基本信息
- 项目名称：
- 基于ZigBee及GSM网络电器管理平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 现阶段市场上的遥控开关，局限于遥控器和控制节点要在一定距离内。智能家电管理系统大多针对单套房间设计，缺乏针对办公楼和公共场所的应用。而我们设计的这套系统，有很好的应用前景。利用ZigBee无线通信和GSM模块设计了针对大型楼宇的智能电器管理，适合应用于大型办公楼等环境。 还可以加入更多感应控制模块，增强系统的综合性，比如房间空气质量检测、身体指标监测等多种用途，拓展应用范围。
- 详细介绍：
- 2. 系统主要功能与创新点 2.1 主要功能 本系统通过一台计算机（控制中心）连接GSM短信息收发模块和每个房间CC2430节点，可实现： 对于整栋办公楼的温度、光线每5分钟查询一次，并更新在计算机上的数据；通过预设系统的报警条件（夏季室温不得低于26度，冬季不得高于30度，晚上22：00后房间内等光不得开启……），筛选出不合理用电的房间，给房间负责人发送提醒短信；负责人根据短信提示发送控制电源关闭的命令，协调节点受到命令，利用ZigBee无线通信网络将命令转发到控制节点；控制结点完成控制任务后，将当前房间状态通过协调节点反馈给负责人手机。 2.2 创新点 2.2.1 物联网（THE INTERNET OF THINGS） 通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、GSM、全球定位系统和温度传感器等信息传感设备连接形成。 2.2.2 ZigBee射频通信网络 微小化、低成本，免收专利费，连接时间短，安全性高的ZigBee射频通信技术搭建无线传感器数据传输网络。ZigBee网络节点分层管理，可组成具有65536个节点的大型网络。另外，ZigBee网络节点还可以与多达31个的传感器连接直接进行数据采集和监控和自动中转别的网络节点传过来的数据资料。 2.2.3 实现远程控制 应用GSM模块实现了对办公楼的水电监控和管理的自动化和智能化，不仅方便办公楼管理员的管理，甚至实现无人管理，而且节约能源和管理成本。 2.2.4 实现控制220V交流电 集成CC2430设计制作了一个既能识别220V交流电，同时能远程控制电源断开和闭合的开关盒。 2.2.5 低功耗的系统 在待机模式下，ZigBee的响应速度较快，功耗小，两节电池可用6-12个月，节约能源。 2.2.6 智能自动管理 无需专人监控，根据系统时钟自动读取子节点信息，收发短信息，并实现控制，实现智能化和自动化。 3. 系统组成及工作原理 3.1工作原理 ZigBee是一种近距离、低成本的双向无线通信技术，完整的协议栈只需32 KB，可以嵌入各种设备中；在通信时，它的连接时间短，可以大大减少通信数据碰撞的概率；在网络安全方面，它对所传输的数据信息进行加密，安全性高，同时支持地理定位功能。以上特点决定 ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中。系统程序框架如图2、图3所示。 1. GSM模块和手机同过短信息联络，GSM模块将需要发送的数据转化成文字发送，手机向GSM模块发送文字命令。从而实现了系统和用户的交互，以及办公楼的自动化管理。 2. 控制中心计算机通过串口和GSM模块相连接，实现与手机的通信和远程控制。 3. 协调器节点通过计算机另一个串口获取计算机解析得命令和发送数据。 4. 各房间子节点通过ZigBee无线通信网络和协调器对话，从而发送数据、接收命令，解析执行相应的控制命令。 5. 各传感器直接连接在节点上，通过单片机内部程序获取房间中电灯电脑以及空调状态、办公室的温度湿度等数据，接受用户发来的命令解析后控制相应的引脚，从而控制电源开关。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：对单个或几个临近房间的电器作远程智能化的管理。为节约能源、减少用电安全隐患提供技术支持，为生活和工作提供更方便安全的管理方式。 基本思路： 利用ZigBee技术在室内搭建无线传感控制网络，实现对室内环境和用电情况的检测；将收集到的房间信息通过GSM模块发送到用户手机上，快捷方便地与用户交互；用户根据需要，用手机短信发送电器控制命令。命令最终返回到室内的无线传感网络，通过控制节点实现对电器的操作；平台还通过收集统计房间的环境参数和用电信息，使用户更直观实时了解情况。 创新点： 1) 基于“物联网”概念的整体设计，用传感器将电器控制接入网络； 2) 链接ZigBee无线网络到GSM通信网络，对电器实现具有良好交互性的远程检测与控制； 3) 设计软件，实现无人值守的智能化管理，并收集相关数据。 技术关键： 4) 利用TI公司的CC2430芯片搭载传感器件，对光线、温度、电路进行实时监测； 5) 利用ZigBee无线自组网技术构架室内传感网络； 6) 设计方面系统平台具有良好交互性和综合管理功能的软件界面； 7) 运用继电器或者是红外装置实现用弱电控制大电流强电。 主要技术指标： 1) 能够实现单个房间内的稳定无线通信； 2) 支持精度为0.5摄氏度的温度数据传输； 3) 能够实现电器设备的远程控制； 4) 能够对普通220V交流电电器电路实现控制。
