自考7月实操设计类考试-《高级Zigbee技术》 课程设计方案代写

高等教育自学考试课程考试大纲

 

课程名称：《高级Zigbee技术》                         课程代码:12472

 

一、考核方式和要求

（一）考核方式

每人提交一份纸质课程设计方案。

考核成绩=课程设计方案成绩占60% + 课程设计过程表现(包括指导老师的沟通过程、积极主动的程度、学习态度、回答问题情况)占40%。

（二）考核要求

  每个学生都必须充分了解整个设计的全过程。从开始的系统需求分析、体系架构、功能模块、到最后的系统测试，都要有详细的计划，设计文档应按照软件工程的要求书写。具体要求有：

（1）对所设计题目进行正确的需求分析，明确系统功能。

（2）对zigbee技术的器件选择合理，符合应用要求。

（3）合适地选择或设计硬件模块。

（4）设计的上位机和下位机程序，具备基本的操作功能。

（5）每组(最多3人一组)提交一个课程设计报告（课程设计报告格式参照附件）。

（6）也可以自拟题目，但需经指导老师同意。

（三）参考题目（包括但不限于以下题目）

课题1 基于ZigBee的城城市环境采集系统

项目简介：

城市环境采集系统，能够实时采集城市温湿度、光照强度、空气质量以及大气压的数据主动发送至节点。通过实时的将城市温湿度、光照强度、空气质量以及大气压的数据推送到数据中心，在Android移动客户端在获得这些数据后，用户就能够随时随地对城市环境有一个很好的了解，从而实现城市环境采集系统的设计。

学生任务：

城市环境采集系统功能设计分两个大模块：设备采集、系统设置。

设备采集功能模块：通过温湿度、光照强度、空气质量以及气压高度传感器采集数据推送到数据中心。

系统设置功能模块：服务器ID、IDKey、服务器地址参数设置与连接；传感器MAC地址获取与设置；系统软件版本查询与显示。

课题2 基于ZigBee的城市景观照明控制系统

项目简介：

城市景观照明系统，能够实时采集城市景观光照强度的数据主动发送至节点。通过实时的将城市景观光照强度的数据推送到数据中心，通过Android 移动客户端在获得这些数据后，用户就能够随时随地控制景观LED灯开关，从而实现城市景观照明系统的设计。

学生任务：

城市景观照明控制系统功能设计分两个大模块：设备采集、系统设置。

设备采集功能模块：通光强度传感器采集数据推送到数据中心。

系统设置功能模块：服务器ID、IDKey、服务器地址参数设置与连接；传感器MAC地址获取与设置；系统软件版本查询与显示。

课题3 基于ZigBee的智能燃气控制系统

项目简介：

智能燃气控制系统作为控制安防类物联网器件，能够实时检测燃气传感器状态，并将状态主动推送到数据中心。运用过程中通过燃气传感器状态检测实现智能的控制风扇的开关，从而实现智能燃气控制系统的设计。

学生任务：

智能燃气控制系统功能设计分两个大模块：设备控制安防、系统设置。

设备控制安防功能模块：分为燃气传感器状态检测，风扇的控制；

系统设置功能模块：服务器ID、IDKey、服务器地址参数设置与连接；传感器MAC地址获取与设置；系统软件版本查询与显示。

课题4 基于ZigBee的家庭安防监控系统

项目简介：

家庭安防监控系统作为控制安防类物联网器件，能够实时检测燃气传感器、火焰传感器、人体红外传感、振动传感器状态，并将状态主动推送到数据中心。运用过程中通过光栅传感器状态检测实现智能的控制RGB灯和蜂鸣器关闭，从而实现家庭安防监控系统的设计。

学生任务：

家庭安防监控系统功能设计分两个大模块：设备控制安防、系统设置。

设备控制安防功能模块：分为燃气传感器、火焰传感器、人体红外传感、振动传感器状态检测，RGB灯、蜂鸣器的控制；

系统设置功能模块：服务器ID、IDKey、服务器地址参数设置与连接；传感器MAC地址获取与设置；系统软件版本查询与显示。

题目5 基于ZigBee的温湿度监测系统

项目简介：利用Z-Stack协议栈构建一个具有实际意义的无线传感器网络。系统由协调器节点和两个终端节点组成。协调器的硬件系统中包括CC2530通信模块、串口转USB模块和电源电路模块等，其中串口转USB模块负责转换CC2530模块与PC机的通信信号。其主要功能是负责接收无线传感器节点发送来的消息，并向传感器节点发布网络控制信息，同时与PC机进行数据交换,向电机发送指令控制电机转动

