板上集成了如步进电机、数码管、光敏电阻、红外感应等模块。功能齐全，做工精美，可以满足大多数的控制功能。在同类型的开发板中价格较低，故采用此开发板。　　

　　设计说明

　　智能家居是以住宅为平台，利用网络通信技术、电子技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境 。
　　作品通过无线模块——基于ZIGBEE的CC2530将家中的各个部分连接起来。在主模块选取一个官网提供的IAP15F2K61S2开发板。分模块配有单独的控制器。主模块通过无线模块传送指令，从机模块接受到主机传送过来的指令后可以对家中的各个电器进行诸如开、关、计时等操作。同时各个分控制器还可以从与其相配套的传感器上读取室内各种状态的值并及时反馈回主机。而这一切都可以通过一块界面友好的触摸显示屏来实现。整个作品功能全面，人机交互生动而简单，操作容易，为家居提供了诸多便利。
　　系统共有五个部分，一个IAP15F2K61S2的开发板作为主控电路，四个89C52单片机最小系统作为分模块，分别控制：门窗、风扇、电灯和热水壶。使用时，用户手持一个可移动的主机模块，在室内的任何地方均可随心操控这些物品。只需拿起主控模块，在触摸屏上轻点您需要操控的物品的图标即可对其进行操控。任务完成后，例如水烧开后便会自动断电并通知给您。所选的模块均为家中常用的电器及物品。旨在通过本系统的设计实现家居生活的智能化，使我们的生活更加美好，使电子技术的发展惠及千家万户。
　　主模块：
　　在由IAP15F2K61S2单片机构成的主控模块中，扩展了一个3.0寸的TFT液晶显示屏，一个ZIGBEE无线模块和18b20温度传感器。利用屏幕对整体进行操作，在屏幕上可以显示温度、时间等信息，还可以对各子模块的状态进行监控。例如：当您需要对屋子里的电扇进行操作时，轻点风扇图标，进入风扇控制子菜单，在这里有两个选项，定时或直接控制。如果不需定时，在直接控制的菜单里有强风和弱风可供选择。但您想休息时，不妨定个时间，控制器在您休息时将控制风扇送出强弱交替的自然风，以防您感冒。　　

　　分模块：
　　当您在家时，对着小小的屏幕轻轻点击，三个小灯的图标会提醒您选择是打开客厅、卧室或者楼梯的灯。ZIGBEE协议本身具有自动组网的功能，每一个新加入的模块都有一个自己所特有的IP，而这个正是它区分其他模块的地方，假如选择其中的一个灯，单片机会发送对应的指令，而从机接收到指令后比对地址，如果正是此模块的地址则启动相应的控制。　　

　　智能灯光模块
　　口渴时，点击水壶图标，电热水器模块接收到主机发过来的指令后，控制继电器导通，实现加热功能，在水壶内部放置的温度传感器，会提示当前的温度，以便水开断电之后显示温度，保护您的饮水质量。　　

　　早晨起来懒得开窗，不要紧，智能家居会自动启动控制电机，帮您打开。让您尽享清晨的第一缕阳光，呼吸到最新鲜的空气。放置在室内各个角落的传感器能监测到诸如温度、湿度的信息。让你对室内的环境状况一目了然，助您改善到适宜居住的条件。
　　风扇模块，可以根据个人喜好，输出强风、弱风、强弱按设定好的时间比例的风。
　　ZIGBEE技术简介：
　　ZIGBEE技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。分别具有传输速率最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。该技术始于2002年，近十年发展迅速，在工业、物联网上有着广泛的应用前景。
　　此款ZIGBEE模块的主要功能是无线数据传输，即每个节点随时能够收发数据，所以节点的配置只有Coordinator、Router(出厂默认为Router，用户可通过配置软件或指令自己设置想要的节点类型)，连接的网络如下图所示，这样的网络通常也称为MESH网(即：网状网)，每个节点可以收发数据，同时也能担任其它节点的路由器，而且，所有的数据传输路由都是自动计算的，无需用户干预。
　　软件设计：
　　Home：　　

