无线窗帘开关控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

无线窗帘开关控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

成本低：因为 ZigBee 数据传输速率低，协议简单，且 ZigBee 协议免收专利费，所以大大降低了成本。 优良的网络拓扑能力： ZigBee 设备具有无线网络自愈能力， ZigBee 具有星、树和网状网络结构的能力，因此通过 ZigBee 无线网络拓扑能简单地覆盖广阔范围。 有效范围大：有效覆盖范围为 10~75m（通过功放可以在低功耗条件实现1000m 以上的通信距离），具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通家庭或办公室事环境。 工作频段灵活：使用的频段为 （全球）、 868MHz（欧洲）及 915MHz（美国），均为免护照频段。 表 ZigBee 与其他技术的比较 IrDA 蓝牙 WiFi ZigBee 工作频率 红外线 有效物理范围 20cm－ 10m 左右 25－ 100m 10m－ 100m 最大传输速率 16Mbps 1Mbps 11Mbps 250kbps, 20/40kbps 网络节点 2 7 32 65000 最大功耗 数 mw 100mw 100mw 30mw 主要用途 直线短距离遥控 个人网络 无线局域网 家庭网络 传感器网络 表 、功耗、传输速率、连接设备数上的差别和性能比较。 不难看出，无论是红外技术、蓝牙技术、无 线局域网技术还是 ZigBee技术，它们都具有各自的优缺点，能够适用于不同的应用场合。 从 表 ZigBee的应用范围是低速率远距离的。 这造就了 ZigBee低功耗信息传输的优势。 两节普通的 5号干电池可以使用 6个月到 2年的时间，免去充电和更换电池的麻烦。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 7 ZigBee节点所属类别主要分 3种，分别是协调器（ Coodinator）、路由器（ Router）、终端（ End Device）。 统一网络中至少需要一个协调器，也只能有 1个协调器，负责各个节点 16位地址分配（自动分配）。 理 论上可以连接 65536个节点。 组网方式千变万化，如图 21所示。 图 21 ZigBee组网形式 技术的应用领域 ZigBee 技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。 另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。 ZigBee 的应用领域很广，这里就不一一列举了。 随着技术日益成熟以及价格的下降， ZigBee 在大多领域取代原始的无线 是毋庸置疑的。 举个最 简单的例子，终端节点和协调器的最大通讯距离为 200 米，我们在 200 米的地方加入 1个点作为路由器，那么终端就可以通过路由器转发，也就是说通讯距离可达 400米。 而且新节点加入现有网络极为方便。 我们姑且可以先把 ZigBee 当成普通的无线模块应用。 [2] SZ05LSTD 无线数传模块 概述 顺舟科技 SZ05L系列 ZigBee无线串口通信模块，采用了加强型的 ZigBee无线技术，符合工业标准应用的无线数据通信设备，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性；可实现多设备间的数据透明传输；可组 MESH型的网状网络结构。 SZ05 系列无线通信模块数据接口包括： TTL 电平收发接口、标准串口 RS232青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 8 数据接口，可以实现数据的广播方式发送、按照目标地址发送模式，除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯，串口通信使用方法简单便利，可以大大简短模块的嵌入匹配时间进程。 本课题中使用顺舟科技生产的 SZ05LSTD ZigBee 无线数传模块 [3]， 此模块的性能特点如下： 产品主要功能： 有线 TTL、 IO与无线 ZigBee的相互转换，通过无线 ZigBee进行组网通信。 