 采用基于zigbee技术的温湿度传感器，对实验场所的温湿度进行监测，实时地传送到管理系统，管理系统通过比对设置值，对超限数据进行报警并记录待查。

学生任务：

(1) 分析系统的功能；

(2) 画出系统的总体框图；

(3) 详细阐述各个功能的实现。

题目6 基于ZigBee联网的学生考勤系统

项目简介：随着高校管理信息化的不断深入，校园一卡通在各级高校得到广泛的应用。校园一卡通使用RFID(射频识别)技术，利用射频信号通过空间耦合自动识别目标对象并获取数据。校园一卡通被广泛应用于图书馆、校内消费等各种校园服务，为学校的信息化管理以及学生的日常生活提供便利并提高了管理效率。然而，在学生日常上课考勤的管理方面，目前大多数高校依然采用传统的老师点名或学生签到的方式进行人工考勤。这种考勤方式既浪费老师和学生宝贵的课堂时间，也使考勤数据的处理效率低下。目前已经出现了一些校园一卡通学生 考勤管理系统，实现了学生上课的自动考勤和对考勤数据的智能化处理。但现有的校园一卡通学生考勤管理系统大多需要在教室安装计算机并具备网络环境，高校很多教室不具备这种条件，所以影响了学生考勤管理系统在高校的推广。基于ZigBe技术的校园卡通学生 考勤管理系统克服了这种局限性，利用ZiBee技术实现了考勤信息的网络传输在没有安装计算机和没有网络环境甚至没有电源的教室也可以很好地工作

设计内容

进入教室后，刷卡考勤，读卡器节点读取学生考勤信息，并将数据传输到服务器，服务器将考勤信息存入数据库。服务器上运行着一个web应用程序，对考勤信息进行管理 ，主要包括学生管理 、教师管理 、课程管理、考勤信息管理、考勤信息统计、考勤信息通知等。 

学生任务

(1) 分析系统的功能；

(2) 画出系统的总体框图；

(3) 详细阐述各个功能的实现。

题目7 基于ZStack的LED控制系统

Z-Stack介绍：Z-Stack是TI公司开发的ZigBee协议栈，TI公司在推出其CC2530射频芯片同时，也向用户提供了自己的ZigBee协议栈软件Z-Stack.这是一款业界领先的商业级协议栈，经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用，使用CC2530射频芯片，可以使用户很容易地开发出具体的应用程序来，Z-Stack实际上是帮助程序员方便开发ZigBee的一套系统。Z-Stack使用瑞典公司IAR开发的IAR Embedded Workbench for 8051作为它的集成开发环境。TI公司为自己设计的Z-Stack协议栈中提供了个名为操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序。对于用户来说，除了能够看到这个调度程序外，其他任何协议栈操作的具体实现细节都被封装在库代码中，用户在进行具体的应用开发时只需简单的调用API来进行，而无需知道ZigBee协议栈实现的具体细节，让用户精力集中在业务需求。

     

设计内容

编写程序，当程序下载进CC2530之后重新打开或按Reset复位相应节点底板，可以看到标号为D1的LED开始快闪几次然后熄灭表示设备初始化完成，然后LED1每1S闪烁一次。

 

设计要求

1.正确使用OSAL协议栈的API，驱动CC2530外设

2.根据题目分析系统的功能

3.画出系统的总体框图

4.详细阐述各个功能的实现

题目8 基于ZStack的串口通信系统

    背景知识

2007年，德州仪器(TI)推出业界领先的ZigBee 2007协议栈又称Z-Stack协议栈。协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进正常的数据收发，协议找是协议的具体实现形式通俗的理解为用代码实现的函数库以便于开发人员调用。

ZigBee的协议分为两部分IEEE 802.15.4定义了物理层和MAC层技术规范ZigBee联

盟定义了网络层·安全层和应用层技术规范ZigBee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起以函数的形式实现并给用户提供一些应用层API，供用户调用。 ZigBee的框架结构图8所示。