　　主机主界面包括风扇控制入口，电灯控制入口，热水壶控制入口以及门窗控制入口和时间设置入口。如下图　　

　　点击各个图标可以进入相应的功能模块进行控制，时间显示于主页及所有功能子页的右上方。
　　风扇子页：　　

　　点击风扇图标，进入风扇控制子页面。在风扇控制子页中，可以选择模式一，对风扇进行开/关强风，开/关弱风单独控制。　　

　　也可以选择模式二，使风扇按照设定好的强弱风时间比例，进行工作。当点击“开强风”按钮后按钮变红色，且显示“关强风”，表示此时风扇强风打开，并可以再次点击时其关闭。若此时点击“开弱风”按钮，则弱风打开，强风自动关闭，强风按钮也恢复成绿色，显示“开强风”字样，弱风按钮变红色，且显示“关弱风”。
　　电灯子页：　　

　　在主页点击点灯图标后进入电灯控制子页。　　

 　　在电灯控制子页中，可以可以点击不同的按钮打开不同的灯，当某按钮被按下后，该按钮会由绿色变成红色，并且按钮上的“开**灯”会变成“关**灯”，表示该出的等已经打开，当再次点击的时候，可以将此处灯关闭。所有灯的开关相互独立，可以一次打开多出灯。当“
　　ALL OFF”按钮按下时所有的灯都会关闭，相应的按钮也会变成绿色，表示该灯已关且可以打开。
　　热水壶子页：　　

　　点击主页中水壶图标，进入热水壶控制子页。　　

　　在热水壶功能子页中你可以选择加热至100度，获得开水，也可以使水壶里的水温保持在0—100之内任意整数温度。无论水壶处于哪种加热模式，水壶控制页面上方都会显示当前的实时水温。
　　时间设置子页：　　

　　点击主页时间设置图标，进入时间设置子页面。　　

　　在该页面可以对系统的日期和时间进行重设置。
　　门窗控制子页面：　　

　　在主页点击门窗控制图标进入门窗控制子页面。　　

　　在本功能子页可以对门，窗帘等进行控制，使其开闭。
　　硬件电路：
　　电源电路：选用ASM1117电源芯片。ASM1117是一个正向低压稳压器，有5V，3.3V多种固定输出。最大输出电流1A。内部集成过热保护和限流保护电路，具有高精度和低漏失电压的特点。可以满足单片机的5V电压供电和无线模块的3.3V电压供电。
　　供电电路采用提供的典型电路，该电路稳定简单而且可靠，适合本系统小型化和稳定性的需要。　　

　　液晶显示：
　　液晶显示模块采用安富莱电子的3.0寸LCD显示板。这款板子采用的控制芯片为SPFD5420A　　

　　CC2530 ZIGBEE模块：
　　ZIGBEE模块选用鼎泰克电子的CC2530模块。该模块基于ZIGBEE2007协议栈，是CC2430的升级，具有更高的可靠性和更多的兼容性，可工作在-45°~85°的条件下。而且串口控制发射与接收，接收范围将近1000米，操作简单，十分稳定，适宜于工厂、小区等多种场合。　　

　　风扇部分的硬件电路：　　

　　灯光部分的硬件电路：　　

　　作品特色

        先进性：
　　本作品采用无线通讯的ZIGBEE 技术。将其内嵌于日常常用的家居生活平台上，实现对家居产品的智能化管理，极大的方便了人们生活，提升了生活质量。利用可以触摸的彩屏显示，使ZIGBEE家居更加的便捷、智能、易于操作。

　　实用性：
　　本作品选取日常生活中的电器：电灯、门、热水壶、电风扇。这些模块采用ZIGBEE模块和彩屏显示，并进行人性化设计，可以让人们通过触摸彩屏进行家居产品的开关和模式选择，可以让人们足不移动，对家庭生活用到的物品实现智能化控制，特别适合中老年和残疾人使用，极大方便了人们的生活。

　　创新性：
　　利用新兴无线通信技术的ZIGBEE模块，实现主机对家中家用设备的无线控制，对家具设备进行智能化管理;利用友好的TFT彩屏界面进行触摸化操作，实现足不移动就能轻松的对家用生活设备进行智能化控制，节省了人力和大量时间。又使我们的生活更加便捷、有趣、安全、高效!

　　可扩展性：
　　利用ZIGBEE模块自动组网的特性和易于扩展的特性，可在系统主架构不做改动的情况下加入新的的家居设备及进行维护和扩展。一件新的家用电器或部件，只需要匹配一个无线控制模块不用设置，便可加入生活中各种家居设备，实现智能化的家居时代!

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2577