基于ARM与ZigBee技术的智能家居系统设计

【摘要】从周口店的山顶洞到半坡遗址的茅草屋，从汉唐的未央宫、大明宫到明清故宫，人类追逐更好居住环境的脚步从未停止。二十一世纪以来，现代科学技术的飞速发展使人类由工业化时代迈入信息时代。人们追求更宜居的生活环境和高品质的生活，这种需求催生出了智能家居系统的出现。智能家居系统将各种传感器、电子电气设备通过网络连接起来，组成一个可实现家居环境监测、家居设备自动化以及家居安防等功能的综合管理系统。目前，基于ARM体系结构的CPU芯片广泛应用在嵌入式系统的应用领域，同时ZigBee技术在无线传感器网络的应用方面独占鳌头，这两种技术在智能家居领域有着举足轻重的作用。本文设计并实现了基于ARM与ZigBee技术的智能家居系统。文章首先介绍了智能家居系统的研究背景及国内外研究现状，随后分别介绍了基于ARM架构的嵌入式技术的优点，以及ZigBee对于Wi-Fi、红外、蓝牙等无线传感器网络技术的技术优势，并依此确定了智能家居系统的总体设计框架。依照此框架，本文重点介绍智能家居系统中嵌入式网关以及无线传感网节点的硬件电路设计、Z-Stack协议栈的移植与开发等工作。智能家居系统中嵌入式网关的CPU选用基于ARM架构的S3C6410X芯片，操作系统选用开源且移植性强的Linux系统。与传统网关相比，嵌入式网关具有更友好的人机界面以及更低的功耗。为提高嵌入式系统的稳定性，本文在PCB板卡设计过程中，针对特殊的高速信号线进行信号完整性分析。本文以ZigBee节点组建家庭个域网，ZigBee节点选用CC2530芯片作为CPU，并在其外围添加了传感器及检测电路，通过移植开发Z-Stack协议栈实现个域网组网和数据采集等功能。最后，本文在实验室模拟家居场景，对智能家居系统进行了功能测试。测试结果表明：智能家居系统操作便捷、稳定可靠，符合预期设计目标。本系统具有一定的市场应用前景和实用价值，为新一代智能家居系统的设计与应用提供了技术支持和实际案例。
【作者】冯剑锋；
【导师】赵晓晖；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】智能家居；嵌入式系统；ZigBee；ARM；

【参考文献】
[1]周笛.论新闻事件的电影改编[D].中国艺术研究院,电影学,2012,硕士.
[2]郭承来.跨国并购：动机、功能与绩效——基于中国上市公司的经济分析[D].河南大学,国民经济学,2004,硕士.
[3]孙开钊.北京市生活固体废弃物物流网络研究[D].北京交通大学,2007.
[4]张媛媛.《百种神秘感觉》中亚裔女性的自我重塑研究[D].河北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[5]王喆.我国上市公司并购创造价值的实证研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[6]李艳飞.Z值评价川崎病患儿冠状动脉损害的研究[D].吉林大学,儿科学,2013,硕士.
[7]周昊.GSI三维变分同化技术在降水预报中的应用[D].南京信息工程大学,气象学,2012,硕士.
[8]李萌,王云.价值方法论在实践中的运用——以江西华西村发展为例[J].商,2014,07:252.
[9]李梦辰.意识形态诱因下英国工党社会保障制度的改革[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[10]潘祖义.钻采院办公自动化系统的研制[D].大连理工大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[11]张宏良.烟气轮机动叶片叶身数控加工方法研究[D].兰州理工大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[12]张岫锋.磷酸二铵消费者重复购买意向影响因素实证研究[D].辽宁工程技术大学,企业管理,2012,硕士.
[13]钟丽雪.GD农发行非物质激励作用下知识员工忠诚度研究[D].广东财经大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[14]钱澄浩.基于三维磁场测量的全并联AT牵引网故障定位方法研究[D].西南交通大学,轨道交通电气化与自动化,2013,硕士.
[15]司婷婷.温敏性壳聚糖凝胶预防兔屈肌腱粘连的实验研究[D].第二军医大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[16]袁静.基于融知发酵模型的组织知识需求、获取与管理研究[D].天津大学,2005.
[17]杜晓燕.二晏词比较研究[D].内蒙古师范大学,中国古代文学,2012,硕士.
