立足當前無線傳感網絡技術的發展趨勢、核心技術及其在智能家居領域中的典型應用，將技術熱點與實踐應用緊密結合，按照無線傳感網絡控制系統的開發流程編寫。

以實際應用為中心，按照實際項目的開發流程，并結合智能家居典型開發項目案例，由淺入深、循序漸進地講解無線傳感網絡控制系統的開發流程和實用技術。

書中的程序實例已全部通過了蘇州創健電子科技有限公司生產的物聯網ZigBee開發套件的測試。

前 言

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，隨著信息科學和計算機的飛速發展，“物聯網”被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮。這使得物聯網無線傳感網絡領域的相關人才成為了當今較為緊缺的人才。同時國內市場上有關無線傳感網絡開發方面的書籍也不少，但幾乎沒有一本是集物聯網感知層、傳輸層和應用層三大技術于一體進行完整講解和設計實現的。

物聯網的一個基本特征就是無處不在、無所不知。物聯網的目標是發展綠色全無線技術，包括感知、通訊等。不僅要求功耗極低，而且要求具備全無線覆蓋、高可靠連接、強安全通訊、大組網規模、能自我修復等功能。具體到智能家居系統應用就是要求安裝非常簡單，維護和使用非常方便，擴展隨心所欲。

ZigBee是一種網絡容量大、節點體積小、架構簡單、低速率、低功耗的無線通信技術。由于其節點體積小，且能自動組網，所以布局十分方便；又因其強調由大量的節點進行群體協作，網絡具有很強的自愈能力，任何一個節點的失效都不會對整體任務的完成造成嚴重影響，所以特別適合用來組建無線傳感網絡。

用ZigBee技術來實現無線傳感網絡，主要需要考慮通信節點的硬件設計，以及實現相應功能所需要的軟件開發。德州儀器公司（TI）的CC2530無線單片機是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案，同時完全符合ZigBee技術對節點“體積小”的要求。此外，TI還提供了Z-Stack協議棧，盡可能地減輕了軟件開發的工作量。在上位機系統方面，Qt提供了簡單易用且功能強大的跨平臺開發環境。

本書立足當前無線傳感網絡技術的發展趨勢、核心技術及其在智能家居領域中的典型應用，將技術熱點與實踐應用緊密結合，以實際應用為中心，按照實際項目的開發流程，并結合智能家居典型開發項目案例，由淺入深、循序漸進地講解無線傳感網絡控制系統的開發流程和實用技術。

本書按照無線傳感網絡控制系統的開發流程分成七章，分別為物聯網與智能家居，ZigBee軟硬件開發平臺，ZigBee無線網絡開發基礎，ZigBee無線數據通信的設計與實現，基于ZigBee的溫濕度采集、燈光及風扇控制系統，基于ZigBee的光照采集、窗簾控制系統，基于ZigBee的煙霧、紅外檢測遠程短信報警系統。

第1章主要介紹了物聯網的技術框架、智能家居的發展前景及與ZigBee技術的聯系。

第2章主要對ZigBee開發平臺進行了全面的講解，包括ZigBee通信節點開發板、IAR集成開發環境、相關驅動和協議棧的安裝、Qt跨平臺開發環境等。

第3章主要分析了ZigBee技術的概念、特點、原理、發展前景及應用領域，重點介紹了TI Z-Stack協議棧的軟件架構和開發基礎。

第4章主要介紹了如何利用Z-Stack協議棧進行實際的無線數據通信實驗，重點講解了ZigBee協議棧數據通信中幾個重要的函數和協議棧串口通信的實現方法。

第5、6、7章是本書的技術重點和難點，主要介紹了無線傳感網絡控制系統的設計和實現過程，重點以溫濕度傳感器節點、光敏傳感器節點、煙霧傳感器節點和紅外熱釋電傳感器節點為例，介紹了節點的工作原理、步進電機、GPRS模塊等執行機構的驅動設計方法，以及協調器和終端節點協議棧程序的具體開發過程。此外，每章的最后一節都配有詳細的PC端Qt人機界面控制系統的編程設計實現方法。

