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人工智人-家居设计-基于ARM和ZigBee的嵌入式智能系统及其在自动化生产中的应用.pdf
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人工智人-家居设计-基于ARM和ZigBee的嵌入式智能系统及其在自动化生产中的应用.pdf
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摘要
I
摘 要
ZigBee 是一种短距离无线通信技术,具有低功耗、低成本、可靠性高、网
络容量大等特点。ZigBee 网络技术广泛应用在环境监测、医疗监控、工业控制、
智能家居等领域。本文主要研究一种基于 ZigBee 和 ARM 的智能化工业控制系
统,可以实现生产自动化、远程化控制以及相关设备信息检测。在工业生产中
应用本文提出的智能化系统,可以提高生产效率,促进工厂中相关设备实现全
自动化操作,提供更加智能化的管理。
本系统主要由智能网关和 ZigBee 无线传感器网络两大部分组成。智能网关
主要负责数据的存储和处理,以及实现外部 Internet 网和 ZigBee 网络的协议转
换;ZigBee 无线传感器网络主要负责数据的采集、传输和控制。本文主要完成
了智能网关的搭建,ZigBee 模块组成网状网,以及 ZigBee 终端扩展电路的设
计。智能网关通过在 TQ2440 开发板上移植 Linux 操作系统,并构建嵌入式 Web
服务器来实现。ZigBee 无线传感器网络主要以协调器为中心节点发起新型网
络,各个 ZigBee 子模块以无线的方式自动加入网络,从而形成网状网拓扑结构。
ZigBee 终端扩展电路主要完成了缝纫机控制系统的设计,以及无线射频技术模
块 PT2262 的设计。本文还搭建了智能网关和 ZigBee 网络的测试系统,用户可
以通过手机或 PC 机登入智能网关远程控制相应设备和监测相关环境信息。经
过测试结果表明,本智能化系统实现了预期功能,达到自动化控制、远程控制
和检测的目的。此外,本系统操作简单、实用性较强。本智能化系统把 ZigBee
技术、无线射频技术、红外技术和传感技术有效地融合了在一起,增强了本系
统的功能和扩展性。
关键词:ZigBee;嵌入式系统 Linux;TQ2440;Boa;CGI;PT2262
万方数据
Abstract
II
Abstract
ZigBee is a short distance wireless communication technology, characterized by
low-power, low-cost, high-reliability, large network capability, etc. ZigBee network
technology is widely used in environmental monitoring, medical monitoring,
industrial control, smart home and other fields. This paper mainly studies a
intelligent industrial control system based ZigBee and ARM, which can realize
production automation, remote control and related equipment information detection.
The intelligent system proposed in this paper is applied in the industrial production,
which can improve the production efficiency, and realize full automation, intelligent
management.
The system mainly consists of intelligent gateway and ZigBee network. The
intelligent gateway is mainly responsible for the storage and processing of the data,
and realizes the protocol conversion of the external Internet network and ZigBee
network. ZigBee wireless sensor network is mainly responsible for the collection,
transmission and control of the data. The paper mainly completes the building of the
intelligent gateway, the composition of ZigBee mesh network, and the design of
ZigBee terminal expansion circuit. The intelligent gateway is realized by the
transplantation of Linux operating system and the construction of the embedded
Web server in the TQ2440 development board. The center node of ZigBee network
is coordinator, which launches a new network, each ZigBee sub node automatically
joining the network in a wireless way, thus forming a mesh topology. ZigBee
terminal expansion circuit mainly completes the design of the sewing machine
control system and the design of RFID module PT2262. The paper sets up a test
system of the intelligent gateway and ZigBee network, the user logging in the
intelligent gateway for remote control and monitoring corresponding environmental
information through mobile phone or PC. The test results show the system is good to
achieve the expected function, to achieve automation control, remote control and
detection. Besides, the system has the advantages of simple operation and strong
practicability. The intelligent system combines ZigBee technology, radio frequency
万方数据
Abstract
III
technology, infrared technology and sensor technology, enhancing the function of
the system and the expansion.
Key Words:ZigBee; Embedded System Linux; TQ2440; Boa; CGI; PT2262
万方数据
目录
IV
目录
第一章 绪论 ........................................................................................................... 1
第一节 无线传感器网络概述 ............................................................................... 1
1.1.1 无线传感器网络的发展历程 ........................................................................... 1
1.1.2 无线传感器网络的研究现状 ........................................................................... 2
1.1.3 无线传感器网络的特点 .................................................................................. 2
1.1.4 无线传感器网络的应用前景 ........................................................................... 3
第二节 课题提出的背景及研究意义 ................................................................... 4
1.2.1 国内外研究现状 ............................................................................................ 4
1.2.2 课题研究意义 ................................................................................................ 5
第三节 论文的主要内容及结构 ........................................................................... 5
1.3.1 论文主要内容 ................................................................................................ 5
1.3.2 论文的结构 ................................................................................................... 6
第二章 ZigBee 协议及 ARM 简介 ................................................................. 8
第一节 几种近距离无线通信技术介绍 ............................................................... 8
第二节 ZigBee 协议规范..................................................................................... 10
第三节 ZigBee 技术简介..................................................................................... 14
2.3.1 ZigBee 技术特点 .......................................................................................... 14
2.3.2 ZigBee 网络拓扑结构 ................................................................................... 15
2.3.3 ZigBee 组网技术 .......................................................................................... 17
第四节 ARM 以及嵌入式 Linux ......................................................................... 20
2.4.1 嵌入式系统及 ARM ..................................................................................... 20
2.4.2 嵌入式 Linux 操作系统 ................................................................................ 21
第五节 本章小结 ................................................................................................. 21
第三章 基于 ZigBee 网络的总体架构......................................................... 22
万方数据
目录
V
第一节 系统整体设计方案 ................................................................................... 22
第二节 系统实现的功能 ....................................................................................... 23
第三节 系统总体结构设计 ................................................................................... 24
第四节 本章小结 ................................................................................................... 26
第四章 ZigBee 网络在自动化生产中的应用 ............................................ 27
第一节 系统设计的创新点 ................................................................................... 27
第二节 ZigBee 网络系统硬件设计....................................................................... 28
4.2.1 智能网关电路设计 ....................................................................................... 28
4.2.2 ZigBee 模块电路设计 ................................................................................... 30
4.2.3 缝纫机控制系统模块电路设计 ..................................................................... 32
4.2.4 安防模块电路设计 ....................................................................................... 39
4.2.5 无线控制模块电路设计 ................................................................................ 40
第三节 ZigBee 网络系统软件设计....................................................................... 42
4.3.1 系统软件开发环境 ....................................................................................... 42
4.3.2 Linux 操作系统的移植 ................................................................................. 42
4.3.3 智能网关软件设计 ....................................................................................... 47
4.3.4 ZigBee 节点软件设计 ................................................................................... 51
第四节 本章小结 ................................................................................................... 55
第五章 系统测试与运行 .................................................................................... 57
第一节 缝纫机控制系统的测试 ........................................................................... 57
第二节 ZigBee 网络系统功能的测试................................................................... 57
第三节 ZigBee 节点通信距离的测试................................................................... 59
第四节 本章小结 ................................................................................................... 60
第六章 总结与展望 ........................................................................................... 61
第一节 工作总结 ................................................................................................... 61
第二节 下一步工作展望 ....................................................................................... 62
万方数据
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