科学性、先进性
- 现阶段市场上的遥控开关，局限于遥控器和控制节点要在一定距离内。智能家电管理系统大多针对单套房间设计，缺乏针对办公楼和公共场所的应用。而我们设计的这套系统，有很好的应用前景。利用ZigBee无线通信和GSM模块设计了针对大型楼宇的智能电器管理，适合应用于大型办公楼等环境。 还可以加入更多感应控制模块，增强系统的综合性，比如房间空气质量检测、身体指标监测等多种用途，拓展应用范围
获奖情况及鉴定结果
- 2010年4月国防科大信息系统与管理学院“腾达杯”学员创新设计竞赛中获得第一名； 2010年4月国防科大“创新杯”学员创新能力竞赛科技创新组三等奖； 2010年6月获得湖南省创新项目资助和学校创新项目资助。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物和现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 将感知结点布置在室内能够反映室内光线的位置，启动系统。根据用户预设的报警条件（如：夏季开空调温度不得低于26度，冬季不得高于26度，晚10点到次日7点不得开电器等）以及采集到的数据，向用户手机发送短信，用户通过回复命令关闭错误使用的电器。 技术特点： 低功耗，两节AA电池，可以正常工作6个月。具有良好的交互性和只能性。 使用范围： 单个房间或者多个临近房间的电器管理，以及学员上课状态数据采集和分析，帮助改进和提高教学质量。
同类课题研究水平概述
- 为了推动ZigBee技术的发展，Chipcon（已被TI收购）与Ember等公司共同成立了ZigBee联盟，目前该联盟已经包含130多家会员。该联盟主席Robert F. Haile曾于2004年11月亲自造访中国，以免专利费的方式吸引中国本地企业加入。在标准林立的短距离无线通信领域，ZigBee的快速发展可以说是有些令人始料不及的，近几年的发展比被业界“炒”了多年的蓝牙、Wi-Fi进展都要快。而在国内，尽管不少人已开始关注ZigBee这门新技术，而且也有不少单位开始涉足ZigBee技术的开发工作，然而，由于ZigBee本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输、射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。要在深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，本身就不是一件容易的事情，因而，国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司，真正将ZigBee技术开发成产品，并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外，尚未见到其它报道。 目前国内外很多研究机构都在从事ZigBee无线网络组网技术的研究，并取得了一定的成果。随着ZigBee技术规范的进一步完善，而且ZigBee技术在ZigBee联盟和IEEE802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络，使得许多公司着手开发基于ZigBee的产品。如基于ZigBee技术开发了环境指数监测系统、仓库管理系统、矿井自动报警系统、抗震抢险救灾通讯和定位系统和商业楼宇管理系统等，并且将其应用到了日常生活中。 对于现有的电器节电管理系统，最常用的方法是雇佣专人定时巡查。对于办公楼或是居民区等大型场所的管理将会耗费大量的人力，而且如果管理人员不到现场，无法准确及时地发现用电问题（用电安全、未关电器）；为了实现准确控制用电设备，又设计基于电路检测的电气控制系统。这种方法让我们知晓了耗电情况，并且可加以控制，但是这种技术工艺复杂，而且针对现有建筑，需要重新布线，加大了改造成本。由于考虑到有线监控不合理，基于红外技术或蓝牙技术的无线遥控开关随之出现，帮助解决了这一难题。可是，蓝牙通信距离仅为10m，很难满足大范围统一控制和管理需求；红外只能沿直线传播，对环境的适应性不好，而且它们的拓展性都较差，限制大范围应用推广。
