基于物联网的智能家居设计

基于物联网的智能家居设计

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摘要

随着物联网技术的发展和人们对物质生活水平的要求的不断提高，人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求也越来越高。近年来人们对家庭住宅观念发生了巨大改变，智能家居将成为现代化住宅的发展趋势。对于它的研究和开发，是一项有关自动控制、无线连接、无线通信多学科交叉的研究课题。

本文以物联网的发展为背景，通过学习研究物联网的相关技术,明确物联网的关键技术包括：RFＩＤ标识技术、传感网技术、Ｍ2M技术。在硬件方面,采用了GＰＲS模块作为远程人机交互手段，接收和发送信息。利用器件组成ZｉｇBee网络实现短距离的无线网络通信,并详细阐述了各硬件模块的功能和实现方法。GＰＲS模块软件方面,利用AT指令编写程序,实现用户手机的短信收发过程；利用单片机实现了对家用电器的控制。在智能家居控制系统中应用了星型网的网络拓扑，通过ZｉgBee网实现了节点之间无线通信。

关键词：物联网;智能家居;ZiｇBee；GＰＲS；远程控制

ABSＴRAＣT

Aｓthe ｄeveloｐment of the Iｎternet ｏf Tｈｉnｇs,thｅｓtaｎdardｓｏf ｍａｔerｉal life arｅcｏntinuaｌlｙimpｒｏved. Ｔhe requirｅs oｆtｈｅｓafｅ, comf ｏｒｔａbｌｅand cｏnvenｉenｔａre alｓo raised. Ｉｎｒecｅnｔyears,ｔheｒe ａre hｕge cｈanges on the concept oｆfamilｙhoｕｓe on pｅople’s miｎｄ; ａnｄtｈe ｓｍart hｏme wilｌbｅthe ｔｒend oｆmｏdern housｅ. The ｒesｅarｃｈand dｅvｅlopmenｔｏf it is aｂｏut the automａｔic cｏntrol, wireleｓs connectionａｎd wireless cｏmmunicatiｏns ｓtｕdy subｊecｔs．

This ａｒticｌｅis ｂaseｄon theｄｅｖelopment of tｈe Interneｔｏf Tｈiｎｇs.By studyiｎg thｅteｃhnology ｏf ｔｈe Intｅrｎｅt of Tｈiｎgs, and koｗｉｎg ｔhat the ｋｅyｔechnologys incｌｕde:ＲFID identiｆy ｔhｅnｅtｗork tecｈｎol ｏｇy，ｓensｉng teｃhnology，Ｍ2M. In the haｒｄwaｒe，tｈe mｏduｌe GPRS ｉｓused aｓthe reｍote ｉnteraｃｔion ofｍan-maｃhine; by sending anｄreceｉｖing messagｅs．Ｔo realｉｚe wireless coｍｍuniｃation iｎshorｔdｉｓｔance,s ｏme equiｐment are uｓed to forｍaＺｉgＢｅe nｅｔ. And telｌthe deｔails oｆevery moｄuｌe’s funｃtion anｄｍetｈod to reaｌizｅ．In GＰRS sofｔware ｍｏｄu ｌeｓ, ｔｈe prｏgｒaｍis edｉteｄby AＴｉnstｒuction and ｒｅalized thｅprｏceｓs ｏf senｄing ａｎd rｅｃｅiving messages. Theｃｏntrｏl of hoｕｓeholdａpｐｌiances becｏｍes true by the ｓinglｅchｉp．Nｅtｗoｒｋｔopolｏgy structurｅｏf star is applied in ｔhe smart housｅcontrol system; bｙusｉnｇthｅneｔof ＺiｇBeｅｔhat the wｉrelesｓｃｏmｍunｉcａｔion between nodes ｉs reaｌiｚed.

Key wordｓ: Ｉnternｅt ｏf Thingｓ; Smａrt Hoｍe;ZigBee; ＧPＲS; Rｅｍoｔe Control

目录

前言............................................................................................ 错误!未定义书签。

1绪论?错误!未定义书签。

１.１物联网技术概述............................................................ 错误!未定义书签。１.2 智能家居概述?错误!未定义书签。

1.3 智能家居的发展?错误!未定义书签。

1.４智能家居系统的特点...................................................... 错误!未定义书签。

1.５本章小结.......................................................................... 错误!未定义书签。

2 物联网相关通信技术的原理?错误!未定义书签。

2.１ZｉgBee无线技术?错误!未定义书签。

２.１．1 ZigＢee的概念.......................................................... 错误!未定义书签。

2.1．2ZigBee的协议栈 ........................................................ 错误!未定义书签。２．１．3 ZigBｅe的应用领域和应用前景.......................... 错误!未定义书签。

2.1.4 ZｉgBｅｅ应用于家庭网络中的关键问题.................... 错误!未定义书签。

2.２GPRＳ网络技术?错误!未定义书签。

2．3 本章小结?错误!未定义书签。

3. 智能家居系统设计方案?错误!未定义书签。

３.１智能家居系统总体设计思想...................................... 错误!未定义书签。３.2 系统工作过程?错误!未定义书签。

3.3 应用技术分析?错误!未定义书签。

3.3.1无线传输技术?错误!未定义书签。

3.3.2 GＰRＳ技术 ..................................................................... 错误!未定义书签。

3.３.3系统控制器技术?错误!未定义书签。

3.4智能家居的系统设计?错误!未定义书签。

3．4.1 主处理器的选取........................................................... 错误!未定义书签。３.4.2模块框架结构?错误!未定义书签。

3．5 本章小结?错误!未定义书签。

4 系统硬件设计?错误!未定义书签。

４．１复位电路....................................................................... 错误!未定义书签。4．2 单片机晶振电路............................................................. 错误!未定义书签。

4.3ＺｉｇBee无线传输电路............................................... 错误!未定义书签。

4.4 GPRS无线传输电路.......................................................... 错误!未定义书签。４．5 家电控制电路............................................................... 错误!未定义书签。４.6 本章小结.......................................................................... 错误!未定义书签。

5 智能家居系统软件设计?错误!未定义书签。

5.1 通信协议的定义................................................................ 错误!未定义书签。５.1.１手机与TC3５i模块之间的通信协议 ....................... 错误!未定义书签。

5.1.2ZigBｅe模块与上位机的通信协议........................... 错误!未定义书签。

5.2 系统程序设计?错误!未定义书签。

5.2.１TC3５i短信收发程序?错误!未定义书签。

5.2.2 单片机对继电器的控制.................................................. 错误!未定义书签。5．３本章小结....................................................................... 错误!未定义书签。

6 总结与展望............................................................................ 错误!未定义书签。６．1 总结............................................................................... 错误!未定义书签。

６.2 展望.................................................................................. 错误!未定义书签。致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。

参考文献?错误!未定义书签。

附录Ａ外文译文?错误!未定义书签。

附录B外文文献?错误!未定义书签。

附录C

附录D

前言

近几年金融危机之后的复苏时期,物联网概念迅速风行，受到各国政府的重视。物联网技术得到越来越多的应用，但关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义从字面上解释,物联网就是“物物相连的互联网”。可以从两方面去理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络,物联网的核心和基础仍然是互联网；其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。研究这项技术的重大意义在于这将使我们周围的一切物体联系到一起，社会变得更加智能，更加方便安全。

智能家居的概念早在上世纪80年代初就已经提出。以“住宅电子化”实现，到了80年代末，逐步提出了"住宅智能化"，也就是现在所说的智能家居的原型。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。它的研究与设计将优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目标是:将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。

1 绪论

1.1 物联网技术概述

20０9年1月,IBＭ公司提出了“智慧地球”的理念;200９年8月,温家宝在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时，提出了“感知中国”。物联网被预言为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，一时间很多人预见到了一场新的技术革命[1］。

物联网的概念:物联网的英文名称为“Ｔhe Intｅrneｔｏf Thiｎgs”，简称IＯＴ。从字面上解释，物联网就是“物物相连的互联网”。可以从两方面去理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络,物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信[2]。

关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义,有一个较为普遍认同的定义是物联网通过射频识别(RFIＤ）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[2]。

