📄Работа №108199
Тема: Беспроводная система управления освещением на базе протокола ZigBee
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Автоматика и управление
Объем:
72 листов
Год:
2020
Просмотров:
279
5550
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
1. Актуальность. Состояние вопроса 5
2. Общие сведения о технологии ZigBee и модулях xBee 7
3. Работа модуля 11
3.1. Последовательный интерфейс 11
3.1.1. Передача данных UART 11
3.1.2. Управление передачей 11
3.1.2.1. Буфер обмена 11
3.1.2.2. Прозрачный режим (Transparent Operation) 12
3.1.2.3. Режим API (API Operation) 12
3.1.3. Работа в сети 802.15.4 13
3.1.3.1. Режим NonBeacon 13
3.1.3.2. Ассоциация 14
3.1.4. Режимы функционирования 15
3.1.4.1. Режим ожидания (Idle Mode) 15
3.1.4.2. Режимы приема и передачи 16
3.1.5. Прямая и косвенная передача 16
3.1.5.1. Прямая передача 16
3.1.5.2. Косвенная передача 16
3.1.6. Алгоритм передачи 17
3.2. IEEE 802.15.4 17
3.2.1. Подтверждение передачи 17
3.2.2. Конфигурирование модуля 18
4. Общие сведения о технологии ZigBee и модулях cc2530 19
4.1. СС2530 - ZigBee-трансивер 19
4.1.1. Основные характеристики 19
4.1.2. Частота и полосы пропускания 21
4.1.3. Протоколы и стандарты 21
4.1.4. Необходимые компоненты и программное обеспечение для работы 22
4.2. Порядок исследования 24
4.2.1. Прошивка модуля на версию ZNP CC2530 24
4.2.2. Настройка модуля на модифицированную версию ZNP CC2530, способную посылать данные по UART 25
4.3. Прошивка модуля средствами IAR 26
5. Системы-аналоги 27
5.1. MajorDoMo 27
5.2. OpenHab 28
5.3. ioBroker 28
5.4. Domoticz 28
5.5. Home Assistant 29
5.6. Особенности работы платформ «Умный дом» 30
6. Разработка собственного образца сетевой системы 32
6.1. Работа с уровнем аппаратных абстракций 32
6.1.1. Общие сведения о HAL 32
6.1.2. HAL в сс2530 34
6.2. Отладка системы «Коородинатор - Роутер» 40
6.3. Разработка системы из двух модулей (архитектура точка-точка) 40
6.4. Разработка модели сети с тремя узлами (каждый с каждым) 49
6.5. Работа при прошивке нескольких модулей по ролям 50
6.5.1. Прошивка через CCDebugger 50
6.5.2. Подключение к USB 50
7. Исследования работы модулей сс2530 57
7.1. Исследование зависимости сигнала от дальности связи (RSSI) 57
7.2. Концентрация устройств в помещении 59
7.3. Устойчивость к помехам 60
7.4. Энергопотребление при длительной работе 60
Заключение 66
Список используемой литературы 67
2. Общие сведения о технологии ZigBee и модулях xBee 7
3. Работа модуля 11
3.1. Последовательный интерфейс 11
3.1.1. Передача данных UART 11
3.1.2. Управление передачей 11
3.1.2.1. Буфер обмена 11
3.1.2.2. Прозрачный режим (Transparent Operation) 12
3.1.2.3. Режим API (API Operation) 12
3.1.3. Работа в сети 802.15.4 13
3.1.3.1. Режим NonBeacon 13
3.1.3.2. Ассоциация 14
3.1.4. Режимы функционирования 15
3.1.4.1. Режим ожидания (Idle Mode) 15
3.1.4.2. Режимы приема и передачи 16
3.1.5. Прямая и косвенная передача 16
3.1.5.1. Прямая передача 16
3.1.5.2. Косвенная передача 16
3.1.6. Алгоритм передачи 17
3.2. IEEE 802.15.4 17
3.2.1. Подтверждение передачи 17
3.2.2. Конфигурирование модуля 18
4. Общие сведения о технологии ZigBee и модулях cc2530 19
4.1. СС2530 - ZigBee-трансивер 19
4.1.1. Основные характеристики 19
4.1.2. Частота и полосы пропускания 21
4.1.3. Протоколы и стандарты 21
4.1.4. Необходимые компоненты и программное обеспечение для работы 22
4.2. Порядок исследования 24
4.2.1. Прошивка модуля на версию ZNP CC2530 24
4.2.2. Настройка модуля на модифицированную версию ZNP CC2530, способную посылать данные по UART 25
4.3. Прошивка модуля средствами IAR 26
5. Системы-аналоги 27
5.1. MajorDoMo 27
5.2. OpenHab 28
5.3. ioBroker 28
5.4. Domoticz 28
5.5. Home Assistant 29
5.6. Особенности работы платформ «Умный дом» 30
6. Разработка собственного образца сетевой системы 32
6.1. Работа с уровнем аппаратных абстракций 32
6.1.1. Общие сведения о HAL 32
6.1.2. HAL в сс2530 34
6.2. Отладка системы «Коородинатор - Роутер» 40
6.3. Разработка системы из двух модулей (архитектура точка-точка) 40
6.4. Разработка модели сети с тремя узлами (каждый с каждым) 49
6.5. Работа при прошивке нескольких модулей по ролям 50
6.5.1. Прошивка через CCDebugger 50
6.5.2. Подключение к USB 50
7. Исследования работы модулей сс2530 57
7.1. Исследование зависимости сигнала от дальности связи (RSSI) 57
7.2. Концентрация устройств в помещении 59
7.3. Устойчивость к помехам 60
7.4. Энергопотребление при длительной работе 60
Заключение 66
Список используемой литературы 67
📖 Введение
В наше время с постоянно возрастающим темпом идёт информатизация общества. Технологии всё плотнее и плотнее входят в нашу жизнь. Однако в основном своём большинстве, устройства, использующиеся для передачи и обработки информации в быту, на заводах и предприятиях, на улицах и внутри отдельных зданий до сих пор требуют прокладки не только силовых питающих кабелей, но также и информационных кабелей управления.
