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ZigBee智能家居安防硬件设计

物联网 | 发布时间:2017-10-25 | 人气: | #评论# |本文关键字:ZigBee,CC2530
摘要:0 引 言 在信息产业快速发展的今天 , 嵌入式设备已经深入到了人类生活的各个方面 , 智能设备更是成为了人们日常生活中不可或缺的一部分 。 随着能源的日渐消耗 , 环保节能刻不

引 言

在信息产业快速发展的今天嵌入式设备已经深入到了人类生活的各个方面智能设备更是成为了人们日常生活中不可或缺的一部分随着能源的日渐消耗环保节能刻不容缓

    因此在现在和未来的家居生活环境中我们更需要一种高效节能的智能的绿色环保的智能家居安防系统

智能家居安防系统的研究与设计

是智能家居安防系统的整体功能框图和设计方案

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系统整体功能框图和整体设计方案

从图中可以看出本系统可以分为个部分首先是底层的智能家居安防网络这是整个系统的硬件部分可以监测温度光强煤气人体红外门窗灯光控制等在硬件部分的基础上市安防信息监控管理和Android 智能终端监控这是整个系统的软件部分主要是对从底层收集到的信息做出处理并给出控制信号本文主要研究底层的硬件设计

系统硬件设计

目前无线通信技术在物联网的浪潮下发展迅猛比如红外技术蓝牙技术Wi-Fi近场通讯技术等通过对这几种技术的研究与比较本文最终确定选用ZigBee 数传技术实现本文的硬件网络系统

    从系统硬件设计的角度出发每一个ZigBee模块节点分为两个部分一个是可以实现数据收发的核心部分这部分必须要满足ZigBee 协议规范另一部分是实现供电复位的底板

所有硬件的核心就是整个硬件部分的逻辑图如图所示


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系统硬件逻辑连接图

2.1 基于CC2530ZigBee模块节点的设计

美国德州仪器TI 生产的CC2530 是一种SoC 芯片基于IEEE 802.15.4 标准和ZigBee 协议规范所示是CC2530的射频模块电路同时TI 公司还专门为使用CC2530 芯片的用户提供了整套的开发工具和Z-stack 协议栈通过这个专用工具用户可以节约大量的开发时间并且可以按照自己的想法开发自己的产品CC2530 芯片本身就是一个非常成熟的芯片同时功能也非常强大用户只需要给其接入产品需要的外围器件就可以满足用户的开发要求本文为了使CC2530 模块能够与传感器相连接采用排针将CC2530 I/O口引出来如图中的P1 P2

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3 CC2530 射频模块电路

2.2 传感器底板的设计

本文设计传感器底板主要包括电源调试接口通信接口以及和各个传感器相连接的接口其传感器地板电路原理图如图所示

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传感器地板电路图

从图电路图中可以看出本设计中的传感器底板包括以下几个主要部分

1如图所示P1 P2 是两个排母主要用于连接底板和CC2530 模块的I/O P3 P4 则是底板上将I/O 口和外部传感器和LED 灯以及各个按键相连接的排针这样做可以有效地避免干扰射频电路

    2本设计可以通过两种方式供电一种是电源供电另外一种是电池供电同时采用AMS1117 的稳压芯片以及10 μF0.1 μ的电容主要是为了解决外部电压不稳定同时达不到3.3 V 的问题

    3JTAG 调试接口选用的是P21 作为芯片的调试数据线P22 作为调试时钟信号线再加上Reset 信号线电源和地线就可以完成芯片的在线调试了

4在实现RS232 串口电路的设计中可以利用CH2430芯片将串口转成USB 所示是其实物图

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5 ZigBee 节点底板和CC2530 射频模块实物图

2.3 系统中各模块的选型和设计

在本文设计的智能家居系统中主要完成对温度气体光强人体感应的ZigBee数据采集以及远程控制灯的开关的功能所以在传感器节点的模块上还需要温度模块气体模块光敏模块以及人体感应模块等下面就对各个模块的功能进行简单的介绍以便之后选型):

1人体红外传感器模块本文采用的是TSKS5400S 红外传感器此款传感器正常的工作电压是3~10 V最小输出电压为3 V同时本文设计的节点电压是3.3 V所以不需要对电压进行变化除此之外本文选择了BIS0001 红外传感信号处理器对TSKS5400S 红外传感器输出的信号进行处理

    2烟感传感器模块烟感传感器的种类很多本文选择了MQ-2Q 气体传感器其具有探测范围广灵敏度高稳定性优异寿命长等特点

    3光敏传感器模块本文设计中选择的光敏电阻就是众多光敏传感器中的主要的一款传感器光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器他不但可以对光进行探测还可以探测到许多非电量

    4温度传感器模块本设计中选择的是DS18B20 数字温度计作为温度传感器DS18B20 数字温度计是DALLAS 公司生产的1-Wire即单总线器件具有线路简单体积小的特点

    5灯控模块本设计中的灯控模块主要是通过将继电器安装灯的开关处通过控制继电器的通断来控制灯的亮灭

2.4 系统的整体架构

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系统硬件总体设计图

所示是其系统的整体架构图通过对ZigBee模块技术的三种网络拓扑图的分析结合智能家居安防的特点最终确定星型结构的系统硬件总体设计图中有一个协调器节点主要负责无线网络的建立保证网络的正常运行还要对终端节点加入和退出网络进行控制和监测多个终端节点主要的功能就是进行温度气体光强人体感应的ZigBee数据采集并将数据发送给协调器

结 语

伴随着快节奏的工作生活大量的信息覆盖了人们生活的方方面面一个能够帮助人们管理家庭事务信息并分担家庭事务的智能化环境更加适应发展潮流而在智能家居中人们更关心的就是智能家居安防系统本文利用ZigBee无线模块,实现了温度气体光强人体感应的ZigBee数据采集节点的设计、给出了硬件底板的设计方法以及各个传感器的选型最后给出了智能家居安防系统的硬件总体设计图


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