究其来源,其实只不过是在２0多年前，提出的“泛在计算”框架下的一个小分支。但是物联网的第一次提出源于1９99年,美国麻省理工学院成立Auｔo-ID研究中心，进行RFID 技术的研发,将RFID与互联网结合，提出了产品电子代码（EPC)解决方案。这是物联网的雏形,一直到现在为止，ＲFＩD的发展还是物联网发展的重要部分。200３年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年，在突尼斯举行的世界电联报告中明确提出了“物联网”的概念，国际电信联盟(ITU）发布了《IＴU互联网报告20０5:物联网》［１]。近几年金融危机之后的复苏时期，物联网概念迅速风行,受到各国政府的重视。我国的《国家中长期科学与技术发展规划(2０06-２02０年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将物联网列入重点研究领域。智能家居的概念早在上世纪80年代初就已经提出,以“住宅电子化”实现，而后又形成了“住宅自动化”的概念，到了８0年代末,逐步提出了“住宅智能化”,也就是现在所说的智能家居的原型。

物联网的关键技术包括：RFID标识技术、传感网技术、Ｍ2Ｍ技术。物联网体系架构中三个层次所涉及的关键技术是物联网最终实现并得以实施的重要保证。物联网中涉及的关键技术其中无线传感网(传感器网关、传感器)、中间件、客户端软件、用户卡鉴权和安全、远距通信(移动网/互联网等）、安全和隐私、智能处理技术（云计算等）已经广泛应用

[4]。

1．２智能家居概述

智能家居又称智能住宅，英文名称为“Smart Home”。是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目标是，将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS)连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。要完整地理解智能家居，有必要先对几个智能家居发展过程中有着重大影响的系统进行介绍。

智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。由于智能家居受产品生产厂家的限制，在短时间内还没有统一的标准协议，所以一般都是一个厂家单独做系统研发方案的。其中较为有影响力的一次是200７年微软推出的“未来之屋”，是物联网技术应用于日常生活的一个样板[５]。进人房屋时，安全系统会对来访者的面部进行扫描,确认身份后自动打开房门。客厅冰箱上的液晶显示器能列出保存的食物清单,厨房水槽能够根据使用者的身高调节高度,而排风机会根据油烟浓度自动开启。此外,每个房间的墙壁颜色、装修风格和温度,都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换。这一概念的提出在推广普及上还需加以时日，但是随着技术的革新，我们这里将把能够实现远程监控、智能照明、以及智能音响的智能家居。我们可以考虑将物联网技术应用到智能家居的设计中，使我们的家居环境更加智能化、人性化、高效化。

1.3 智能家居的发展

相比于国外，我国对智能家居系统的相关产品的研发起步较晚。从目前中国的国情来看,实用型与舒适型应当成为家庭住宅建设的主流，舒适型面向中等偏上收入者。但是住宅是一项使用寿命较长、一次投资较大的特殊商品,因此,建设时的标准必须具有一定的前瞻性。

目前在我国,智能家居系统被定义为:利用4C(自动控制、计算机网络、无线通信、ＩC 卡）技术,通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、安全防护与物业管理、住宅智能

化系统集成，提供高技术的智能化住宅小区的服务于管理为手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理,提供安全舒适的家居环境。

目前智能家居系统一般要求有三大功能单元：第一，必须要有一个功能非常强大的智能家庭系统平台；第二,必须要有一个完整的综合性的家居布线系统；第三,必须要有家庭内部进行控制的互联网、连接外网的宽带互联网和家庭内部各种家电进行控制的家庭控制网络这三种网络支持的系统才能叫做真正的智能家居系统[3]。

1．4 智能家居系统的特点

(1)它的对象是结构和特性完全相异的各种家用电器,相互之间兼容性比较差,电器之间的数据共享比较困难。

(2）家电的信息量小但对实时性要求较高，必须针对当时的家庭环境进行实时的调整。

(3）家电运行时所处环境有很大差异，对系统的抗干扰性和稳定性要求较高。

(4)家庭用户对于价格要求比较高,必须把组建网络的费用降低到一定程度,才能被广泛认可和接受。

(5)家电完成的功能各有不同，需要达到的智能水平也有很大的差异,要针对不同的功能要求，设计不同家电的智能水平(比如说，如果让电灯也共享Inｔeｒｎet资源，显然没有必要，但是家中的摄像监控设备则需要较高的智能水平）。

（6）从用户的角度来说,用户需要简化家电的操作过程，统一家电的操作方法(比如说用统一的遥控器实现所有电器的控制)。因此,组建智能家庭网络时需要考虑的问题有很多。

1.５本章小结

本章首先介绍了关于物联网的概念以及技术，指出物联网的应用范畴,接着介绍了智能家居的概念和具体实现的功能,提出智能家居使人们的生活更加高效更加人性，更加方便的理念。在最后又介绍了智能家居系统的几个特点，设计智能家居时需要考虑的一些问题。

2 物联网相关通信技术的原理

2.１ZigBee无线技术

2.１．1 ZigBee的概念

ZｉｇBｅe是最近提出的一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。主要适用于自动控制和远程控制领域，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的。在ＩEEE8０２．１5．4网络中,根据设备所具有的通信能力，可以分为全功能设备(fuｌl-ｆｕｎction dｅｖice,FFD)和精简功能设备（reｄucｅｄ-funｃtiｏｎdeviｃe，RFD）。FFＤ之间以及ＦFD和ＲＦD之间都可以相互通信；但RＦD只能与FFD通信，而不能与其他ＲFD通信。RFD主要用于简单的控制应用，传输的数据量较少。对传输资源和通信资源占用不多，可以采用非常廉价的实现方案,在网络结构中一般作为通信终端［6]。

ＦFD一般需要功能相对比较强大的ＭCU，一般在网络结构中用作于网络控制和管理功能。在IEEE８0２.１5．４网络中，有一个称为ＰAN网络协调者（PAN ｃｏordinatｏr)的FＦD设备。是LR-WPAN的网络中的主控制器。PAN网络协调者除了直接参与应用以外，还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。无线通信信道的特性是动态变化的,节点位置或天线方向的微小改变、物体移动等周围环境的变化都有可能引起通信链路强度和质量的剧烈变化，因而无线通信的覆盖范围是不确定的，在进行网络协议的设计时必须要考虑到无线信道的这个特点。

?在智能家居系统设计中，采用星型网络,这种星型结构的特点是对中心节点(这里是无线数字家居服务器或网关）的依赖性很大,中心节点出现问题可能造成整个网络的瘫痪。家庭内部无线网络连接距离较短,一般在l00米以内,家用电器位置容易改变,家庭电器等的数量也容易变化,网络中的信息传送主要在无线数字家居服务器和其它室内终端之间。根据家庭网络的这些特点以及以上介绍的无线网络拓扑结构,本文以家庭网关为中心节点组建一个星型家庭网络。ＺigBee技术最大传输距离15０米，完全满足家庭网络需要。通过实用证明，星形家庭网络组网简单。

２.１.2 ZiｇBee的协议栈

ZigBeｅ与ＩEＥE80２.15.4的联系人们常会把ＺｉｇBｅe和IEＥE802．１5.4等同起来,其实两者之间还是有所区别的如图2-1所示[6]。

(1)ZｉgBee完整、充分地利用了IEEＥ８0２．15.4定义的功能强大的物理特性的优点；

（2)ZｉgBeｅ增加了逻辑网络和应用软件;

（3）ZiｇBｅe基于IEEE８０2．15.４射频标准,同时ZigBeｅ联盟通过与IEEE紧密工作来确保一个集成的完整的市场解决方案;

(4)８02．１５．4工作组主要负责制定物理层（PHY)和媒体访问控制(ＭAC)层标准,而ZigBee负责网络层和应用层的开发。

应用层

应用接口

网络层

数据链路层

介质访问层

物理层

芯片ZigBee

Stack 应用

程序

用户

ZigBee

联盟

IEEE

图2-1ZｉｇBee的结构和分工

Fig.２-1ZiｇBee Stｒucture anｄDｉvision oｆLaｂor

802.15.4协议架构及其技术特点IEEE８０2.１5．4满足国际标准组织（ＩＳO)开放系统互连(ＯSI)参考模式，定义了单一的MAC层和多样的物理层。ZiｇBee联盟制定了MAC 层以上协议，其协议套件由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。

（１）物理层

物理层提供了媒体访问控制层与无线物理通道之间的接口,主要完成功能:激活，休眠无线收发设备、对当前频道进行能量检测、链路质量指示、为载波检测多址与碰撞避免(C ＳMＡ-CA)进行空闲频道评估、频道选择、数据的发送及接收等。

ＩＥEＥ８02.15.4定义了两个物理层标准,分别是2.4GHｚ物理层和868/915MＨz物理层。两个物理层都基于DSSＳ(Dｉｒeｃt Ｓeqｕence SpreaｄＳpectｒｕm，直接序列扩频)，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。

