基本信息
- 項目名稱：
- 基于ZigBee及GSM網(wǎng)絡(luò)電器管理平臺
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 現(xiàn)階段市場上的遙控開關(guān)，局限于遙控器和控制節(jié)點要在一定距離內(nèi)。智能家電管理系統(tǒng)大多針對單套房間設(shè)計，缺乏針對辦公樓和公共場所的應(yīng)用。而我們設(shè)計的這套系統(tǒng)，有很好的應(yīng)用前景。利用ZigBee無線通信和GSM模塊設(shè)計了針對大型樓宇的智能電器管理，適合應(yīng)用于大型辦公樓等環(huán)境。 還可以加入更多感應(yīng)控制模塊，增強系統(tǒng)的綜合性，比如房間空氣質(zhì)量檢測、身體指標監(jiān)測等多種用途，拓展應(yīng)用范圍。
- 詳細介紹：
- 2. 系統(tǒng)主要功能與創(chuàng)新點 2.1 主要功能 本系統(tǒng)通過一臺計算機（控制中心）連接GSM短信息收發(fā)模塊和每個房間CC2430節(jié)點，可實現(xiàn)： 對于整棟辦公樓的溫度、光線每5分鐘查詢一次，并更新在計算機上的數(shù)據(jù)；通過預(yù)設(shè)系統(tǒng)的報警條件（夏季室溫不得低于26度，冬季不得高于30度，晚上22：00后房間內(nèi)等光不得開啟……），篩選出不合理用電的房間，給房間負責(zé)人發(fā)送提醒短信；負責(zé)人根據(jù)短信提示發(fā)送控制電源關(guān)閉的命令，協(xié)調(diào)節(jié)點受到命令，利用ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)將命令轉(zhuǎn)發(fā)到控制節(jié)點；控制結(jié)點完成控制任務(wù)后，將當(dāng)前房間狀態(tài)通過協(xié)調(diào)節(jié)點反饋給負責(zé)人手機。 2.2 創(chuàng)新點 2.2.1 物聯(lián)網(wǎng)（THE INTERNET OF THINGS） 通過射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、GSM、全球定位系統(tǒng)和溫度傳感器等信息傳感設(shè)備連接形成。 2.2.2 ZigBee射頻通信網(wǎng)絡(luò) 微小化、低成本，免收專利費，連接時間短，安全性高的ZigBee射頻通信技術(shù)搭建無線傳感器數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分層管理，可組成具有65536個節(jié)點的大型網(wǎng)絡(luò)。另外，ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還可以與多達31個的傳感器連接直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控和自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。 2.2.3 實現(xiàn)遠程控制 應(yīng)用GSM模塊實現(xiàn)了對辦公樓的水電監(jiān)控和管理的自動化和智能化，不僅方便辦公樓管理員的管理，甚至實現(xiàn)無人管理，而且節(jié)約能源和管理成本。 2.2.4 實現(xiàn)控制220V交流電 集成CC2430設(shè)計制作了一個既能識別220V交流電，同時能遠程控制電源斷開和閉合的開關(guān)盒。 2.2.5 低功耗的系統(tǒng) 在待機模式下，ZigBee的響應(yīng)速度較快，功耗小，兩節(jié)電池可用6-12個月，節(jié)約能源。 2.2.6 智能自動管理 無需專人監(jiān)控，根據(jù)系統(tǒng)時鐘自動讀取子節(jié)點信息，收發(fā)短信息，并實現(xiàn)控制，實現(xiàn)智能化和自動化。 3. 系統(tǒng)組成及工作原理 3.1工作原理 ZigBee是一種近距離、低成本的雙向無線通信技術(shù)，完整的協(xié)議棧只需32 KB，可以嵌入各種設(shè)備中；在通信時，它的連接時間短，可以大大減少通信數(shù)據(jù)碰撞的概率；在網(wǎng)絡(luò)安全方面，它對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行加密，安全性高，同時支持地理定位功能。以上特點決定 ZigBee技術(shù)非常適合應(yīng)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。系統(tǒng)程序框架如圖2、圖3所示。 