本書內容體系完整，案例詳實，敘述風格平實、通俗易懂，書中的程序實例已全部通過了蘇州創健電子科技有限公司生產的物聯網ZigBee開發套件的測試，在此特別感謝宋林桂老師在硬件平臺的搭建和測試中給予的幫助。通過對本書的學習，讀者可以快速掌握和提高無線傳感網絡ZigBee協議棧應用層的開發能力和Qt上位機軟件的實際應用水平。希望每位讀者在學習完本書后能獨立動手進行無線傳感網絡的設計與開發。

由于時間倉促及作者水平有限，書中錯誤和不妥之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

作 者

2015年1月

前言

第1章 物聯網與智能家居 1
1.1 物聯網技術基礎 1
1.1.1 物聯網技術簡介 1
1.1.2 物聯網的應用前景 3
1.2 智能家居概述 6
1.2.1 什么是智能家居 6
1.2.2 智能家居發展的特點和方向 7
1.3 智能家居的功能、結構和特點 8
1.3.1 智能家居的功能 8
1.3.2 智能家居的網絡結構 9
1.3.3 智能家居主要子系統功能描述 10
本章小結 12
第2章 ZigBee軟硬件開發平臺 13
2.1 ZigBee硬件開發平臺 13
2.1.1 核心板硬件資源 15
2.1.2 底板硬件資源 16
2.2 ZigBee物聯網軟件開發平臺的搭建 19
2.2.1 IAR集成開發環境簡介 19
2.2.2 IAR操作指南 25
2.2.3 驅動程序的安裝 34
2.2.4 TI Z-Stack協議棧的安裝、編譯和
下載 37
2.2.5 Qt Creator跨平臺開發環境的安裝 39
本章小結 44
第3章 ZigBee無線網絡開發基礎 45
3.1 無線通信基礎 45
3.2 ZigBee概念與特點 48
3.3 ZigBee無線傳感網絡 49
3.4 幾種短距離無線通信技術 50
3.5 ZigBee技術應用領域 54
3.6 TI Z-Stack軟件架構 57
3.6.1 系統初始化 58
3.6.2 操作系統的執行 60
3.6.3 Z-Stack項目文件組織架構 64
3.7 TI Z-Stack開發基礎 68
3.7.1 ZigBee設備和網絡通信類型 68
3.7.2 ZigBee協議體系結構 69
3.7.3 ZigBee網絡基本概念 71
3.7.4 應用層開發基本概念 73
3.7.5 網絡層開發基本概念 75
本章小結 80
第4章 ZigBee無線數據通信的設計與實現 81
4.1 ZigBee協議棧應用層關鍵函數解析 81
4.2 ZigBee協議棧串口通信功能的實現 86
4.2.1 串行通信簡介 86
4.2.2 串行數據傳輸 88
4.2.3 ZigBee協議棧串口功能的應用實現 89
4.3 ZigBee無線數據通信的實現 94
4.3.1 實驗原理解析 95
4.3.2 ZigBee單播通信的實現 102
4.3.3 ZigBee串口無線透傳功能的實現 106
本章小結 111
第5章 基于ZigBee的溫濕度采集、燈光及
風扇控制系統 112
5.1 系統基本原理及硬件設計 112
5.1.1 DHT11數字溫濕度傳感器簡介 112
5.1.2 DHT11硬件設計 113
5.1.3 DHT11傳感器驅動程序的設計 115
5.2 ZigBee協調器程序功能實現 121
5.3 ZigBee終端節點程序功能實現 123
5.4 下載和調試通信程序 128
5.5 PC端Qt圖形交互ZigBee采集控制
系統設計 128
5.5.1 ZigBee采集控制系統功能設計 128
5.5.2 ZigBee采集控制系統串口編程 130
5.6 PC端Qt圖形交互ZigBee采集控制
系統實現 133
5.6.1 ZigBee采集控制系統窗體界面設計 133
5.6.2 ZigBee采集控制系統窗體界面
功能實現 143
本章小結 148
第6章 基于ZigBee的光照采集、窗簾控制
系統 149
6.1 系統基本原理及硬件設計 149
6.1.1 光敏傳感器簡介 149
6.1.2 光敏傳感器驅動電路設計 151
6.1.3 步進電機簡介 152
6.1.4 步進電機控制接口電路 155
6.2 ZigBee協調器程序功能實現 155
6.3 ZigBee終端節點程序功能實現 157
6.3.1 ZigBee光敏終端節點程序功能
實現 157
6.3.2 ZigBee步進電機終端節點程序
功能實現 159
6.4 下載和調試通信程序 161
6.5 PC端Qt圖形交互ZigBee光照度采集
控制系統實現 162
6.5.1 ZigBee光照度采集控制系統窗體
界面設計 162
6.5.2 ZigBee光照度采集控制系統窗體
界面功能實現 173
本章小結 180
第7章 基于ZigBee的煙霧、紅外檢測遠程
短信報警系統 181
7.1 系統基本原理及硬件設計 181
7.1.1 氣敏傳感器簡介 181
7.1.2 氣敏傳感器驅動電路設計 183
7.1.3 紅外熱釋電傳感器簡介 183
7.1.4 紅外熱釋電傳感器模塊連接電路 184
7.2 GSM與GPRS 185
7.2.1 GSM 185
7.2.2 GPRS 186
7.2.3 GPRS模塊 186
7.3 短信編解碼 187
7.3.1 AT指令簡介 187
7.3.2 UCS2短信編碼 188
7.3.3 UCS2短信解碼 189
7.3.4 通過超級終端進行GPRS通信測試 190
7.4 ZigBee協調器程序功能實現 192
7.5 ZigBee終端節點程序功能實現 194
7.5.1 ZigBee氣敏終端節點程序功能
實現 195
7.5.2 ZigBee紅外熱釋電終端節點程序
功能實現 197
7.6 下載和調試通信程序 198
7.7 PC端Qt圖形交互ZigBee安防監測
短信報警控制系統實現 199
7.7.1 ZigBee安防監測短信報警控制
系統窗體界面設計 199
7.7.2 ZigBee煙霧紅外采集控制系統
窗體界面功能實現 210
本章小結 224
參考文獻 225

1. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
2. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設計中的應用 [李艷秀 莊華偉 著]
3. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
4. 辦公自動化高級應用 [陳萍 朱曉玉]
5. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
6. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
7. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
8. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
9. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
10. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
11. 電工電子技術基礎 [主編 劉 軍 楊國龍 劉天成]
12. MySQL數據庫項目式教程 [陳亞峰]
13. 湖湘文化與交互藝術的融合創新 [徐英 尹志強 著]
14. 機械設計基礎（第二版） [主編 田亞平 李愛姣]
15. 人工智能技術導論 [主編 劉軍 趙守凱 林海]
16. 畫法幾何與機械制圖 [主編 趙軍]
17. C語言程序設計習題與實驗指導（第二版） [主編 甄增榮 張賓]
18. C語言程序設計（第二版） [主編 甄增榮 田云霞]
19. Unity3D虛擬現實應用開發實踐 [主 編 劉龍]
20. 智能化技術基礎（第三版） [鄧文達　李禮]
21. 人工智能應用系統開發項目化教程 [主編 楊家慧 周永福 魏育華]
22. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]
23. Java Web應用技術項目化教程 [黃日勝 方阿麗]
24. 大學計算機基礎及管理應用實驗教程 [趙丹 解全穎]
25. 網絡營銷 [主編 夏薇薇 劉婷 尚潔]
26. CLO 3D服裝虛擬仿真設計與應用基礎 [主編　王靜]
27. 人工智能技術與機器人 [主編　邵克勇]
28. 大數據技術與應用 [主　編　蔡勁松　李偉]
29. WPS Office高級應用教程 [主編 牛莉 劉衛國]
30. MS Office高級應用教程 [主編 牛莉 劉衛國]