２.4GHｚ波段为全球统一的无需申请的ISM频段，有助于ZiｇBee设备的推广和生产

成本的降低。2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供２５０kｂps的传输速率，

有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。

８6８MHz是欧洲的ISM频段，9１5ＭHz是美国的IＳM频段，这两个频段的引入避

免了2．４GHｚ附近各种无线通信设备的相互干扰。86８MHz的传输速率为２0ｋｂ／s，916MHｚ是4０kb/ｓ。由于这两个频段上无线信号传播损耗较小,因此可以降低对接收机灵

敏度的要求。获得比较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖给定的区域。工作

频段和频率如表2-1所示:

表2-1工作频段和频率

Ｔａｂ．2-2 ＦrequｅncｙanｄFrequｅncy Rａnge of Labor

物理层工作频率（MHＺ)频道数码片率调制方式传输率数

８68ＭHＺ868-８6８.6 1300 BPSK 20

制

91５ＭHZ90２-９28 １0600ＢPSK

二进制

2.4G 240０-24８3．5 １６2０00 O-ＱPＳＫ250

态组

在PHY层的有关参数上,有四个重要的参数:

a)传输能量（powｅr）：约lmW的能量。

ｂ)传输中心频率的兼容性：约±40ｐｍ。

c）接收器之感度：-8５dBm-92dBｍ(8６8、9１5 ｒam)，1％分组差错率(PＳDU=

２０bｙtｅs)。

d)接收信号强度指示的测量（RＳＳD)。

（２)调制及扩频

二进制符号数数据符号

数据码

偏移四相

移相调控

PPDU二进制

数据

已调制的

数据图2-2２.4G物理层调制及扩频功能模块

Fig.２-2 2.4G thｅPｈysicaｌＬayer Modulaｔion and Spread Frｅqueｎcy Fｕnctioｎal Mｏｄuｌ

ｅｓ

2.4G物理层将数据(PPDU)每字节的低四位与高四位分别映射组成数据符号（Symbｏｌ),每种数据符号又被映射成32位伪随机噪声数据码片(Chｉp)。数据码片序列采用半正弦脉冲波形的偏移四相移相键控技术(O-QPSK)调制，对偶数序列码片进行同相调制，而对奇数序列码片进行正交调制，如图２－2所示。

868/９15ＭHＺ物理层先将ＰPDU二进制数据进行差分编码,差分编码是将当前数据位与前一编码位以模为2异或而成。经编码的数据位又被映射成1５位伪随机噪声数据码片(Ｃhip），数据码片序列采用二相的相移键控技术(ＢＰSK)调制。

(３)PPDU格式

ＰPDＵ报文数据由用于数据流同步的同步头（SＨＲ)、含有帧长度信息的物理层报头(PＨR）以及承载有MＡC帧数据的净荷组成，具体结构如图2-３所示。

字节４ 1 １可变

帧定界符(SＦD）帧长度(７biｔs) 保留（１bit）物理层数据(PSDＵ）前同步码(Pｒｅ

ａmble)

同步头(SHR）物理层报头(PHR）物理层净荷

图2-3 PPDU格式

Ｆig．2-3Fｏｒmat oｆPPDU

前同步码域用来为后续数据的收发提供码片或数据符号的同步，帧定界符用来标识同步域的结束及报文数据的开始。物理层数据域长度根据情况可变(长度为5字节或大于7字节),承载了物理层报文数据，包含有MAＣ层数据帧。

(4)ＭAC层

为了提高传输数据的可靠性,ＺｉgBｅe的MＡC采用了时隙化的载波侦听和冲突避免的信道接入CSMA-CA(CａrrieｒSｅnsｅMulｔipｌe Acceｓs wiｔhＣollision Ａvoidance）算法。MAC子层的组成及接口模型如图２-4所示。

图2-４ MAC 子层组成及接口模型

Ｆig.２-４ ＭA Ｃ Ｆo ｒm a ｎd Inte ｒf ａce Mo ｄel

IEEE8０2．15.4的MAC 协议包括以下功能:设备间无线链路的建立、维护和结束；确认模式的帧传送与接收；信道接入控制；帧校验;预留时隙管理；广播信息管理。MAC 子层提供两个服务与高层联系，即通过两个服务访问点(SAP)访问高层。通过MAC 通用部分子层SAP(MCPS-S ＡＰ)访问MAC 数据服务,用MAC 层管理实体S ＡP(ＭL ＭＥ－SAP)访问MAC 管理服务。这两个服务为网络层和物理层提供了一个接口。灵活的MAC 帧结构适应了不同的应用及网络拓扑的需要，同时也保证了协议的简洁。

I ＥEE802．15.４ M ＡC 子层定义了广播帧、数据帧、确认帧和MA Ｃ命令帧等4种帧类型。只有广播帧和数据帧包含了高层控制命令或者数据,确认帧和MAC 命令帧则用于ＺｉgB ｅe 设备间M ＡＣ子层功能实体问控制信息的收发。广播帧和确认帧不需要接收方的确认，而数据帧和MAC 命令帧的帧头包含帧控制域,指示收到的帧是否需要确认，如果需要确认，并且已经通过了CRC 校验,接收方将立即发送确认帧。若发送方在一定时间内收不到确认帧，将自动重传该帧。这就是MAC 子层可靠传输的基本过程。MA Ｃ层的帧格式如图2-5所示:

2 1 ０-20 变量

2

帧控制

序列号

地址信息

净荷

帧校验系列

图2－5 MAC 层的通用帧格式

Ｆig.2-5 Ge ｎer ａl Fr ａme F ｏrmat o ｆ MAC

(5) 网络层

MAC 通

MAC 层管PAN

PHY 层

PHY 层数据MAC

MAC 层

网络层包括逻辑链路控制子层:８02.2标准定义了LLC，并且通用于诸如８02.３、802．1１及８02.15.１等系列标准中。而MAＣ子层与硬件联系较为紧密,并随不同的物理层实现而变化。网络层负责拓扑结构的建立和维护、命名和绑定服务,它们协同完成寻址、路由及安全这些必须任务。

ＮＷＫ层是位于ＭAC层之上与AＰＬ层交互的一个协议层。网络层的任务是通过正确操作链路层提供的功能来向应用层提供合适的服务接口。为了与应用层交互,网络层逻辑上包含两个服务实体：数据服务实体（NＬDＥ)和管理服务实体（NLMＥ)。

ZiｇBeｅ规范定义的NWK层协议,提供数据传输服务（NLDE)和管理服务(NＬME)的数据服务接口，用于将ＡPL层提供的数据打包成应用层协议数据单元，并将其传输给相应的节点的ＮWK层;或者将接收到的应用层协议数据单元进行解包,并将解包后得到的数据传送给本节点的APL层。也就是说NLＤE－SＡP实现两个ＡPＬ层之间的数据传输。NＬＭE-ＳAP是NWK层给APＬ层提供的管理服务接口，其逻辑模型如图2-6所示。

NLDE-SAP是NWK层提供给APL层的数据服务接口,MＣPＳ-SＡＰ是由MAC层提供给ＮWＫ层的数据服务接口，MＬME-SAP是MＡC层提供给NWK层的管理服务接口。

a）配置一个新设备

b)开始一个新网络

ｃ)加入或者离开网络

NLDE-NLME-

NL NWK

MCPS-S MLME-

图2-６NWＫ层模型

Fig.2－6Ｍｏdeｌof NWK

(6）应用层

应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到ＺigBeｅ网络上，具体而言包括：安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现、业务发现。应用层有应用支持子层（AＰS），ZiｇＢee设备对象(ZDO)及厂商定义的应用对象。应用支持子层(APS）的作用是维护设备绑定表，它具有根据服务及需求匹配两设备的能力,且通过边界的设备转发信息。应用支持

子层（APS)的另一作用是设备发现,它能发现在工作范围内操作的其它设备。ZDO的职责是定义网络内其它设备的角色。如ＺiｇBee协调器或末端设备、发起或回应绑定请求、在网络设备间建立安全机制（如选择公共密钥、对称密钥等)等。厂商定义的应用对象根据ＺiｇBee定义的应用描述执行具体的应用。在本系统中附加了一层应用层协议完成数据的通讯和控制的业务。

２.1.3ZigBee的应用领域和应用前景

ＺｉgＢee技术将主要嵌入在消费性电子设备、家庭和建筑物自动化设备、工业控制装置、电脑外设、医用传感器、玩具和游戏机等设备中。应用于小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域中。ＺｉｇBee联盟预测的主要应用领域包括:工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。通常,符合如下条件之一的应用]7[。均可以考虑采用ZｉgBｅe技术作无线传输：

