编号：
HJJ-51-2021-009-LW
设计摘要：
近些年来，科技和工业迅猛发展，使人们的生活变得更加舒适便捷。人们注重的点逐渐从温饱问题转向到家居环境的健康和安全问题，但传统的环境数据采集需要大量布线，并且不易维护。本课题是要设计一种基于ZigBee通信的家居环境检测系统，该系统总体可分为两块，即主机和从机。其中从机端包括STC89C52芯片、ZigBee模块、甲烷传感器MQ-4、光敏电阻、人体红外等。主机部分包括STC89C52芯片、ZigBee模块、LCD1602、蜂鸣器、按键等，从机上的传感器测得的环境数据通过ZigBee模块发送至主机，主机中的ZigBee模块做协调器作用，在收到环境数据后，显示在LCD1602上，使用户实时了解室内环境信息，当检测到室内甲烷浓度超过阈值或红外装置检测到人体时，蜂鸣器开始报警，甲烷浓度阈值可以通过按键调节。通过程序编写和实物测试，达到了设计要求。
关键词：单片机；ZigBee；A/D转换电路；DHT11；家居环境
字数：8000+
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目录
摘要
Abstract
1绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.2 国内外发展概况及研究方向
1.3 本文研究内容及章节安排
2系统总体方案设计
2.1 系统框图设计
2.2 系统功能概述
2.3 研究思路与方法
3环境数据检测与ZigBee模块
3.1环境数据检测
3.1.1 气体传感器
3.1.2 温湿度传感器
3.1.3 光照强度传感器
3.1.4 A/D转换芯片选择
3.2 ZigBee模块
3.2.1 ZigBee介绍
3.2.2 CC2530
3.2.3 ZigBee协议的实现
3.2.4 ZigBee组网过程
4系统硬件电路设计
4.1主机硬件电路设计
4.1.1单片机最小系统设计
4.1.2按键电路设计
4.1.3 LCD显示设计
4.1.4 报警电路设计
4.1.5 协调器节点设计
4.2 从机硬件电路设计
4.2.1 AD转换电路
4.2.2 红外电路设计
4.2.3有害气体浓度检测电路设计
4.2.4温湿度检测电路设计
4.2.5光照强度检测电路设计
4.2.6终端节点电路设计
5 系统软件设计
5.1系统主程序设计
5.2系统子程序设计
5.2.1显示程序设计
5.2.2 按键程序设计
5.2.3 蜂鸣器报警程序设计
5.2.4中断程序设计
5.2.5协调器程序设计
5.2.6终端节点
6 硬件调试及分析
结论
参考文献
致谢
附录
附录1原理图
附录2程序
1绪论
1.1 课题的研究背景与意义
随着工业科技的飞速发展，人们的生活环境和思想得以改变，现在的人们更加追求身体健康和环境舒适，所以人们对于室内环境的要求也越来越高，安全良好的家居环境成为必要[1]。对于家居环境的测量必须具有准确性和时效性，才能使人们及时做出相应的举措，但传统的室内环境检测设施具有很多缺陷，如体积大，精度低，时效性差等，已难以满足当代人们的需求[2]。而如今无线通信发展较为成熟，如最常见的蓝牙和WIFI，这两种通信方式已近在智能家居中有所应用[3]。无线通信不管是前装还是后装、毛坯房或是精装房都可以安装，且成本低廉、拓展性高。ZigBee相比WIFI较为冷门，在近年来发展较快，其低功耗、低成本、易组网和传输稳定等优点，在家居环境检测和智能家居行业发展潜力巨大。
本文研究了基于ZigBee的家居环境检测系统，本系统使用单片机控制传感器的数据采集和ZigBee的无线通信。此研究的主要意义是：它不同于传统的家居环境检测方式，省去了室内布线的麻烦，且维护简单，成本较低，能够使用户实时了解室内温湿度、光照强度等环境变化情况[4]。考虑到用户的安全，增加了气体传感器和人体红外，分别检测室内的甲烷浓度和是否有人进入，并实现控制报警，使用户可以及时做出处理[5]。
1.2 国内外发展概况及研究方向
智能家居是近些年来的热点研究方向。国外现有的家居环境检测产品很多都是以有线作为房间的内部网络，且线路布置比较麻烦，布置终端节点需要大量的线缆[6]。而运用无线通信技术就可以较好地解决上述问题。国际上无线智能家居主流采用WIFI或蓝牙，ZigBee通信协议近几年才走进人们的视野[7]。
国内基于ZigBee进行家居环境监测起步较晚。近几年来，已经有一些目光长远的公司开始研发此类系统，如涂鸦智能和小米等已推出自己的智能家居系统[9]。虽然现在的各种有线技术已经可以对家居环境进行检测，但有线技术存在一些缺点，如:
(1)布线麻烦，并且容易破坏布线前家居完整性;
(2)维修维护成本高，采用有线技术成本大约是无线的二十倍；
(3)系统可扩展性差，有线技术的缺点之一就是硬件可扩展性差。
1.3 本文研究内容及章节安排
基于ZigBee通信的家居环境检测系统设计方案，在实现功能上，可以检测并显示有害气体浓度、温湿度和光照强度等；通过按键设置甲烷浓度阈值，超过上限时可以进行报警；通过ZigBee数据的无线传输；通过程序烧写和硬件调试，制作出实物。
本设计各个章节的安排如下：
第1章为绪论，主要介绍基于ZigBee通信的家居环境检测系统设计的背景和意义，阐述了国内外发展情况，并简要说明研究内容；
第2章为系统总体方案设计，描绘了系统框图，描述各模块功能；
第3章为环境数据检测和ZigBee模块，选择及介绍检测环境数据的元器件；
第4章为系统硬件设计，通过AD软件绘制各模块电路图；
第5章为系统软件设计，分别描绘系统各模块程序流程；
第6章为系统的硬件调试，对实物功能进行调试。
