基于ZigBee的Android智能宿舍用电控制系统.docxVIP

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基于ZigBee的Android智能宿舍用电控制系统

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董燚，女，生于1999年02月，汉族，重庆云阳人，江苏大学本科在读，测控技术与仪器专业

基金项目：江苏大学第十八批大学生科研立项资助项目，项目编号：18B050

摘要：基于ZigBee的Android智能宿舍用电控制系统设计，利用ZigBee组网技术组成网络拓扑结构，很好地解决了传统数据采集控制系统的不足。该系统安装方便，组网稳定，可靠性高，上手简单，便于宿舍用电控制，人员检测、火灾报警以及数据的实时接收并查看，实现了宿舍管理的现代化、信息化。

关键词：ZigBeeAndroid智能宿舍

高校的不断扩张在大量吸引人才的同时也建起了数量不少的宿舍楼，高校宿舍楼用电是校园电能消耗的重要组成部分。学生在追求宿舍舒适环境的同时也造成了电能浪费的现象。宿舍内大功率设备的使用,宿舍内“无人灯”“无人风扇”等现象的存在,都使得宿舍楼用电过度出现用电浪费现象,尤其是大功率设备的使用也会使得宿舍出现一定的安全隐患。

为此，本文提出一套能有效解决高校宿舍用电浪费及用电安全的智能宿舍用电控制系统。本文以ZigBee技术为基础组成传感器节点网络，实现楼栋的宿舍用电情况检测、火灾报警。并使用Android开发后台软件，将传感器检测到的结果反馈给后台软件，以便学生和宿管在手机上可以实时了解宿舍情况。该系统通过ZigBee模块实现组网，在宿舍采用CC2530为核心的半载单片机，通过热释电人体红外传感器和烟雾浓度传感器来实现对宿舍的宿舍人员流动监控、火灾报警等功能。学生宿舍每栋楼为多层，每层有多间寝室，可以在每个房间内安装节点，与楼层的其余节点组成网络拓扑结构。

1、ZigBee简介

ZigBee是一种短距离、低功耗、低成本、低复杂度的无线网络技术。其协议栈是参考标准的开放系统互连模型而设计的，主要包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层。物理层和媒质访问控制层规范来自IEEE802.15.4标准，它具有IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本低。ZigBee网络支持海量节点入网，通过采用簇状或网状的网络拓扑结构，利用路由器中继数据包，可以极大扩展网络覆盖范围，使得节点间的通信距离扩展到数百米甚至几千米远。

图1ZigBee协议栈结构图2ZigBee网络拓扑结构

2、终端节点设计

终端节点包括传感器模块和ZigBee模块，对信息进行采集、处理与传送。

传感器模块：

热释电红外传感器：人体辐射的红外线中心波长为9~10um，传感器波长灵敏度在7~10um，正好适合于人体红外辐射的探测，当检测范围内无人时，热释电红外传感器只能感受到环境温度；当检测范围内有人时，热释电红外传感器捕捉到环境温度和人体温度的差异信号，实现对人体的检测。

NIS-07烟雾传感器：通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化，从而宏观表现为电离室的等效电阻增加引起电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。与其他同类型传感器相比，其灵敏度更高、稳定性更好、响应更快、驱动电路更简单。

ZigBee模块：采用CC2530，CC2530有多个信道可供选择，支持ZigBee2007/PRO协议栈，使得运用CC2530设计的节点通信距离更远，组网性能更稳定可靠，具有低功耗、稳定性好、抗干扰能力等优点，符合该系统需求。

3协调器节点设计

该节点主要由CC2530控制器、ESP8266模块、存储器模块、时钟模块等组成，负责终端节点的信息采集、汇总、上报。CC2530作为控制芯片，用来分析和判断宿舍内环境情况。ESP8266是一个完整且自成体系的Wi-Fi网络解决方案，片内高度集成，所需外部电路少，负责协调器与手机终端服务器的信息远程通信。

4终端节点设计

该节点负责信息的采集与上报。

热释电红外传感器安装在门上，实时检测宿舍人员情况，并上报信息给协调器。NIS-07烟雾传感器实时检测宿舍空气中的烟雾状况，当宿舍发生火灾或者有人在宿舍吸烟时，气体中烟雾粒子浓度达到阈值，触发终端节点的蜂鸣器，并把警告上报服务器。

热释电红外传感器接入电源后，开始自动对人体发射的红外线进行检测，输出对应的二进制数字信号，NIS-07烟雾传感器输出模拟信号，由数模转换模块将电压模拟值转换为数字信号进行烟雾浓度的判定。

5、工作流程图：

6、用户端设计

主界面分别通过三个Button组件完成用户的登录、注册与退出功能。用户可根据自身情况完成注册与登录，注册时分为学生和宿管两种身份，学生只能查看与控制本宿舍，宿管则可以对所在楼栋进行查看与控制。系统完成验证后,启动主界面中智能宿舍控制系统的功能按钮