●设备成本较低．传输的数据量较小。

●设备体积较小，不便放置较大的充电电池或者电源模块。

●没有充足的电力支持，只能使用一次性电池。

●频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难。

２.1.4 ZiｇBee应用于家庭网络中的关键问题

ZigBee实现家庭组网的目标是：在消费类电子设备中嵌入ZigＢｅe芯片联网后,实现家电等设备的无线互连和家庭自动化。利用ZiｇBee技术可较容易实现相机或者摄像机的自拍、窗户远距离开关、室内照明系统的遥控以及窗帘的自动调整等功能。特别是在手机或者PDA中加入ZigBeｅ芯片后就可以被用来控制电视开关、调节空调温度及开启微波炉等。基于ZiｇBee技术个人身份卡能够代替家居和办公室的门禁卡。可以记录所有进出大门的个人的信息。

2.２ＧPRS网络技术

(1)ＧPRＳ网络总体结构

GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN（OPＲS网关支持节点１和SGSN(GＰRＳ服务支持节点）来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据[８]。

GPＲＳ无线通信系统基本原理：ＧＰRS（通用无线分组业务)是一种基于ＧSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线连接网络。GPRS网络是在原有的GSＭ网络上，增加ＳGSN（GPRＳ服务支持节点)以及GGSN(网关GPRS支持节点)两种数据交换

结点设备,使得用户在端到端分组方式下发送和接收数据，同时兼容电路型数据和分组交换数据。

(2)GPRS协议

移动台（Mｓ)和ＳGSＮ之间的GPRＳ分层协议模型如图２-７所示：

网络协议

SNDC

LLC

MAC

物理链路

RF接口

MS

物理链路

RF接口

物理链路

MAC

LLR

LAPD

LAPD

LLC

SDNC

网络协议

RSS Gb

Um

图2-7 GＰRＳ协议

Fig.2-7Ａｇreemenｔof GPRS

Um接口是GSＭ的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、ＭＡＣ(Mｅｄium Aｃcess Cｏnｔrol)层、LLC以ＬogｉcaｌLｉnk Control）,层、SNＤC(Sub network Ｄepenｄａｎt Ｃonvergeｎｃe)层和网络层。Ｕm接口的物理层为射频接口部分,而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。MＡC质接入控制层。ＭＡC 的主要作用是定义和分配空中接口控制层。它是一种基于高速数据链路规程ＨＤLC的无线链路协议。LLＣ层负责在高层SＮDC层的ＳNDC数据单元上形成LＬC地址、帧字段，从而生成完整的LLＣ帧。SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包,确定TCＰ/IP地址和加密方式。网络层的协议目前主要是Pｈase 1阶段提供的TＣP/IP和ｘ.２5协议,这些协议对于传统的GSM网络设备(如BSS和NＳS等设备）是透明的。

(3)GPＲS的路由管理

GPＲS的路由管理是指ＧPＲＳ网络如何进行寻址和建立数据传送路由。GPＲS的路由管理表现在以下三个方面：移动台发送数据的路由建立、移动台接收数据的路由建立、以及移动台处于漫游时数据路由的建立。

第一种情况,当移动台产生了一个PDU（分组数据单元),这个ＰＤＵ经过SＮDC层处理，称为ＳNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLＣ帧,通过空中接口送到ＧSM网络中移动台所处的SGSN。SGSN把数据送到ＧＧＳN,GGSN把收到的消息进行解装处理,转换为可在公用数据网中传送的格式(如ＰＳPDＮ的PDＵ),最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据压缩和加密处理。

第二种情况中,一个公用数据网用户传送数据到移动台,首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元(如ＰSPDN中的PDU),通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN。而GGSN再把ＰDＵ送给移动台所在的SGＳN,GSN把ＰDＵ封装成SＮDC数据单元,再经LLC层处理为ＬLC帧单元，最终经空中接口送给移动台。

第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户，其方式和第二种情况类似,但不同的是其数据必须经过归属地的GGSＮ，然后送到移动用户。

2.3 本章小结

本章介绍了GPRS技术和ZｉｇＢee技术在应用于智能家居中短距离无线通信的优势,详细介绍了GPRS技术的网络结构、协议和路由管理的相关知识。协议栈,应用领域以及选用星型网络作为智能家居的组网方式等。

3 智能家居系统设计方案

３.１智能家居系统总体设计思想

我们应用智能家居的基本目标是使我们的生活环境更加舒适、安全、方便和高效。因此智能家居系统的硬件和软件都应具有先进性，避免短期内因技术陈旧造成整个系统性能不高和过早淘汰。与此同时,应立足于用户对整个系统的具体需求,具有实用性。不管是系统中的设备、软件还是网络拓扑结构，都应具有良好的开放性。网络化的目的在于要实现设备资源和信息资源的共享，由于计算机网络本身具有开放性，和共享性。因此我们应设计提供标准接口。用户可根据其需求，对系统进行更新和升级。

这个系统采用GPＲS技术和短消息的方式来实现无线传输短消息，并且控制器将把短消息分析翻译成为可以识别的命令编码。这样可以通过手机操控的方式来实现家居监控。用GPRS接入的好处是可以满足部分Ｉntｅｒnet普及率不是很高的现状，同时用手机对家庭进行监控弥补了通常智能家居控制器的操作距离短、地域限制等问题。并且以短消息的方式对系统进行控制,提高了效率降低了成本,同时本系统可以扩展应用于多种无人职守地

基于物联网的智能家居的应用案例

智能监控系统在智能家居方面的应用 1.需求分析 随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈人以数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，其中正在兴起的基于物联网技术的智能家居则是依照人体工程学原理，融合个性需求，将感应器嵌入到与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等中，通过现有网络链接、控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。但由于体制、行业利益等方面的原因，我国目前的三表远程计量、住户安全监控、小区管理等系统大都自成体系，独立设备、独立线路结构、独立的管理运营模式．在该模式下，无疑会造成人员和设备的极大浪费，同时会给住户带来使用上的极大不便及增加维护、维修的工作量．基于以上考虑，本着以下五个原则设计了本智能监控系统． 1)充分利用好住宅区现有的信息化资源，尽可能保护住户的现有信息化软硬件设备投资． 2)采用先进成熟的技术和标准．在构建小区智能监控系统时采用符合业界标准的、先进的、成熟的技术，避免短期重复建设和技术落后，充分借鉴其它行业的成功经验，吸取其失败教训，少走或避免走弯路，做成一项精品工程。

3)高度的安全性．全面有效监控家居安全，无论是家庭防盗，还是住户的水、电、气使用及其它家用设施的安全，包括网络的自身安全。 4)可扩充性．在满足住户现有设备安全监控的前提下，对小区及住户未来的发展需求作总体规划，便于在进行监控网构建时软硬件上留下一定的扩充余地。 5)操作界面友好，提供在线帮助，操作简单。 2.系统架构 2.1系统的整体结构 图1系统整体结构示意图 如图l所示，从网络结构上看，系统主要由三层网络组成，最底层网

基于物联网的智能家居系统设计毕业设计论文

基于物联网的智能家居系统设计毕业设计论文I 基于物联网的智能家居系统设计 摘要 智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术，将各种家用设施(如照明、安防、家电等)通过家庭网络连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活。传统的智能家居系统一般是通过有线线路布线和进行各种控制和通信的，人们难以脱离各种线缆的羁绊，而且系统的可扩展性能也很差。现代近距无线通信技术的发展，使得人们能够冲破这种束缚，营造更舒适的家居生活。家居网络可以大致分为数据网络和控制网络两大部分，本文主要针对智能家居系统的控制网络相关技术进行研究，并进行了系统设计。 本文主要按照以下几部分展开论述: 首先分析了智能家居系统的一般构成以及控制系统在智能家居的地位，并通过传统智能家居的特点进行分析，指出了目前市场上的智能家居系统的局限性，提出了基于短距无线网络的现代智能家居系统是将来的发展趋势。接着对智能家居控制的系统构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于IEEE802.15.4的zigbee技术是目前最适合无线家居控制系统的无线标准，并对该标准进行了深入研究。然后从系统和应用的角度来研究智能家居控制网络，设计了一个基于近距无线技术的智能家居控制演示系统，包括主控制器与传感器、摄像头监控、开关控制等功能节点的设计。 关键词：家居控制网，Zigbee，物联网

