基于ZigBee技术的安全智能灯控系统的设计与实现

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lx19880614
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近年来因为全球能源短缺、气候变迁,节能减排已成为全民运动,而家庭的用电节能更是其中重要的一环。一般家庭用电中,与照明相关的部分占了很大的比重。照明的灯光明暗度除了对于人类的视觉上有明显的差异外,对于能源的消耗上也有明显的不同。要如何透过无线网络技术加以有效地运用及管理,是本论文探讨的主题。随着半导体与无线通信技术不断的进步,已提供多种完整的无线网络解决方案。其中Zigbee具有拓扑能力强、低功耗、低成本及有效传输率等特性,故已广泛应用在数字家庭、绿色建筑、工业控制及环境监控等领域。而具有SoC特性的Zigbee无线感测网络产品,更已是市场主流,因此选为灯控系统的控制骨干。首先,本论文完成一个以Zigbee感测网络为架构的家庭无线灯控系统,以“无线”方式取代“有线”的布建,以“数字”方式取代“模拟”信号控制。选用的芯片系统可同时支持IEEE及JenNet的通讯协定。PHY及MAC层是采用802.15.4的标准,而网络及安全到应用层是采用JenNet的标准,并提供API作为应用程序的开发。在网络的架构上,使用父-子关系架构,包含了一个coordinator,多个 router 以及 end device 组件。其中 coordinator 可与 host PC 连接,做整个网络的设定与控制,并且提供与蓝牙设备的沟通机制,可以让具有蓝牙功能的设备例如像手机直接控制整个系统。而router则除了连结灯具控制外,还负责传递coordinator信息给其他网络上的节点以及初始网络架构的建立。其优点是能提供更为弹性的网络拓朴,以方便灯具的增减。End device组件则是用来实现网络的独立遥控设备,可进入休眠状态,以达到节能的效果。其次,随着智能设备和云计算的普及,当前的智能控制往往需要实现基于远程遥控的方式。为了进一步实现这个需求,本文实现了一种基于腾讯云环境的手机遥控系统,能够在基于HTML5技术的基础上,对家庭内部ZigBee网络进行远程遥控。最后,针对云端的安全问题,本文也给出了对应的防护策略。实际实验结果证明了除了照明控制以外,本系统也可达到节能的效果,同时,系统实现了基于云端的互联网控制,并且兼顾了其中的安全问题。
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