Сейчас наиболее широко распространёнными методами беспроводной передачи информации является использование технологии Wi-Fi, Bluetooth и GSM/GPRS. Однако, по интегральному сочетанию стоимости, функциональных возможностей и габаритных размеров есть огромное количество применений, когда данные технологии крайне невыгодны.
В конечном исполнении альтернативное беспроводное устройство должно содержать высокоинтегрированный приёмопередатчик, к которому можно предъявить следующие требования:
• устойчивая двухсторонняя связь;
• дальность работы - 5 метров и более;
• малые габаритные размеры;
• низкое энергопотребление;
• невысокая цена для конечного пользователя;
• встроенный процессор для произведения локальных вычислений.
Таким условиям отвечает разработанный в 2001 году новый стандарт от ведущего института IEEE 802.15.4, который определяет функционирование беспроводных сетей, работающих на низкой скорости Low-Rate Wireless Personal Area Network (или LR-WPAN).
Стандарт IEEE 802.15.4 получил торговое название ZigBee (пчела, летающая зигзагом; связано с топологией сети). Всего за стандартом было закреплено 27 каналов в трёх диапазонах частот. Глобальный ISM диапазон, т.е. 2,4 ГГц (2400-2483,6 МГц) содержит 16 каналов и один дополнительный диапазон в Соединённых Штатах Америки - 915 МГц (10 каналов). Отдельным звеном стоит европейский одноканальный поддиапазон на 868 МГц. Скорость передачи данных тут между устройствами напрямую зависит от числа каналов, которые заняты, и колеблется от 20 до 256 кбит/с.
В данной работе исследованы принципы работы технологии ZigBee, а также основанные на этой технологии приёмопередатчики фирмы XBee и Texas Instruments. Показана возможность интеграции модулей в различные устройства для удалённого сбора необходимых данных, обработки информации и управления ими. Среднее потребление модуля составляет примерно 3 мВт*ч при дальности передачи 30-50 м.
Данная технология оправдана и экономически эффективна для таких систем, требующих автономности и относительно невысокой скорости передачи данных, как автоматизированные системы контроля и учёта, систем управления освещением и отоплением и другие.
Сейчас наиболее широко распространёнными методами беспроводной передачи информации является использование технологии Wi-Fi, Bluetooth и GSM/GPRS. Однако, по интегральному сочетанию стоимости, функциональных возможностей и габаритных размеров есть огромное количество применений, когда данные технологии крайне невыгодны.
В конечном исполнении альтернативное беспроводное устройство должно содержать высокоинтегрированный приёмопередатчик, к которому можно предъявить следующие требования:
• устойчивая двухсторонняя связь;
• дальность работы - 5 метров и более;
• малые габаритные размеры;
• низкое энергопотребление;
• невысокая цена для конечного пользователя;
• встроенный процессор для произведения локальных вычислений.
Таким условиям отвечает разработанный в 2001 году новый стандарт от ведущего института IEEE 802.15.4, который определяет функционирование беспроводных сетей, работающих на низкой скорости Low-Rate Wireless Personal Area Network (или LR-WPAN).
Стандарт IEEE 802.15.4 получил торговое название ZigBee (пчела, летающая зигзагом; связано с топологией сети). Всего за стандартом было закреплено 27 каналов в трёх диапазонах частот. Глобальный ISM диапазон, т.е. 2,4 ГГц (2400-2483,6 МГц) содержит 16 каналов и один дополнительный диапазон в Соединённых Штатах Америки - 915 МГц (10 каналов). Отдельным звеном стоит европейский одноканальный поддиапазон на 868 МГц. Скорость передачи данных тут между устройствами напрямую зависит от числа каналов, которые заняты, и колеблется от 20 до 256 кбит/с.
В данной работе исследованы принципы работы технологии ZigBee, а также основанные на этой технологии приёмопередатчики фирмы XBee и Texas Instruments. Показана возможность интеграции модулей в различные устройства для удалённого сбора необходимых данных, обработки информации и управления ими. Среднее потребление модуля составляет примерно 3 мВт*ч при дальности передачи 30-50 м.
Данная технология оправдана и экономически эффективна для таких систем, требующих автономности и относительно невысокой скорости передачи данных, как автоматизированные системы контроля и учёта, систем управления освещением и отоплением и другие.
✅ Заключение
К достоинствам технологии ZigBee следует отнести хорошую масштабируемость, возможность самовосстановления в случае сбоев и простоту настройки. Это так, поскольку ZigBee-устройства при включении питания благодаря специальному алгоритму, реализуемому встроенным программным обеспечением, умеют сами находить друг друга и формировать сеть, а в случае выхода из строя какого-либо из узлов умеют устанавливать новые маршруты для передачи сообщений. Таким образом, технология Zigbee может быть использована как для реализации простых соединений «точка- точка» и «звезда», так и для образования сложных сетей с топологиями «дерево» и «ячеистая сеть». При применении 64-разрядной адресации, кстати, свойственной 1-Wire-технологии, в единую сеть могут быть объединены свыше 60 тысяч ZigBee-устройств.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.