Things Based System Design of Smart Home ABSTRACT Intelligent household system is using a computer, the embedded system and communication network technology, will all sorts of household facilities (such as lighting, security, home appliance, etc) through the family network connectivity to together, thus provide people with more convenient comfortable life. The traditional intelligent household system is generally through the cable line wiring and various control and communication, people is hard to escape the fetters of various cable, and system extensible performance is also very poor. Modern sidewall of wireless communication technology development makes the people can get the chains, build the household life more comfortable. Household networks can be roughly divided into data networks and control network of two parts, this article mainly aims at intelligent household system control network relevant technology and system design. This paper mainly according to the following several aspects to discuss. This paper firstly analyzes the general intelligent household system composition and control system in intelligent household position, and through the traditional intelligent household characteristics, the paper suggests that the current market the limitations of the intelligent household system, puts forward the short-range wireless network based on the modern intelligent household system is the future trend of development. Then the intelligent household control system architecture and related key technology are analyzed and compared, points out that the IEEE8O2. Based on zigbee technology 15.4 is the most suitable for wireless home control system's wireless standards, and the standards were studied. Then from the Angle of system and application research intelligent household control network, design of a close wireless technology based on the intelligent household control demonstration system, including the main controller and sensor, surveillance camera, switch control design of functional nodes. Keywords:home control nets, Zigbee, Content networking

物联网智能家居设计报告

通信与信息工程学院 数据通信及网络技术 项目名称：花知万物（智能浇水）班级： 姓名： 学号： 成绩： 评 通信与信息工程学院 二〇一七年

1.项目背景 现代人们追求生活的质感，在家里，景观性和环保性的盆栽是很多人的不二选择，可忙碌的现代生活常常使人忘记给植物浇水，造成植物死亡。为了解决这个问题，本次设计的花知万物系统是一个结合智能家居并依据土壤湿度高低自动浇水的智能花盆系统。 2.项目技术分析 2.1 传感器技术 传感器是能够感受被测量信息，并能将其按一定规律转换成电信号，以便实现信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的器件或装置。传感技术同计算机技术、通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点看，如果把计算机看成是识别和处理信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，传感器就是信息系统的“感觉器官”。 早在20世纪80年代，世界已进入传感器时代，传感器产业被公认为是最具发展前景的高技术产业之一。它以技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。就以汽车为例，一辆普通轿车要用几十个传感器，豪华轿车要用几百个传感器。在不远的将来，无人驾驶汽车将在公路上行驶，可以想象，它要用多少传感器。 因此，可以说，传感器技术将改变人类生活。 本次设计主要应用了温度传感器和湿度传感器，用来感知室内温度和土壤湿度。 2.2 嵌入式微控制器技术 嵌入式微控制器就是将整个计算机系统集成到一块芯片中，以某一微处理器内核为核心加入一些功能部件来适应不同的应用需求。嵌入式微控制器的典型代表是单片机，单片机从诞生之日起,就称为嵌入式微控制器.它体积小,结构紧凑,作为一个部件埋藏于所控制的装置中,主要完成信号控制的功能。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。由于微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。为了适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的名不同的是存储器和外设的配置极封装。这样可以最大限度地与应用需求相匹配，从而减小功耗和成本。 本次设计采用单片机，写入相应代码完成相应的硬件布置来控制整个系统的工作。 2.3短距离无线通信技术 物联网技术的出现，将信息互通的方式从H2H扩展至M2M，是一种新的通过物物互联来实现感知世界的技术手段，开辟了信息化的新途径。通过一个小型的、短距离的无线网络可以实现在任何时间、任何地点与任何人进行通信，从而促使RFID、蓝牙、ZigBee、UWB等技术应运而生。短距离无线通信技术作为物联网架构体系的主要支撑技术得到了迅猛的发展，应用范围逐步扩大。

基于物联网的智能家居实训报告

基于物联网的智能家居实训报告

基于物联网的智能家居实训方案【摘要】物联网技术迅速发展，智能家居作为其重要应用部分成为新兴研究领域。本文提出了一种智能家居实训方案，该方案采用CC2530芯片、无线通信技术及传感器组建ZigBee家庭部局域网，外部接入因特网。覆盖物联网三层结构。使用LED灯成功测试实训平台对灯光控制功能，实验表明有进一步研究智能家居实训平台的价值。 【关键词】物联网；智能家居；ZigBee；CC2530 Smart Home Practice Training Based on Internet of Things ZHU Kai JIANG Wei LIU Tong （School of Mechanical Electronic & Information Engineering China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China） 【Abstract】With the rapid development of the internet of things，the smart home has become the emerging research field which plays an important role in the internet of thins. Smart home practice training scheme is put forward. Interior home

network is formed by CC2530，wireless communication technology and sensor，including three layers. Exterior network is connected to the internet. The lamp control test is performed by LED and the result confirmed that the smart home practice training scheme has an important value for further study. 【Key words】Internet of things；Smart home；ZigBee；CC2530 0 引言 随着社会的发展，人们对家庭生活、学习、娱乐提出了更高的品质要求。例如，亲人对独生子女的看护，主人对家用电器进行实时远程控制，在主人进门之前，室已经具有宜人温度。在主人启动汽车之前，车有合适温度，有按照主人出行计划设计好的行车路线。这些需物联网应用中最贴近民生的智能家居方面。 高校已陆续设立物联网专业，要把学生培养成适应社会需求的人才需要学生掌握物联网综合技术。智能家居实训平台是物联网典型开放型应用环境之一，学生可在此平台上实现对物联网综合技术的理解，亦可借助此平台进行创新应

基于物联网技术的智能家居控制系统设计方案

基于物联网技术的智能家居控制系统设计方案 随着人们生活水平的提高和科技的发展，家庭智能化已成为一种必然趋势而深入千家万户。 家庭智能化即智能化家居 (Smart Home)，亦称数字家园(Digital Family )、家庭自动化(Home Automation )、电子家庭(E-home)、智能化住宅(Intelligent Home )、网络家居(Network Home )、智能屋(Wise House, WH)、智能建筑(Intelligent Building、等。它是利用计算机、通信、网络、电力自动化、信息、结构化布线、无线等技术将所有不同的设备应用和综合功能互连于一体的系统。它以住宅为平台，兼备建筑、网络家电、通信、家电设备自动化、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，集系统、结构、服务、管理为一体的安全、便利、舒适、节能、娱乐、高效、环保的居住环境。其从控制层次来分，一般由中央控制中心、家居智能控制终端、小区智能控制系统、家庭网关和外部网络几部分组成。 1智能家居系统体系结构 家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对 讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成，框图如图1所示。 图1智能家居系统结构框图 2系统主要模块设计 2.1照明及设备控制 智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机、网络、自动控制和集成技术建立一个 由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统。系统中照明及设备控制可以通过智 能总线开关来控制。本系统主要采用交互式通信控制方式，分为主从机两大模块，当主机触 发后，通过CPU将信号发送，进行编码后通过总线传输到从模块，进行解码后通过CPU触 发响应模块。因为主机模块与从机模块完全相同，所以从机模块也可以进行相反操作控制主

物联网大作业

物联网四班大作业 班级：02121427 姓名：董国庆学号：0121427

关于物联网技术在智能家居、 汽车制造业采购物流及无线环境检测的应用 一、物联网概述 1、物联网的定义： 物联网的概念最早是在1999年被提出的,它的英文名是Internet of Things(IOT),也称为WebofThings。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟在于突尼斯举行的信息社会世界峰会上,发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。博欣将物联网定义为通过各种信息传感设备、装置和技术,实时采集所有需要监控、连接、互动的物体和过程,采集其光、声、热、电、力学、生物、化学、位置等各种人们需要的信息,再结合互联网形成一个巨大的网络,以实现物体与物体,物体与人、物品与网络之间的连接,方便识别、管理和控制。 2、物联网网络结构 目前一般讲物联网网络架构分为三个层次,分别为感知层、网络层和应用层。其结构如图所示。 物联网网络架构 感知层的主要作用是完成数据的釆集,包括传感器和短距离传输M络两个部分。传感器部分实现了对数据的采集,而短距离传输网络负责将传感器釆集到的数据传输到网关。 网络层的主要作用是传递信息,它是基于现有的通信网络和互联网建立的,包括接入单元和接入网络两个组成部分。接入单元负责接收感知层发送过来的数据,并将数据传输至接入网络。接入网络即为现有的各种通信网络,包括有线电话网、移动通信网等。用户通过接入网络将数据传入互联网。 应用层的主要作用是对数据进行管理和处理,并与物联网的各种应用相结合。物联网应用层包括中间件和物联网应用两个部分。中间件是一个独立的软件或服务程序,用于将一些公用能力统一封装以提高应用的发效率。物联网应用即各种供用户使用的应用,如家庭安防等。 3、物联网国内外发展现状： 自物联网的概念问世以来,物联网已经得到了很大的发展,被应用于交通、物流、电力、工业等很多领域。目前美欧及日韩等发达国家在物联网应用的广度和深度等方面处于领先地