如何使用ZigBee协议栈

既然ZigBee协议栈已经实现了ZigBee协议那么用户就可以使用协议栈提供的API进行应用程序的开发，在开发过程中完全不必关心ZigBee协议的具体实现细节，只需要关心一个核心的问题：应用程序数据从哪里来到哪里去。

下面举个例子，当用户应用程序需要进行数据通信时需要按照如下步骤实现:

  ①调用协议栈提供的组网函数、加入网络函数，实现网络的建立与节点的加入；

②发送设备调用协议栈提供的无线数据发送函数，实现数据的发送；

    ③接收端调用协议栈提供的无线数据接收函数，实现数据的正确接收。 

因此使用协议栈进行应用程序开发时开发者不需要关心协议栈是具体怎么实现（例如：每个函数是怎么实现的.每条函数代码是什么意思等)只需要知道协议栈提供的函数实现什么样的功能，会调用相应的函数来实现自己的应用要求即可。

     

设计内容

编写程序，当程序下载进CC2530之后重新打开或按Reset复位相应节点底板后，串口助手会接收到相关初始化信息和循环输出“Holle World+学号姓名”；。

 

设计要求

1.正确使用OSAL协议栈的API，驱动CC2530外设

2.根据题目分析系统的功能

3.画出系统的总体框图

4.详细阐述各个功能的实现

题目9 基于ZStack的按键控制系统

Z-Stack介绍：Z-Stack是TI公司开发的ZigBee协议栈，TI公司在推出其CC2530射频芯片同时，也向用户提供了自己的ZigBee协议栈软件Z-Stack.这是一款业界领先的商业级协议栈，经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用，使用CC2530射频芯片，可以使用户很容易地开发出具体的应用程序来，Z-Stack实际上是帮助程序员方便开发ZigBee的一套系统。Z-Stack使用瑞典公司IAR开发的IAR Embedded Workbench for 8051作为它的集成开发环境。TI公司为自己设计的Z-Stack协议栈中提供了个名为操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序。对于用户来说，除了能够看到这个调度程序外，其他任何协议栈操作的具体实现细节都被封装在库代码中，用户在进行具体的应用开发时只需简单的调用API来进行，而无需知道ZigBee协议栈实现的具体细节，让用户精力集中在业务需求。

在Z-Stack协议栈中按键是以事件触发的方式；在OSAL中，任务事件的处理是通过轮循机制完成的，当任务轮训的的过程中，有任务事件产生，则调用相应的函数对任务中的事件进行处理。所谓事件触发（event trigger），即是在任务轮训过程中，触发任务处理函数进行事件处理。即tasksArr[idx](idx,event)--->SampleApp_ProcessEvent(byte task_id, UINT16 events),在SampleApp_ProcessEvent（byte task_id, UINT16 events）中对不同事件处理的代码如下，判断SYS_EVENT_MSG事件。

     

设计内容

编写程序，当程序下载进CC2530之后重新打开或按Reset复位相应节点底板，按下(底板上)S1按键，则可看到CC2530射频板上的LED1和LED2闪烁2次。

 

设计要求

1.正确使用OSAL协议栈的API，驱动CC2530外设

2.根据题目分析系统的功能

3.画出系统的总体框图

4.详细阐述各个功能的实现

题目10 ZStack树状组网系统

背景知识

Zigbee树状网络拓扑结构是指以一个协调器为中心创建一个网络，然后路由节点加入该网络，而终端节点可以连接路由节点加入网络通信，也可以直接连接协调器加入网络通信，如图10.1所示，与星状网络相比较多了路由器这一设备。

设计内容

编写程序，当程序下载进CC2530之后重新打开或按Reset复位相应节点底板。打开Z-Sensor Monitor软件，点击开始键，则显示ZigBee的网络拓扑图。Zigbee网络是自组网网络，每次的网络拓扑结构均会有不同。

