
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

Беспроводная система управления освещением на базе протокола ZigBee

Работа №	108199
Тип работы	Магистерская диссертация
Предмет	автоматика и управление
Объем работы	72
Год сдачи	2020
Стоимость	5550 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	97

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

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

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.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

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.

Литература

1. Используем ZigBee в Home assistant // indahomekit.ru URL: https://www.indahomekit.ru/2019/01/10/ispolyzuem-zigbee-v-home-assistant/ (дата обращения: 17.05.2019).
2. Анисимов Дмитрий Владимирович. Механизм распределенного доступа к среде передачи данных, обеспечивающий стабилизацию пропускной способности на максимальных значениях при высокой нагрузке в сетях стандарта IEEE 802. 11 // T-Comm. 2016. №10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mehanizm-raspredelennogo-dostupa-k-srede- peredachi-dannyh-obespechivayuschiy-stabilizatsiyu-propusknoy-sposobnosti- na-maksimalnyh
3. Бобин А.Ю., Борисов А.П. Исследование помехозащищенности сетей ZigBee // Информационное пространство в аспекте гуманитарных и технических наук - 2015 / Материалы междисциплинарной межвузовской конференции студентов, магистрантов и аспирантов. Барнаул, 2015. - С.7 - 9
4. Коптев Д.С., Щитов А.Н., Шевцов А.Н. Сравнительный анализ наиболее перспективных стандартов беспроводных сетей связи // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2016. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnyy-analiz-naibolee-perspektivnyh- standartov-besprovodnyh-setey-svyazi
5. Кукунин Сергей Валерьевич, Лысенков Николай Александрович. Система дистанционного управления техническими устройствами на основе технологии ZigBee // АСУ и приборы автоматики. 2010. №152. URL: https: //cyberleninka.ru/article/n/sistema-distantsionno go-upravleniya- tehnicheskimi-ustroystvami-na-osnove-tehnologii-zigbee
6. Легков К. Е. Методы повышения производительности беспроводных mesh-сетей специального назначения // T-Comm. 2017. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-povysheniya-proizvoditelnosti-besprovodnyh-mesh-setey-spetsialnogo-naznacheniya-1
7. Самойлов Дмитрий Олегович, Семенов Валерий Дмитриевич, Упаев Антон Борисович, Федотов Владимир Александрович. Беспроводная система охранно-пожарной сигнализации с использованием технологий ZigBee и GSM // Доклады ТУСУР. 2011. №2-2 (24). URL: https:ZZcyberleninka.ru/articleZn/besprovodnaya-sistema-ohranno-pozharnoy- signalizatsii-s-ispolzovaniem-tehnologiy-zigbee-i-gsm
8. Соколов Михаил, Воробьев Олег. Реализация беспроводных сетей на основе технологии ZigBee стандарта 802.15.4 // Компоненты и Технологии. 2005. №46. URL: https:ZZcyberleninka.ru/articleZn/realizatsiya- besprovodnyh-setey-na-osnove-tehnologii-zigbee-standarta-802-15-4
9. Шнайдер Дмитрий Александрович, Крахмалев Евгений Игоревич, Кинаш Александр Викторович. Организация распределенной системы управления уличным освещением на основе беспроводной сети стандарта ZigBee // Вестник ЮУрГУ. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2010. №2 (178). URL: https:ZZcyberleninka.ruZarticleZn/organizatsiya-raspredelennoy-sistemy- upravleniya-ulichnym-osvescheniem-na-osnove-besprovodnoy-seti-standarta- zigbee
10. Аладов Андрей Вальменович, Валюхов Владимир Петрович, Закгейм Александр Львович, Черняков Антон Евгеньевич, Цацульников Андрей Федорович. Динамически управляемые светодиодные источники света для новых технологий освещения // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2014. №4 (206). URL: https:ZZcyberleninka.ruZarticleZn/dinamicheski-upravlyaemye-svetodiodnye- istochniki-sveta-dlya-novyh-tehnologiy-osvescheniya
11. Крахмалев Евгений Игоревич. Энергосервис в системах уличного освещения: технико-экономические аспекты // Вестник ЮУрГУ. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2012. №35. URL: https:ZZcyberleninka.ru/articleZn/energoservis-v-sistemah-ulichnogo-osvescheniya-tehniko-ekonomicheskie-aspekty
12. Rusbase. [Электронный ресурс]: документация. - режим доступа: https: //rb. ru/opinion/umnyj-svet-ekonomen/
13. Официальный сайт фирмы Arduino Software [Электронный ресурс] URL: http://arduino.cc (Дата обращения: 02.02.2020).
14. Барашко, О.Г. Проектирование систем домашней автоматизации: учеб. пособие. / О. Г. Барашко, А. В. Овсянников. - «Белорусский государственный технологический университет», 2006 - 57с.
15. Баранов В. Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, прораммы, 2-е изд. испр. - М.: Издательский дом "ДодэкаХХГ, 2014. - 288 с.
...