基于手机远程遥控和物联网技术的智能家居控制系统

基于手机远程遥控和物联网技术的智能家居控制 系统 一、项目概述 1.1引言 21世纪是信息化的世纪,各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步.你是否想一踏入家门就是一个光照度和温湿度舒适的环境,你是否在外边担心家里的安全,你是否想遥在外边想通过一个简单的电话就能控制家里的电器等.本文介绍的数字化家居控制系统可以使得人们可以通过手机或电话在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、dvd录像机）进行远程控制；也可以在下班途中,预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是打一个简单的电话.该系统除了具有手机远程控制功能后,还能通过自身的传感器模块感知外界环境的具体情况,并会根据实际情况进行适当的调整.在阴暗的天气里,它会自动打开灯,并调整灯的亮度,在阳光充足的天气里,它会自动关闭灯,或者将灯光调暗,并且与百叶窗配合来控制家里的光照度,由于本项目采用的是亮度可调的led灯,所以对于节能和环保都有很大的意义.此外,该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监控等多种功能,如果不幸出现某种险情,您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动.舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志,智能家居控制系统能够在不改变家中任何家电的情况下,对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制,使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活. 实现智能化离不开运算和控制单元,本系统采用at32uc3a0512作为主控器件,单片机应用系统由硬件和软件组成.硬件由单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；软件由单片机应用系统实现

物联网智能家居发展分析_童晓渝

1 物联网智能家居概述 智能家居概念的起源很早：20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化开始实现；80年代中期，将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体，又形成了住宅自动化概念；至80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国被称为Smart Home，也就是现在智能家居的原型。 智能家居在WiKi百科中定义如下：以住宅为平台， 兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。进入21世纪后，智能家居的发展更是多样化，技术实现方式也更加丰富。总体而言，智能家居发展大致经历了4代。第一代主要是基于同轴线、两芯线进行家庭组网，实现灯光、窗帘控制和少量安防等功能。第二代主要基于RS-485线、部分基于IP技术进行组网，实现可视对讲、安防等功能。第三代实现了家庭智能控制的集中化，控制主机产生，业务包括安防、控制、计量等业务。第四代基于全IP技术，末端设备基于zigbee等技术，智能家居业务提供采用“云”技术， 并可根据用户需求实现定制化、个性化。目前智能家居 【摘 要】智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居产业的发展具有重大意义。文章分析了目前智能家居发展现状，给出了发展建议，为物联网智能家居产业的发展提供参考。【关键词】物联网 智能家居 产业链 收稿日期：2010-04-28 童晓渝 房秉毅 张云勇 中国联合网络通信公司 物联网智能家居发展分析

基于物联网的智能家居系统设计

基于物联网的智能家居 系统设计 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

报告名称：基于物联网的智能家居控制系统设计方案 班级组号： 指导老师： 组长学号姓名： 组员学号名字： 2017年3月17日 目录 一. 项目背景 (1) 二. 系统需求分析 (1) 1.方便的手持设备.............. .. (1) 2.摄像头.............. (1) 3.门禁.............. . (1) 4.空气质量检测.............. (2) 5.湿度、烟雾检测.............. .. (2) 6.远程控制.............. .. (2) 三.智能家居系统功能简述 (2) 1.智能安防系统 (2) 2.智能照明系统. (2) 3.智能电器控制系统. (2) 4.门禁系统. (3) 5.烟雾检测统. (3) 6.空气质量检测系统. (3) 四.智能家庭平面图 (4) 五. 智能家居各系统原理图 (5) 1.智能安防与视频监控系统 (5) .设备组成 (5) .功能 (5)

.程序流程图 (6) 2.智能照明系统 (7) .设备组成 (7) .功能 (7) .程序流程图 (8) 3.智能电器控制系统 (8) .设备组成 (8) .功能 (9) .程序流程图 (9) 4.门禁系统 (10) .设备组成 (10) .功能 (10) .程序流程图 (10) 5.烟雾检测系统 (11) .设备组成 (11) .功能 (11) .程序流程图 (12) 6.空气质量检测系统 (12) .设备组成 (12) .功能 (12) .程序流程图 (13) . 六.团队成员的分工安排 (13)

物联网技术在智能家居中的十大应用

物联网技术在智能家居中的十大应用 物联网应用技术是基于互联网的基础，在互联网发展到一定程度，物联网应用技术也就应运而生，众所周知，物联网的最基本功能特征就是提供“无处不在的连接和在线服务”，作为物联网解决方案供应商云里物里科技还告诉你它此外还具备以下十大基本功能： 1、定位追溯：一般基于传感器、移动终端、楼控系统、工业系统、家庭智能设施、视频监控系统等GPS和无线通信技术，或只依赖于无线通信技术的定位，如基于移动基站的定位、RTLS等。 2、在线监测：这是物联网最基本的功能，物联网业务一般以集中监测为主、控制为辅。 3、指挥调度：基于时间排程和事件响应规则的指挥、调度和派遣功能。 4、安全隐私：由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性，物联网系统必须提供相应的安全保障机制。 5、远程维保：这是物联网技术能够提供或提升的服务，主要适用于企业产品售后联网服务。

6、报警联动：主要提供事件报警和提示，有时还会提供基于工作流或规则引擎(Rule “sEngine)的联动功能。 7、领导桌面：一般是指Dashboard或BI个性化门户，经过多层过滤提炼的实时资讯，可供主管负责人实现对全局的“一目了然”。

8、预案管理：基于预先设定的规章或法规对事物产生的事件进行处置。 9、在线升级：这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段，也是企业产品售后自动服务的手段之一。 10、统计决策：主要是指基于对联网信息的数据挖掘和统计分析，提供决策支持和统计报表功能。 物联网应用技术所涉及到的功能还远远不止这些，这些技术也大致表现了物联网应用技术的发展道路，未来物联网开发还有很长的路需要走。而且有很多企业在为此而努力，如云里物里在物联网行业中蓝牙模块和iBeacon领域一直深入研发，为物联网发展做出了一份努力。本文来源网络，如有侵权请联系删除。

基于物联网的智能家居控制系统设计

基于物联网的智能家居控制系统设计 【摘要】本文结合了ZigBee无线通信技术、物联网技术、人工智能技术、传感器技术以及人脸识别技术等提出了基于物联网的智能家居控制系统的软硬件设计方案，并实现了智能化家居系统主要任务。 【关键词】智能家居；ZigBee无线通信；CC2530 0 引言 随着经济的飞速发展，科技的不断进步，人们对于生活水平的要求逐步提高，对于家居环境的舒适度特别是家居的智能化程度提出了越来越高的要求。 1 系统整体结构 系统主要分五个部分组成，供电部分：供电部分为智能家居控制系统室内系统部分供电。系统远程通信部分：系统远程通信部分主要是通过Internet进行远程控制家居设备。中央控制器：中央控制器是智能家居控制系统的核心部分，中央控制器接收由各个功能子模块采集到的数据信息然后对采集到的数据信息进行处理分析，并根据分析的数据做出相应的指令。功能子模块：每个功能子模块实现自己特定的功能。系统室内通信部分：系统室内通信部分主要是各功能

子模块与中央控制器之间的通信，选择的无线组网技术是ZigBee无线技术。 2 系统的硬件设计 2.1 中央处理器型号 中央处理器采用CC2530芯片，CC2530所使用的是一个单周期的8051兼容性CPU内核。 2.2 LCD液晶显示屏接口硬件电路 本设计中人机交互界面选择LCD液晶显示屏，采用以ST7920控制芯片的12864。 2.3 温度传感器硬件节点设计 智能家居控制中室内环境的温度是我们进行控制的主要因素之一。利用温度传感器进行室内温度的采集，将采集到的结果传送到中央处理器，根据当前温度值做出相应的处理，控制空调等设备进行温度的调整。本设计采用DS18B20温度传感器进行温度的采集。DS18B20的电路原理图如图3所示： 2.4 湿度传感器硬件节点设计 智能家居控制中室内环境的湿度同样也是我们进行控制的主要因素之一，利用湿度传感器进行室内湿度的采集，将采集到的结果传送到中央处理器，根据当前湿度值做出相应的处理，控制加湿器进行湿度的调整。本设计湿度传感器模块中采用的湿敏电阻是