无线功能强大： 具备中 继路由和终端设备功能 无线功能强大： 具备中继路由和终端设备功能 通信距离较远： 最大视距传输距离 800米 抗干扰能力强： 串口应用灵活： 透明方式或指令格式传输，最高波特率 115200 发送模式灵活： 广播发送或目标地址发送模式可选 节点类型灵活： 中心节点、路由节点、终端节点可任意设置 组网能力较强： 星型网、树型网、链型网、网状网 网络容量较大： 16信道可选， 65535个网络 ID可任意设置 SZ05系列无线通信模块分为中心协调器、路由器和终端节点，这三类设 备具备不同的网络功能，中心协调器是网络的中心节点，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能；路由器负责数据的路由中继转发，终端节点只进行本节点数据的发送和接收。 中心协调器、路由器和终端节点这三种类型的设备在硬件结构上完全一致，只是设备嵌入软件不同，只需通过跳线设置或软件配置即可实现不同的设备功能。 本设计中使用的 终端节点 为 SZ05LSTD无线数传模块。 模块外观如图 22所示。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 9 图 22 Z05LSTD Zigbee 无线数传模块 SZ05LSTD 实物图 SZ05LSTD 无线数传模块 技术参数 本课题中使用的 SZ05LSTD 无线数传模块 可以通过软件的形式进行参数设置，这一特点使得组网更加简单易行。 可以通过软件设置网络结构，如 星型、链型、树型、网状网（ MESH）等；网络结点的 ID 地址；通信波特率等。 具体的设置方式请参考 顺舟科技公司编写的 SZ05 系列 ZigBee 嵌入式无线数传模块用户手册进行设置， 不再一一叙述。 这里列出 SZ05LSTD 无线数传模块 具体技术参数，如表 所示。 表 Z05LSTD Zigbee 无线数传模块 技术参数 无线频率 24002485M ISM 免费频段 无线速率 固定 250K 串口速率 波特率 1200115200 可设置 调制方式 DSSS 直序扩频 信道模式 16 信道（间隔 5M），可指定或自动选择最佳信道 信道检测 CSMA/CA 网络结构 星型、链型、树型、网状网（ MESH） 网络 ID 65535 个可指定 节点类型 中心节点、路由节点、终端节点可设置 发送模式 透明传输或指令格式 定位信息 RSSI IO 应用 12 个 IO 口可扩展 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 10 输入电压 DC ~5V 休眠电流 20uA( 供电 ) 发射功率 SZ05L STD： 3dbm SZ05LPRO： 18dbm 接收灵敏度 SZ05L STD： 92dbm SZ05LPRO： 92dbm 接口类型 TTL、 IO 设备天线 内置 PCB 陶瓷天线 工作温度 40℃ ~+75℃ 工作湿度 10%~90%不结露 模块尺寸 SZ05LSTD： 27mm X 17mm（长 X 宽） SZ05LPRO： 29mm X 17mm（长 X 宽） AVR 单片机 概述 ATMEL 公司是世界上著名的生产高性能、低功耗、非易失性存储器和各种数 字模拟 IC 芯片的半导体制造公司。 在微控制器方面， ATMEL 公司有基于 8051内核、 AVR 内核和 ARM 内核的三大系列单片机产品（确切地讲，最后一款应称为嵌入式微处理器）。 ATMEL 公司在其单片机产品中融入了先进的 EEPROM 电可擦除和 Flash ROM 存储器技术，使其单片机产品具备了优秀的品质，在结构、性能和功能等方面都有明显的优势。 ATMEL 公司的 AVR 是 8 位单片机中第一个真正采用 RISC 结构的单片机。 它采用了大型快速存取寄存器组、快速单周期指令系统以及单级流水线等先进技术，使得 AVR 单片机具有高达 1MIPS/MHz 的高速运行处理能力。 为了满足市场和产品的不同需求， ATMEL 公司对 AVR 单片机进行过两次的调整和改进，在对内部资源进行相应的扩展或删减的基础上，形成了以 tinyAVR、megaAVR 和 XMEGA3 大系列为主的 10 个品种、近百种型号的产品，以满足和适应各种层次的应用。 [4] 3 个大系列所有型号的 AVR 单片机都采用相同的 AVR CPU 内核架构，指令系统兼容，只是在内部资源的配备、存储器容量大小以及片内集成功能接口部件的数量和性能上有所不同。 不同型号的 AVR 单片机封装形式也不一样，引脚数最少的只有 6 脚 ，最多的达到 100 脚，价格也从几元到几十元不等，可以满足不同场合、不同应用的需求，用户可以根据需要选择。 表 给出了 3 大系列基本资源配置。 