设计要求

1.正确使用OSAL协议栈的API，驱动CC2530外设

2.根据题目分析系统的功能

3.画出系统的总体框图

4.详细阐述各个功能的实现

题目11 ZStack点播通信系统设计

    背景知识

Zigbee 的通讯方式主要有三种点播、组播、广播。点播，顾名思义就是点对点通信，也就是 2 个设备之间的通讯，不容许有第三个设备收到信息；组播，就是把网络中的节点分组，每一个组员发出的信息只有相同组号的组员才能收到。广播，最广泛的也就是 1 个设备上发出的信息所有设备都能接收到。这也是 ZigBee 通信的基本方式。

设计内容

编写程序，当程序下载进CC2530之后重新打开或按Reset复位相应节点底板，打开串口助手可以看到只有协调器在一个周期内收到信息。也就是说路由器和终端均与地址为 0x00（协调器）的设备通信，不与其他设备通信，实现点对点传输。

单独关闭路由器或者终端节点，协调器上依然可以收到“0123456789”字符串；

设计要求

1.正确使用OSAL协议栈的API，驱动CC2530外设

2.根据题目分析系统的功能

3.画出系统的总体框图

4.详细阐述各个功能的实现

题目12 ZStack组播通信系统设计

背景知识

Zigbee 的通讯方式主要有三种点播、组播、广播。点播，顾名思义就是点对点通信，也就是 2 个设备之间的通讯，不容许有第三个设备收到信息；组播，就是把网络中的节点分组，每一个组员发出的信息只有相同组号的组员才能收到。组播描述的就是网络中所有节点设备被分组后组内相互通信的过程，确定通信对象的就是节点的组号。广播，最广泛的也就是 1 个设备上发出的信息所有设备都能接收到。这也是 ZigBee 通信的基本方式。

 

设计内容

程序分别对应下载到协调器、路由器、终端3 个节点设备中，重新打开或按Reset复位相应节点底板。用公母直连串口线将实验箱的10号节点（ZigBee协调器）左边的串口与电脑的的9针COM口相连（注意：实验箱串口下面拨打开关拨打到最上边选择串口与10号节点连接）,如图121所示。

注意：10号节点上默认显示的Network ID为：FF22；

我们代码里把协调器和路由器组号设置成 0x0002，终端设备组号设成 0x0003。连接串口，可以观察到只有 0x0002 的两个设备相互发送信息。

单独关闭终端节点(6号节点)，协调器上依然可以收到“0123456789”字符串；关闭路由器(9号节点)后，协调器收不到任何信息。

 

设计要求

1.正确使用OSAL协议栈的API，驱动CC2530外设

2.根据题目分析系统的功能

3.画出系统的总体框图

4.详细阐述各个功能的实现

题目13 智能家居系统设计

项目介绍

随着网络技术的飞速发展及人们生活水平的提高，人们对于家庭居住环境提出了更高的要求，智能家居应运而生。智能家居是以住宅环境为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居的关键技术主要有智能控制及内部网络两个部分。智能控制可以是本地控制或者远程控制;本地控制是指可直接通过网络开关实现对灯或其他电器的智能控制;远程控制是指通过遥控器、电话、手机、电脑等来实现各种远距离控制。
  设计要求

1.安防系统

（1）红外人体传感:能够检测到进入检测范围的人体，并发送信息给用户。
(2)煤气浓度传感:能够检测煤气浓度，超过一-定限值发送信息给用户。
(3)烟雾传感:能够检测姻雾浓度，超过一-定限值 发送信息给用户。
(4)水浸传感:当水浸过传感器，发送信息给用户。
(5)家居监控:用户可以通过电脑和手机远程监控家居中重点部位。

2.远程控制
(1)热水器远程控制:用户可以通过电脑和手机远程控制热水器进行预先加热。

(2)空调远程控制:用户可以通过电脑和手机远程控制空调进行预先操作。

题目14 基于ZigBee 的无线抢答器的设计与实现

项目介绍

Zigbee是一种新型的短距离、低速度、低功耗无线网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，基于IEEE无线个人区域网标准，数据传输速率通常为10kb/s到250kb/s，有效覆盖范围10到75米，由于其协议简单、成本低、网络容量大等优点，使其在无线传感网络中得到广泛的应用。在未来，短距离无线数据传输将向着更高传输速率、更高传输精确度的方向发展，而且传输设备的成本也会进一步降低，传输协议也会进一步简单，从而是短距离无线通讯走入我们的生活，给我带来更多方便。 本次设计的课题是无线抢答器的设计，基于Zigbee无线传感，利用协调器作为主持人，三块终端作为抢答者，然后在后台通过上位机显示和控制。