物联网技术在智能家居中的实际应用探讨

物联网技术在智能家居中的实际应用探讨 发表时间：2017-07-04T15:27:29.240Z 来源：《电力设备》2017年第7期作者：陆老大 [导读] 摘要：信息技术融入到社会各领域是必然的趋势，而智能化则是人们正在追求的生活方式，在科技不断进步的帮助下，智能化早已不再遥远。 （六盘水师范学院六盘水 553000） 摘要：信息技术融入到社会各领域是必然的趋势，而智能化则是人们正在追求的生活方式，在科技不断进步的帮助下，智能化早已不再遥远。家居行业是人们对智能化最关注的领域之一，智能化水平提升，生活方式也将更加简单。目前已经有一些智能家居成功引入物联网技术，让智能家居在功能性以及技术性上的缺陷在很大程度上得到了弥补，而物联网技术也充当着厂商与用户的纽带作用，让智能家居全面革新，加快了普及的速度。本文重点分析物联网技术如何应用到智能家居中，研究其发展现状和应用内容。 关键词：物联网；智能家居；应用 前言：智能家居的普及可以看做是经济进步的表现，也可以看做是人们生活观念的变化，而经济发展也为智能家居的普及提供了机会。人们对家居的需求不断发生着变化，新技术和高质量成为家居行业的调战，也为智能家居的发展创造了机遇，但一些智能功能受到行业技术的限制，无法成功应用在家居中，而且大多数人对智能家居没有明确的认知。 一、智能家居 智能家居属于家居应用中的一种[1]。其应用的平台是居民住宅，技术上包括网络技术、安全防范技术、音频技术、视频技术以及自动控制技术等。智能家居把生活设施全部进行处理，让住宅管理的效率得到提升，从而让居民享受到更加舒适安全的居住环境。智能家居体现了节能环保的理念，符合当下人们的居住观念。总而言之智能家居将科技、个人与社会的需求综合到一起，让科技充分发挥出作用，让家居达到智能、便捷、安全以及现代的水准。 二、相关的物联网技术 （一）物联网技术在家居中的概念 从家居的应用出发，物联网技术体现的是整合的作用[2]。家居中的日常用品、视频监控、移动设备以及楼控系统等各项应用以有线或者无线的方式进行连接，并运用信息技术强大的计算能力，将家庭的服务功能统一管理。通常包括报警联动、信息管理以及预警等各项功能，让家庭成员的生活环境更加舒适安全，也更加节能环保，总体来说物联网技术就是一套全面性的网络体系。 （二）RFID技术 RFID技术全程是射频识别技术，与条形码有着一些特点是相同的，二者都是为了识别物品，不同之处在于RFID应用的是无线技术，可以在无接触的前提下获取物品的信息，而RFID能够给物品贴上相应的标签，并将其信息储存在标签中，通过信息技术以及数据储存的支持，完成对物品的识别，也能够对物品进行追踪，将家居中的物品信息收集起来，建立相应的数据信息库，为网络技术的识别提供数据基础。 （三）传感器网 传感器网应用的领域主要是管理以及监控，能够对附近的感应点做出感应，而每一件物品都是能够被感动到的点，这些感应点共同组成了监测系统，最终在大范围内运用不同的途径对各类信息进行监测和处理，将这些信息传输到处理中心，这其中要期考互联网技术以及网关将相关的部分连接，对家居内的物品形成监控，时刻观察其信息的变化。 （四）M2M M2M指的是机器的交流，不同的机器之间能够形成对话和通信都依靠这项技术，通过网络技术的支持，数据能够从一个终端经过传输送达到另一个终端，但这一过程并不是简单的传递，通信也不是机械的通信过程，整个过程是为了实现智能化通信。信息的传播能够让不同的终端在行动上更加智能，在没有人为干预的情况下，终端本身可以按照已经设置好的程序以及从其他终端传递过来的信息，自主进行信息处理，进行智能化选择，并发出操作指令。M2M在汽修行业中应用更加广泛一些，在家居中主要是起到设备的控制以及管理作用。 （五）泛在网络 泛在网络并不是一种网络技术，而是一种范围，指的是无处不在的网络，能够让人们时刻体验到网络带来的便利，泛在网络并不在电信网络范围之内，而是超出，其中包括了智能感知的控制以及网络连接，在家居中是更加完善更加实用的网络体系，其服务对象也不仅仅局限于人，而是扩展到智能家居中的各个对象中，为家庭成员提供更加便利和实用的功能。 三、物联网技术在智能家居中的应用 （一）无限温湿度传感器 顾名思义这项技术就是起到调节温湿度的作用，其中负责的就是探测方面，而这就是调节温湿度最重要的环节。在一些空调中也存在类似的探测装置，但其探测的范围有限，并不能完全探测到整个住宅中的情况，空调周围已经是其能够监测到的极限，所以很多空调对温湿度的控制并不能让人满意。这项技术就是基于传感器技术，将整个室内的温湿度都可以进行准确的探测。根据家庭成员对温湿度的要求，可以利用M2M技术对空调进行智能化控制，完成对温湿度的调节，同时这些技术也能够对室外的温度进行监测，以便于家庭成员在外出前能够更加科学的调整自己的穿着。 （二）安全防护系统 应用到的是红外线防护，主要是为了防止家庭遭受到非法侵入，从而保护家庭成员的安全[3]。住宅在受到非法侵入的时候，系统能够发现并自动报警，而当家庭成员出门或者进入睡眠，这套系统可以自动切换到监测状态，按照提前设定好的监测范围，进行智能监测。如果在监测范围内发现非法入侵的情况，系统会通过联动系统发出报警信号尝试吓退侵入者，而在家庭成员外出时一旦在范围内发现侵入者，则是能够通过网络将信息传输到家庭成员的手机上，家庭成员能够通过手机发出指令。 （三）无线天然气泄漏传感器 这项技术是针对天然气泄漏专门设置的，一旦发生天然气泄漏的情况，传感器能够自动发出报警信号，家庭成员的手机上也能收到相应的通知。