1. GSM模塊和手機同過短信息聯(lián)絡(luò)，GSM模塊將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成文字發(fā)送，手機向GSM模塊發(fā)送文字命令。從而實現(xiàn)了系統(tǒng)和用戶的交互，以及辦公樓的自動化管理。 2. 控制中心計算機通過串口和GSM模塊相連接，實現(xiàn)與手機的通信和遠程控制。 3. 協(xié)調(diào)器節(jié)點通過計算機另一個串口獲取計算機解析得命令和發(fā)送數(shù)據(jù)。 4. 各房間子節(jié)點通過ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)器對話，從而發(fā)送數(shù)據(jù)、接收命令，解析執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。 5. 各傳感器直接連接在節(jié)點上，通過單片機內(nèi)部程序獲取房間中電燈電腦以及空調(diào)狀態(tài)、辦公室的溫度濕度等數(shù)據(jù)，接受用戶發(fā)來的命令解析后控制相應(yīng)的引腳，從而控制電源開關(guān)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：對單個或幾個臨近房間的電器作遠程智能化的管理。為節(jié)約能源、減少用電安全隱患提供技術(shù)支持，為生活和工作提供更方便安全的管理方式。 基本思路： 利用ZigBee技術(shù)在室內(nèi)搭建無線傳感控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境和用電情況的檢測；將收集到的房間信息通過GSM模塊發(fā)送到用戶手機上，快捷方便地與用戶交互；用戶根據(jù)需要，用手機短信發(fā)送電器控制命令。命令最終返回到室內(nèi)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過控制節(jié)點實現(xiàn)對電器的操作；平臺還通過收集統(tǒng)計房間的環(huán)境參數(shù)和用電信息，使用戶更直觀實時了解情況。 創(chuàng)新點： 1) 基于“物聯(lián)網(wǎng)”概念的整體設(shè)計，用傳感器將電器控制接入網(wǎng)絡(luò)； 2) 鏈接ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)到GSM通信網(wǎng)絡(luò)，對電器實現(xiàn)具有良好交互性的遠程檢測與控制； 3) 設(shè)計軟件，實現(xiàn)無人值守的智能化管理，并收集相關(guān)數(shù)據(jù)。 技術(shù)關(guān)鍵： 4) 利用TI公司的CC2430芯片搭載傳感器件，對光線、溫度、電路進行實時監(jiān)測； 5) 利用ZigBee無線自組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架室內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)； 6) 設(shè)計方面系統(tǒng)平臺具有良好交互性和綜合管理功能的軟件界面； 7) 運用繼電器或者是紅外裝置實現(xiàn)用弱電控制大電流強電。 主要技術(shù)指標： 1) 能夠?qū)崿F(xiàn)單個房間內(nèi)的穩(wěn)定無線通信； 2) 支持精度為0.5攝氏度的溫度數(shù)據(jù)傳輸； 3) 能夠?qū)崿F(xiàn)電器設(shè)備的遠程控制； 4) 能夠?qū)ζ胀?20V交流電電器電路實現(xiàn)控制。
科學(xué)性、先進性
- 現(xiàn)階段市場上的遙控開關(guān)，局限于遙控器和控制節(jié)點要在一定距離內(nèi)。智能家電管理系統(tǒng)大多針對單套房間設(shè)計，缺乏針對辦公樓和公共場所的應(yīng)用。而我們設(shè)計的這套系統(tǒng)，有很好的應(yīng)用前景。利用ZigBee無線通信和GSM模塊設(shè)計了針對大型樓宇的智能電器管理，適合應(yīng)用于大型辦公樓等環(huán)境。 還可以加入更多感應(yīng)控制模塊，增強系統(tǒng)的綜合性，比如房間空氣質(zhì)量檢測、身體指標監(jiān)測等多種用途，拓展應(yīng)用范圍
