基本信息
- 项目名称：
- 无线自组网家居智能化系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该作品是一种综合采用ZigBee无线自组网技术和以ARM为内核的无线片系统开发的无线自组网家居智能化系统，由安防、环境和远程控制等子系统组成。可集中、实时、远程、自动控制。因为系统采用的是无线通信，所以省去了布线难的麻烦。利用的是先进ZigBee无线组网技术和CC22430系统芯片，使整个网络具有低功耗、低数据率、低成本、无线传输、网络扩展性强的优点，且配置灵活、安全可靠。
- 详细介绍：
- ZigBee是一种最近新出现的无线通信技术，以短距离，低功耗，自组网能力等特点在家居系统控制领域具有广阔的市场空间。本作品根据将ZigBee无线技术应用在智能家居上，并通过因特网甚至是手机远程监控来实现智能家居设备的管理这一理念，经过分析比较选择了CC2430芯片，以其为核心开发了ZigBee无线模块和开发底板。设计了协调器与各RFD传感与控制节点的硬件电路，进行了PCB板的绘制。运用ZigBee协议栈及IAR开发工具完成了协调器和终端节点软件设计，组建了智能家居内部无线网络，实现前端信号与后端控制器之间的无线连接。结果表明，用户通过家庭网关可以实时监控和管理智能家庭设备，与现有的安防系统相比具有方便灵活及移植性好等特点。高度智能的基于ZigBee的智能家居安防系统简单到只要更换开关就可以完成安装。 设计系统应安全可靠、安装方便、操作简单，可匹配连接各种传感器、烟感器、泄漏探测器等探头。并可联成网络，方便集中防范管理，对盗警、火警、气体泄漏、紧急求助等能及时自动处理并通过GSM/GPRS告知用户。 协议栈中的网络组建主要包括系统初始化，网络拓扑更新和节点通信几个方面。家庭网关是系统的主控设备，它主导网络建立的整个过程。系统上电后，家庭网关要采集活动节点信息，并为之分配一个唯一的节点号，完成系统地址表的初始化。系统运行过程中，家庭网关要与众多传感器节点通信，并对它们进行相应的控制。除此之外，家庭网关必须能发现网络拓扑结构的改变，如传感器节点的插入和拆除，及时修改网络地址表的信息，实现网络的自组织功能。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 现代家居对智能化的要求越来越高，如果有一种技术能够集中管理安防、环境控制、家电控制，甚至能够无线抄表、照顾老人等问题，那将极大提升人们的生活质量与工作效率。ZigBee技术是近几年发展起来的一种短距离无线通信技术。该作品就是采用ZigBee技术开发的家居智能化系统，它很好的解决了上述家居生活中的问题，实现了智能化家居。 创新点：综合采用ZigBee无线自组网技术和以ARM为内核的无线片系统开发的无线家居智能化系统，可集中、实时、远程、自动进行安防监控、环境控制和家电控制。该系统具有人性化、全天候、低功耗、低数据率、低成本、无线传输、网络扩展性强，配置灵活、安全可靠等特点。 技术关键：采用ZigBee无线网络实现了系统内部网络连接，并通过嵌入式网关接入Internet、GSM/GPRS外部网络。通过对ZigBee网络拓扑和智能家居网络特点的分析，系统采用了星型网络拓扑结构。以CC2430芯片为核心器件，设计制作了ZigBee节点的硬件电路板。运用IAR开发工具，完成了星型组网的应用程序编写。 主要技术指标： 数据速率： 2.4GHz: 250kpbs; 通信范围：20－100m 通信时延：>15ms 信道数：868/915MHz:11; 2.4G:16; 寻址方式：64比特IEEE地址，8比特网络地址 温度：-40℃－85℃
科学性、先进性
- 作品的科学性和先进性在于综合采用了ZigBee无线自组网技术和以ARM为内核的无线片系统开发了无线家居智能化系统，它由看安防、环境和远程控制等子系统组成，可集中、实时、远程、自动进行安防监控、环境控制和家电控制。该系统具有人性化、全天候、低功耗、低数据率、低成本、无线传输、安全可靠等特点。解决了目前市场上相关产品功能单一，系统布线困难，不能相互协调和统一控制等技术难题。 作品采用ZigBee无线网络来实现了系统内部网络连接，并通过嵌入式网关接入Internet、GSM/GPRS外部网络，实现远程控制。通过对ZigBee网络拓扑和智能家居网络特点的分析，采用了星型网络拓扑结构，并运用IAR开发工具，完成了星型组网的应用程序编写，作品以CC2430芯片为核心器件，设计制作了ZigBee节点的硬件电路板，运用ZigBee模块设计制作了通用的节点核心板及其配套的开发底板。作品使用的ZigBee协议栈是完全开源的，它支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee协议。
获奖情况及鉴定结果
- 在河北工业大学2011“挑战杯”学生课外活动作品展示中获得特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术转让
作品可展示的形式
- 实物产品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 用户可通过ZigBee中心节点设置主机的状态： 1、安防功能。有人在家时，可单独设置防区，如有人进入或者闯入，便可产生报警。也可设置为周边防范状态，此时主机只接收门窗等周边传感器信号，室内传感器处于非工作状态，如周边有人非法闯入，主机立即向用户报警。 2、环境控制功能。当室内温度、湿度等环境指标超过设定指标时，主人可远程控制主机，进行温度、湿度调节，以达到设定指标。 综合采用ZigBee无线自组网技术和以ARM为内核的无线片系统（SOC）开发的无线家居智能化系统，可集中、实时、远程、自动进行安防监控、环境控制和家电控制。该系统具有人性化、全天候、低功耗、低数据率、低成本、无线传输、网络扩展性强，配置灵活、安全可靠等特点。 市场分析与经济效益预测： 该作品适用范围广，可通过不同节点配置应用于普通家庭、学校、精密车间、写字楼等家居和办公场所。
同类课题研究水平概述
- 目前，世界上处于领先地位的安防系统当属Honeywell Security公司开发的Honeywell智能家居系统。Honeywell智能家居系统（Home network system）是基于TCP/IP协议和Ethernet网络平台的全数字化智能家居平台。在这个平台上集成了丰富的居住环境控制及安防功能，各种功能有机统一。Honeywell传输介质为总线型，布线困难，而且为主机式集中控制系统，系统的扩展性能有限，现今处于应用阶段的主要还是那些功能相对独立的有线系统，各子系统不能相互协调，网络是封闭的，只是将原有各独立系统简单的堆砌在一起，严格意义上讲，不符合智能家居系统的含义。智能家居系统应是一个多功能开放的技术系统，众多的功能子系统间还要具有协同配合的能力和便于增容的能力，基于无线网络的系统只能实现部分功能，有待于集成，如丹麦NESA公司实施的基于ZigBee技术的自动抄表（AMR）系统、瑞典在哥特堡（Gothenburg）实施的基于ZigBee家户的自动抄表系统。 开放的无线网络以及系统高度集成化是家居智能化的发展趋势。ZigBee技术是近几年发展起来的一种短距离无线通信技术，具有短距离、低功耗、低数据率、低成本、安全可靠、自组网等优点。尽管国内不少人已经开始关注ZigBee这门新技术，而且也有不少单位开始涉足ZigBee技术的开发工作。但由于ZigBee 本身是一种新的系统集成技术，应用软件开发必须和网络传输、射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起，难度较大。到目前为止，该技术在国内并没有真正像国外那样得到广泛应用。但是，由于ZigBee技术的诸多优点，构建基于ZigBee技术的智能家居系统是家居智能化发展的必然趋势。