表 AVR 单片机 3 大系列基本资源配置表 8 位 AVR CPU（ RISC 架构） 存储器配备 系列 封装 Flash SRAM EEPROM 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 11 TinyAVR 6～ 32 脚 512 字节～ 8KB 32～ 512 字节 0～ 512 字节 megaAVR 28～ 100 脚 4～ 256KB 512 字节～ 16KB 512 字节～ 4 KB XMEGA 44～ 100 脚 16～ 384KB 8～ 32KB 2～ 4 KB 从表 中可以看出， megaAVR 系列单片机刚属于中档产品，其性能不仅优越，同时也有非常好的性价比。 例如，引脚数最少（ 28 脚）的 ATmega8，在市场上的价格大约 10 元人民币，却具备了 1KB 的 SRAM、 8KB 的 Flash、 512 字节的EEPROM， 2 个 8 位和 1 个 16 位共 3 个超强功能的定时 /计数器等多种功能的接口和特性。 在 AVR 系列单片机中， ATmega16 是一款中档功能的 AVR 芯片，它的引脚数为 40（ 44TQFP），在片内集成了 1KB 的 SRAM、 16KB 的 Flash、 512 字节的EEPROM， 2 个 8 位、 1 个 16 位共 3 个超强功能的定时 /计数器，以及 USART、 SPI、多路 10 位 ADC、 WDT、 RTC、 ISP、 IAP、 TWI(I2C)、片内高精度 RC 振荡器等多种功能的接口和特性。 本课题中使用的即为 ATmega16（工业级）单片机。 ATmega16 的特点 ATmega16 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8位 CMOS微控制器。 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间， ATmega16 的数据吞吐率高达 1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度 之间的矛盾。 其主要特点如下： 1) 先进的 RISC 结构  131条机器指令，且大多数指令的执行时间为单个系统时钟周期  32个 8位通用工作寄存器  工作于 16 MHz 时性能高达 16MIPS  配备只需 2个时钟周期的硬件乘法器 2) 片内含有较大容量、非易失性的程序和数据存储器  16KB在线可编程（ ISP） Flash程序存储器（擦写寿命 : 大于 10000 次）采用Boot load技术支持 IAP功能  1KB的片内 SRAM数据存储器，可实现 3级锁定的程序加密  512字节片内在线可编程 EEPROM数据存储器 （ 擦写寿命 : 大于 10000 次） 3) 片内含 JTAG 接口 ( 与 IEEE 标准兼容 )  支持符合 JTAG标准的边界扫描功能用于芯片检测；  支持扩展的片内在线调试功能；  可通过 JTAG口对片内的 Flash、 EEPROM、配置熔丝位和锁定加密实现下载编程 4) 外围接口  2个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器 / 计数器  1个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 / 计数器 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 12  具有独立振荡器的实时计数器 RTC  4通道 PWM  8路 10位 ADC  面向字节的两线接口 TWI（兼容 I2C硬件接口）  1个可编程、增强型全双工， 支持同步 /异步通信的串行接口 USART  1个可工作于主机 / 从机模式的 SPI 串行接口（支持 ISP程序下载）  片内模拟比较器  内含可编程的具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 5) 其他特点  片内含上电复位电路以及可编程的掉电检测复位电路 BOD  片内含有 1/2/4/8MHz经过标定的、可校正的 RC振荡器可作为系统时钟使用，  多达 21个各种类型的片外部中断源  有 6种休眠模式支持节电方式  工作电压范围宽： ATmega16L为 ～ ， ATmega16为 ～  运行速度快： ATmega16L为 0～ 8MHz， ATmega16为 0～ 16MHz  低功耗： ATmega16L工作在 1MHz、 3V、 25℃时的典型功耗：正常工作模式为 ，空闲工作模式为 ，掉电工作模式为 1uA。 AVR 单片机 的内核结构 本课题中的硬件平台主要以 ATmega16 单片机（工业级）为核心 ， ATmega16是 ATME。