基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)遠程

控制系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)師：廉小親

學(xué)生：楊曉玲

目錄一、課題來源二、課題研究目的和意義三、主要研究內(nèi)容與系統(tǒng)的設(shè)計方案四、關(guān)于低功耗問題的解決辦法一、課題來源橫向項目二、課題研究目的和意義

本課題是基于Zigbee技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)的空調(diào)遠程控制系統(tǒng)是一種智能控制系統(tǒng)。用戶通過遠程服務(wù)器、Internet網(wǎng)絡(luò)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)與終端控制器進行通訊，最終可實現(xiàn)多臺不同型號空調(diào)的集中聯(lián)網(wǎng)控制。這對于進一步提高空調(diào)控制技術(shù)，改善控制系統(tǒng)的整體性能具有十分重要的意義。二、課題研究目的和意義本課題最終目的：設(shè)計一個空調(diào)遠程控制系統(tǒng)1.通過Internet網(wǎng)絡(luò)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)最終可實現(xiàn)多臺不同型號空調(diào)的集中聯(lián)網(wǎng)控制達到到對空調(diào)溫度（28-18）和6種工作模式（制熱開、制熱關(guān)、自動開、自動關(guān)、制冷開、制冷關(guān)）的遠程設(shè)定。2.用戶可以通過設(shè)定進程表來對一段時間內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)做出計劃或者安排(TCS)3.對室內(nèi)溫濕度的遠程與近端監(jiān)控三、主要研究內(nèi)容與系統(tǒng)的設(shè)計方案3.1系統(tǒng)總體架構(gòu)圖3.1.1空調(diào)紅外指令研究3.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用3.2協(xié)調(diào)器模塊與終端節(jié)點的設(shè)計

3.3芯片選型3.4空調(diào)的TCS進程設(shè)計3.5系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)總體架構(gòu)圖3.1.1空調(diào)紅外指令研究

空調(diào)是由發(fā)射裝置發(fā)送紅指令來進行控制的，要對空調(diào)進行控制就必須知道空調(diào)紅外指令。通過比較研究發(fā)現(xiàn)：所有空調(diào)的紅外指令都是一系列的脈沖串組成，其中，脈沖串由高電平寬度與低電平寬度組成。數(shù)據(jù)段可以由多個邏輯“1”和邏輯“0”的組合表示對同一空調(diào)，在數(shù)據(jù)段中邏輯“1”和邏輯“0”的表示形式是不變的3.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

完整的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有三種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器以及網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。通常以一下三種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系到整個系統(tǒng)中，可以根據(jù)子節(jié)點數(shù)量多少選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)類型。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點，各節(jié)點通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后傳輸給信息處理中心。典型的短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有Wi-Fi、藍牙、Zigbee等，由于Wi-Fi技術(shù)存在成本高、安全性低，藍牙技術(shù)存在組網(wǎng)復(fù)雜等問題，而ZigBee技術(shù)以其自組網(wǎng)、低功耗、低成本、高可靠性的特點成為該遠程控制系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)首選。

由于服務(wù)器指令通過Internet在傳輸過程中要進行網(wǎng)絡(luò)層、MAC層的封裝數(shù)據(jù)包處理，最終以MAC幀的形式發(fā)送給目的網(wǎng)絡(luò)，所以系統(tǒng)協(xié)調(diào)器模塊的設(shè)計中使用了一個網(wǎng)口模塊。

3.2協(xié)調(diào)器模塊與終端節(jié)點的設(shè)計協(xié)調(diào)器模塊設(shè)計

ENC28J60是帶有SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器，它符合IEEE802.3的全部規(guī)范。

它提供了一個內(nèi)部DMA模塊,以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的IP校驗和計算。

與主控制器的通信通過兩個中斷引腳和四個SPI功能引腳實現(xiàn),數(shù)據(jù)傳輸速率高達10Mb/s。它負責(zé)對接收到的命令進行解析，并從外部擴展的FLASH芯片中提取相應(yīng)的空調(diào)指令，利用紅外遙感技術(shù)對空調(diào)進行控制，使空調(diào)產(chǎn)生相應(yīng)的動作，同時還可以驅(qū)動溫濕度采集模塊對室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)進行采集。根據(jù)空調(diào)的命令代碼合成相應(yīng)的紅外控制信號，再將該控制信號調(diào)制到38KHZ的載波上，實現(xiàn)對紅外信號的抗干擾傳輸進而控制空調(diào)的動作。采集當(dāng)前室內(nèi)的溫度信息提供給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。該模塊用于電池電量、實時時鐘和溫濕度數(shù)據(jù)的顯示。該部分電路主要是對大量的空調(diào)控制代碼以及溫濕度數(shù)據(jù)等信息進行存儲，當(dāng)需要對空調(diào)進行調(diào)控或者需要查詢數(shù)據(jù)信息時，以前的數(shù)據(jù)就需要能夠調(diào)用出來，因此數(shù)據(jù)的存儲功能對整個終端節(jié)點的穩(wěn)定運行具有重要的作用。采用中斷的方式，用于現(xiàn)場控制，實現(xiàn)手動按鍵控制的功能。ZigBee無線模塊負責(zé)接收并轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器指令到MCU終端節(jié)點的設(shè)計DHT11相對濕度和溫度測量全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出卓越的長期穩(wěn)定性超低能耗3.3芯片選型MSP430F415216位超低功耗單片機，最低功耗時電流可達0.1uA具有10位高速AD轉(zhuǎn)換器快速通信的SPI接口以及串口實時時鐘功能3.4空調(diào)的TCS進程設(shè)計新一天開始根據(jù)日期判斷是星期幾;并將實時進程表初始化為當(dāng)天的缺省TCSFlag_vacation=2進行度假日的溫度設(shè)置是度假期間？今天是返程日么？Flag_vacation=0YAYN返程時間已到？如果是度假開始日：Flag_vacation=1Alarmclock=開始時間運行實時進程表，并定時做如下查詢：1.如果Flag_vaction=1并且alarmclock時間到，則轉(zhuǎn)A;2.如果有“今天例外”設(shè)置了，則轉(zhuǎn)B；3.如果有臨時溫度設(shè)置了，則轉(zhuǎn)C.將“今天例外”TCS調(diào)入實時進程表中至一天結(jié)束NB運行臨時溫度直至取消C溫度控制進程（下文簡稱進程或TCS）是用戶對一段時間內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)所做的計劃或者安排，一般來說是以天為最小計劃單位、以星期為周期循環(huán)。除了按星期循環(huán)的TCS之外，還會有一些例外情況需要特別處理，如“今天例外”、外出度假、和臨時溫度設(shè)置。3.5系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了對空調(diào)進行準(zhǔn)確的控制我們必須要建立一種通用性的紅外指令格式，在服務(wù)器指令與控制終端存儲器中的紅外指令之間建立一一對應(yīng)的關(guān)系，達到發(fā)送某一條服務(wù)器指令就能從存儲器中提取出對應(yīng)紅外指令的目的。幀頭（起始位）空調(diào)信息幀類型(指令類型)數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)(空調(diào)初始化數(shù)據(jù)或服務(wù)器控制命令)廠商型號CC2530簡要流程圖MSP430F4152簡要流程圖四、關(guān)于低功耗問題的解決辦法首先是硬件設(shè)計上選擇合適的集成芯片，與此同時在外圍電路上也應(yīng)該充分考慮低功耗的要求，選擇