（1）实现多路（至少3路）无线抢答 

（2）抢答成功后抢答器有明显指示（灯光）

    （3）抢答成功后后台有显示（界面） 

（4）开始抢答命令前任何抢答无效 

（5）其他功能自由发挥

设计要求

1.根据题目分析系统的功能

2.画出系统的总体框图

3.详细阐述各个功能的实现

题目15 智能温室系统设计

项目介绍 智能温室也称作自动化温室，是指配备了由计算机控制的可移动天窗、这阳系统、保温、湿窗帘/风扇降温系统移动苗床等自动化设施，基于农业温室环境的高科技“智能”温室。智能温室的控制一般由信号采集系统、智能网关、控制系统三大部分组成。
    温室大棚内温度、湿度、光照强弱以及土壤的温度和含水量等因素，对温室的作物生长起着关键性作用。温室自动化控制系统，采用计算机集散网络控制结构对温室内的空气温度、土壤温度、相对湿度等参数进行实时自动调节、检测，创造植物生长的最佳环境，使温室内的环境接近人工设想的理想值，以满足温室作物生长发育的需求。适用于种苗繁育、高产种植、名贵珍稀花卉培养等场合，以增加温室产品产量，提高劳动生产率。是高科技成果为规模化生产的现代农业服务的成功范例。
   计算机操作人员将种植作物所需求的数据及控制参数输入计算机，系统即可实现无人自动操作，计算机采集的各项数据准确地显示、统计，为专家决策提供可靠依据。控制柜设有手动/自动切换开关，必要时可进行手动控制操作。

 

设计内容 

能够通过PC、浏览器、手机实时访问智能温室内传感器数据，能够对农业大棚温度控制、喷淋进行实时控制。在每个智能温室内部署空气温湿度传感器，用来监测大棚内空气温度、空气漫度参数:每个智能温室内部署土壤温度传感器、土壤湿度传感器、光照度传感器，用来监测大棚内土壤温度、土壤水分、光照等参数。在每个需要智能控制功能的大棚内安装智能控制设备话，用来传通控制指令、响应控制执行设备，实现对大棚内的智能高温，智能喷木、智能通风等行为。通信链路至少要包括zigbee。   

                                                

设计要求

(1) 分析系统的功能；

(2) 画出系统的总体框图；

(3) 详细阐述各个功能的实现。

 

题目16 基于ZigBee 的温湿度采集控制

项目介绍

在大棚蔬菜中安置温湿度传感器与温湿度警报显示装置，通过ZigBee通信技术，串口通信技术将采集到的该区域温湿度上传至控制系统，下发给显示装置。控制系统由STM32F103ZET6和协调器组成，接收数据信息，整理，按区域节点显示在控制端的LCD屏，判断并产生报警信号。显示装置实时显示温湿度，根据信号产生报警，关闭报警来提醒人们。

资源要求：

1个STM32F103ZET6开发板
2个STC89C52单片机
3个ZigBee开发板（1个协调器，2个终端节点）

 

设计要求：

 

1.根据题目分析系统的功能

2.画出系统的总体框图

3.详细阐述各个功能的实现

 

二、考核等级及标准

成绩分为五个等级：成绩评定实行优(A>=90分)、良(B>=80分)、中(C>=70分)、合格(D>=60分)、不合格(E<60分)五个等级的成绩；多人一组的以组长为主的学生成绩为最高分，其它成员按分工完成情况区分计算成绩，应低于该组最高分。

 

 

 

 

 

 

三、格式要求

（一）版式要求

1.页面设置：纸张大小为A4，纸张方向为纵向，页边距为：上、下各2.5cm，左3.0cm、右2.5cm。

2.字间距设置为标准字间距，行间距设置为固定值22磅。

3.页码从第1页开始，在页面底端居中。

（二）字号要求

1.题目使用黑体，三号、居中。

2.姓名使用宋体，小四、居中。

3.正文小标题使用宋体小四、加粗，正文使用宋体小四。

4.代码部分，Times New Roman 5号，行距1.0倍。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

附：封面

附录一：课程设计说明书样式

附录二：成绩评定表

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