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年4月國防科大信息系統(tǒng)與管理學(xué)院“騰達杯”學(xué)員創(chuàng)新設(shè)計競賽中獲得第一名； 2010年4月國防科大“創(chuàng)新杯”學(xué)員創(chuàng)新能力競賽科技創(chuàng)新組三等獎； 2010年6月獲得湖南省創(chuàng)新項目資助和學(xué)校創(chuàng)新項目資助。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物和現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明： 將感知結(jié)點布置在室內(nèi)能夠反映室內(nèi)光線的位置，啟動系統(tǒng)。根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的報警條件（如：夏季開空調(diào)溫度不得低于26度，冬季不得高于26度，晚10點到次日7點不得開電器等）以及采集到的數(shù)據(jù)，向用戶手機發(fā)送短信，用戶通過回復(fù)命令關(guān)閉錯誤使用的電器。 技術(shù)特點： 低功耗，兩節(jié)AA電池，可以正常工作6個月。具有良好的交互性和只能性。 使用范圍： 單個房間或者多個臨近房間的電器管理，以及學(xué)員上課狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析，幫助改進和提高教學(xué)質(zhì)量。
同類課題研究水平概述
- 為了推動ZigBee技術(shù)的發(fā)展，Chipcon（已被TI收購）與Ember等公司共同成立了ZigBee聯(lián)盟，目前該聯(lián)盟已經(jīng)包含130多家會員。該聯(lián)盟主席Robert F. Haile曾于2004年11月親自造訪中國，以免專利費的方式吸引中國本地企業(yè)加入。在標準林立的短距離無線通信領(lǐng)域，ZigBee的快速發(fā)展可以說是有些令人始料不及的，近幾年的發(fā)展比被業(yè)界“炒”了多年的藍牙、Wi-Fi進展都要快。而在國內(nèi)，盡管不少人已開始關(guān)注ZigBee這門新技術(shù)，而且也有不少單位開始涉足ZigBee技術(shù)的開發(fā)工作，然而，由于ZigBee本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸、射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。要在深入理解這個來自國外的新技術(shù)，再組織一個在這幾個方面都有豐富經(jīng)驗的配套的隊伍，本身就不是一件容易的事情，因而，國內(nèi)目前除了成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司，真正將ZigBee技術(shù)開發(fā)成產(chǎn)品，并成功地用于解決幾個領(lǐng)域的實際生產(chǎn)問題而外，尚未見到其它報道。 目前國內(nèi)外很多研究機構(gòu)都在從事ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)的研究，并取得了一定的成果。隨著ZigBee技術(shù)規(guī)范的進一步完善，而且ZigBee技術(shù)在ZigBee聯(lián)盟和IEEE802.15.4的推動下，結(jié)合其他無線技術(shù)，可以實現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò)，使得許多公司著手開發(fā)基于ZigBee的產(chǎn)品。如基于ZigBee技術(shù)開發(fā)了環(huán)境指數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、礦井自動報警系統(tǒng)、抗震搶險救災(zāi)通訊和定位系統(tǒng)和商業(yè)樓宇管理系統(tǒng)等，并且將其應(yīng)用到了日常生活中。 對于現(xiàn)有的電器節(jié)電管理系統(tǒng)，最常用的方法是雇傭?qū)Ｈ硕〞r巡查。對于辦公樓或是居民區(qū)等大型場所的管理將會耗費大量的人力，而且如果管理人員不到現(xiàn)場，無法準確及時地發(fā)現(xiàn)用電問題（用電安全、未關(guān)電器）；為了實現(xiàn)準確控制用電設(shè)備，又設(shè)計基于電路檢測的電氣控制系統(tǒng)。這種方法讓我們知曉了耗電情況，并且可加以控制，但是這種技術(shù)工藝復(fù)雜，而且針對現(xiàn)有建筑，需要重新布線，加大了改造成本。由于考慮到有線監(jiān)控不合理，基于紅外技術(shù)或藍牙技術(shù)的無線遙控開關(guān)隨之出現(xiàn)，幫助解決了這一難題?？墒?，藍牙通信距離僅為10m，很難滿足大范圍統(tǒng)一控制和管理需求；紅外只能沿直線傳播，對環(huán)境的適應(yīng)性不好，而且它們的拓展性都較差，限制大范圍應(yīng)用推廣。