[18]赵伯友,王德让.引嘉入汉新话题[J].陕西水利.1997(04)
[19]郭文勇,肖立业,戴少涛.集成SMES和CS-SGSC的双馈型风力发电系统[J].电力系统自动化,2012,14:101-107.
[20]任婕.现代汉语“前+X”结构的面貌、系统属性及其历史来源[D].四川外国语大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[21]夏林锋.基于分布式机器人体系结构的逆向增强学习技术[D].浙江大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[22]王玉杰.大学生生涯控制点问卷的编制以及初步应用[D].华中师范大学,应用心理,2014,硕士.
[23]甘慧春.江苏省物流企业低碳化运营的影响因素分析[D].江西财经大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[24]蒋萍.我国家电企业核心竞争力评价指标体系研究[D].湖南工业大学,企业管理,2012,硕士.
[25]谭春归.F*-子群或s-拟正规嵌入子群对有限群结构的影响[D].广西师范大学,基础数学,2013,硕士.
[26]常红.基于65nm SRAM的低失调灵敏放大器的分析与设计[D].安徽大学,电路与系统,2014,硕士.
[27]刘富兴.吉林省中学女篮专项身体素质现状的调查与分析[D].东北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[28]单单.双向轴流泵水力模型的设计与特性分析[D].华中科技大学,流体机械及工程,2013,硕士.
[29]张欣.《联合国独立保函和备用信用证公约》与URDG、UCP500、ISP98的比较研究[D].对外经济贸易大学,国际贸易,2004,硕士.
[30]王娟.论曾繁仁生态美学观[D].安徽大学,文艺学,2013,硕士.
[31]张旭迎.融资视角下企业财务可持续增长危机预警研究-以沪深A股为例[D].华东交通大学,会计学,2013,硕士.
[32]陈洪林.生物质燃烧结渣特性的试验研究[D].郑州大学,热能工程,2013,硕士.
[33]周丹.宋代金曲《念奴娇》词研究[D].兰州大学,中国古代文学,2013,硕士.
[34]魏述芹.语文合作学习研究[D].曲阜师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[35]张衡,秦春节,胡夏夏.框架浮筏功率流的有限元分析[J].轻工机械,2013,01:32-35.
[36]顾赛麒1,丁玉庭1,王锡昌2,姜文梦2,张晶晶2.电子舌在中华绒鳌蟹产地鉴别及等级评定上的应用[J].食品科学.
[37]周英,王文强,朱立新.断层封堵分析技术在油气地质勘探中的应用[J].石油地球物理勘探,1998,05:649-657+706.
[38]张日东,王树青.基于神经网络的非线性系统多步预测控制[J].控制与决策,2005,03:332-336.
[39]雷娅.非线性偏微分方程的Painlevé分析及其精确解[D].宁波大学,应用数学,2013,硕士.
[40]姜志良.组合式外固定器联合有限截骨治疗膝内翻畸形的疗效分析[D].遵义医学院,外科学（专业学位）,2012,硕士.
[41]王东广.基于低空遥感影像的建设用地变化检测研究[D].南京大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[42]杨志强.改性纳米HZSM-5分子筛催化剂乙苯乙基化反应性能的研究[D].大连理工大学,工业催化,2004,硕士.
[43]曹晓燕.高度择优取向铁电铌酸锶钡薄膜的制备及其性能研究[D].浙江大学,光学工程,2004,硕士.
[44]司徒博.基于等位基因特异性扩增—电化学传感技术检测肿瘤细胞BRAF基因V600E突变的方法学研究[D].南方医科大学,临床检验诊断学,2012,硕士.
[45]刘雷.螺杆钻具性能正向检测系统研究[D].沈阳工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[46]张永庆,王伟.煤输送过程的计算机控制策略[J].冶金自动化,2003,02:40-43.
[47]周春敏.高中英语任务型课堂教学模式的探索和实践[D].华东师范大学,教育,2003,硕士.
[48]林形形.含苯并咪唑结构聚醚醚酮的合成及其膜性能研究[D].浙江工业大学,2010.
[49]闫文轩.纺织类高校图书馆微信公众平台应用现状与发展策略研究[J].科技情报开发与经济,2015,03:12-14.
[50]王健.双馈风力发电机低电压穿越控制策略研究[D].扬州大学,电机与电器,2012,硕士.