基于物联网技术的智能家居的设计与前景

基于物联网技术的智能家居的设计与前景 发表时间：2019-07-19T09:48:14.430Z 来源：《新材料.新装饰》2019年1月下作者：张豪佳[导读] 作为一个近几年比较热门的方向，物联网的发展速度越来越快，其中，智能家居作为物联网中的一个重要领域，通过家居系统中对于物联网技术的推广和应用,可以极大满足居民对于居住环境的各方面要求。鉴于此,本文就基于物联网技术的智能家居的设计与前景展开探讨,以期为相关工作起到参考作用。 （广东美的厨房电器制造有限公司，广东省佛山市 528311）摘要：作为一个近几年比较热门的方向，物联网的发展速度越来越快，其中，智能家居作为物联网中的一个重要领域，通过家居系统中对于物联网技术的推广和应用,可以极大满足居民对于居住环境的各方面要求。鉴于此,本文就基于物联网技术的智能家居的设计与前景展开探讨,以期为相关工作起到参考作用。关键词：物联网;智能家居;应用与发展 1.物联网技术与智能家居 随着我国经济发展,物联网产业发展迅速,在各行各业的应用也越来越广泛。特别是在我们的日常生活中,随着智能家居走进人们的视野,人们接触物联网技术也越来越频繁。我们现在使用的智能家居在物联网技术的基础上,结合人们的实际生活,不断琢磨出更多的先进理念,从而使智能家居更加人性化,在满足人们基本生活的基础上向着满足人们的享受生活的方面发展。近几年来,随着物联网的普及,智能家居的使用也越来越普遍。智能家居也被称为家具自动化。简单来说,就是通过操控机器使日常事务自动完成。智能家居的操作原理就是利用计算机和信息技术做成相应的程序来控制相应的机器。智能家居的程序设计从最初的远程指挥到后来越来越复杂化,机器的自动化程度也越来越高。智能家居的普及对于在生活上不能自理的人来说也提供了极大的便利,有些专门为老年人和残疾人设计的家居充分考虑到使用人的自身情况,精确到细节,最大程度的提高了他们的生活质量,智能家居的应用为人们提供了更加便利、舒适的生活环境。 2.系统实现 2.1主控制器 主控制器作为智能家居系统的核心,处理传感器感知的数据,然后通过相应算法,控制输出模块,并把数据存储在服务器端,以便用户查询和使用。主控制器一般内置高性能嵌入式处理器,安装实时操作系统,拥有丰富的人机交互接口和高速网片,可以快速的与本地局域网内的服务器进行通信。 2.2人机交互系统 人机交互系统主要是用户和主控制器之间的通信方式,包括通过互联网访问系统的计算机和手机方式、在屋内使用的遥控和语音方式。智能家居系统内置网关,用户可以在公司、咖啡厅等室外通过手机和计算机访问VEB服务器,了解到室内的家居情况,例如,室内的摄像头可以通过图像识别屋内是否有外人走动;家里的门禁是否非止常开启;屋内的温度、湿度、有毒气体的情况。当用户在室内活动时,可以通过语音控制室内家电的使用,语音控制模块采用arduino的语音控制板,通过语音识别后输出控制信号给主控制器。其中要设置特殊的识别符,以便语音模块可以进行身份确认。比如“小汤圆”,用户在屋内只要说“小汤圆,把卧室的灯打开”,“小汤圆,把空调打开”,语音控制模块在进行了身份确认后,就会输出控制信号给主控制器,然后开启相应的电器。遥控器采用主控制器的设置,控制相应的模块。 2.3安防系统 安防系统主要是指家居内的安全、入侵、弊告、报弊实现自动化。红外射线可以监测是否有异物入侵到小区或者室内;烟雾传感器可以监测屋内是否有烟雾;有毒气体用于监测室内是否有人体有危害的气体;可燃气体用于监测天然气、液化气是否在屋内存在泄漏;摄像头用于监测室内情况;门禁系统和电子锁可以记录门锁开启的次数和时间,以及是否有人强制开锁。用户可以通过互联网访问VEB服务器,监测室内安全。同时,当发生安全隐患时,主控制器联动室内灯光、报警器引起他人注意,并通过网络向用户和弊方报警。 3.物联网技术在智能家居中的应用 3.1利用物联网技术控制 室内光线在实际的居住环境当中,对于光线的控制,紧紧关系着生活的舒适性,如今有了物联网技术,我们可以非常智能化的控制室内光线,使居住环境的光线始终满足人们的舒适性需求。对光线的控制,在本质上来说是对窗帘、灯具的控制,我们可以通过物联网设计,设置自然光线感应设备,然后输入控制参数,要求窗帘和灯具每天根据自然光线的强度,自己执行打开、关闭、调节亮度等操作。以灯具的控制为例,自然光线感应设备与灯开、关、调光的线路相连,处于感知控制层,主要负责控制灯的打开、关闭和亮度调节。智能网关处于接入层,与灯上的传感器节点进行通讯,转达服务器的命令给灯光。 3.2利用物联网技术控制 室内温湿度除了光线之外,室内的温湿度同样是影响居住舒适性的一个重要指标,温湿度的过高、过低,都会给人带来不适感,所以在智能家居当中,必须要能够智能化的对室内温湿度进行控制和调节,这在物联网技术下,同样非常容易实现。对温湿度的控制,重点是通过对空调设备的操作来实现,具体我们可以通过物联网温湿度传感器的设置,来对室内的温湿度情况进行测量,如果实际的温湿度超过或低于了某个参数界限,就自动的启用空调设备调节室内温湿度,使其始终保持在一个适宜的状态。其实际的控制过程,和室内光线的控制过程基本相同,原理也完全一样,差别在于感应与控制的参数对象发生了变化。 3.3利用物联网技术进行安防监控 智能家居肯定是必须要具备高度安全性的,这种安全性既来自于生活居住环境的内部,也来自于其外部。就内部而言,我们重点需要监测的是燃气泄漏情况、火灾情况,对于这两者的单体监测设备其实已经非常的成熟,并且已经得到了大范围的使用,我们只需要将其整合进物联网系统当中,由物联网来进行相关的判断和操作,就可以实现更加快速的灾情反映。例如监测设备监测到有燃气泄漏或是火灾的情况,一方面物联网可以立即启动应急措施,如关闭天然气阀门、洒水,另一方面还可以立即通知相关单位和业主用户,最为快速的对灾情进行处理。外部的安全问题,主要指的是外部的非法侵入,在物联网技术的帮助下,我们可以通过红外线以及视频监控分析技术,来判断是否有非法侵入发生,并采取应对措施,通知公安部门和业主用户。

智能家居中物联网技术的应用研究

智能家居中物联网技术的应用研究 前言 随着科技的发展与自动化技术的广泛应用，智能家居逐渐运用于人们生活当中。物联网是指运用自动化的传感设备实现物质与互联网的交融，进行信息通讯与智能化操作管理的一种网络模式。智能家居利用基于互联网技术的智能管理系统能实现家居舒适、安全的特性，为人们提供更好的家庭居住环境，实现数字化与智能化的生活。本文首先阐述了物联网的含义与智能家居的功能，然后对家居物联网的内涵与物联网技术在智能家居系统中的应用做出了具体的说明，对智能家居在未来生活中研究与应用提供了参考。 一、物联网的定义与核心技术 智能家居的概念在20世纪初就已经出现，随着计算机信息技术的发展，为智能家居 注入了新的内容，但是目前智能家居并没有在人们生活中普及。近年来对物联网技术的研究不断深入、云计算技术也日趋走向成熟，这带动了智能家居新的发展，为智能家居的普及提供了新的契机。 物联网（Internet of Things,简称：IOT）是一种基于互联网发展与延伸的新兴网络模式，是以互联网为核心的扩展网络，但是用户端延伸到物品，实现了物物间的信息交换与通信交流。物联网核心技术包括全球定位系统、传感器、红外感等传感设备以及应用软件与网络服务等，其中比较重要核心技术有RFID技术、WSN 技术与传感器。 二、智能家居的主要功能模块与解决方案 智能家居系统主要有五个模块：主控模块、电器控制子系统、照明控制子系统、安全控制子系统以及网络控制子系统，五个模块有不同的功能，但是互相之间相互关联、相互配合，组成完整的逻辑结构，指导并控制智能家居的整体运行，提高了家居的信息化水平，为人们提供安全、舒适、智能的家居环境。智能家居有不同的房间模式，根据用途的不同分为不同的功能房间，利用照明设备等其他功能设备实现家居额外功能的满足，满足人们现代、智能的生活需求，为人们创造和谐、舒适的环境氛围。 三、家居物联网概述 原有的智能家居之所以没有在人们生活中得到广泛地普及与运用，是因为基于家庭环境的功能不够满足人们需求与期望。将物联网技术应用到智能家居系统中，并联合相关的传感技术进行技术的融合，有利于新型智能家居功能的全面提升。家居物联网在信息自动化技术的促进下丰富并完善了其框架系统，目前家居物联网的框架体系主要包括感知层、网络层和应用层三个层面。

物联网技术与智能家居远程控制系统设计初探

物联网技术与智能家居远程控制系统设计初探 随着数字信息技术和网络技术的高速发展，以及人们物质生活水平的不断提高，人们的工作、生活与通讯、信息的关系日益紧密，可以说信息化社会正在逐步改变人们的生活方式与工作习惯，同时也对传统的住宅提出了挑战，智能家居便应运而生了。本论文主要探讨了智能家居中的智能煲饭设备远程控制系统的设计。 标签：物联网；智能家居；智能煲饭设备 物联网（IInternetofThings）是”传感网”在国际上的通称，是传感网在概念上的一次拓展。通俗地讲，物联网就是万物都接入到互联网，物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS或其他方式进行连接，然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析。 按照ITU的定义，物联网主要解决物品到物品（Thing to Thing，T2T），人到物品（Human to Thing，H2T），人到人（Human to Human，H2H）之间的关系。作为下一代信息浪潮的新热点，国内外政府公司和研究机构对物联网投入了极大的关注，中国针对物联网到来的信息浪潮，提出了“感知中国”的发展战略。本文探讨了在物联网技术的基础上初步探讨了其在智能家居方面的应用。 所谓智能家居智能化就是通过家居智能管理系统的设施来实现家庭安全、舒适、信息交互与通信的能力。家居智能化系统由如下三个方面组成： ①家庭安全防范（HS）；②家庭设备自动化（HA）；③家庭通讯（HC）。 控制功能及实现方式主要有以下几种： （1）遥控功能 不论在家里的哪个房间，用一个遥控器便可控制家中所有的照明、窗帘、空调、音响等电器。例如，看电视时，不用因开关灯和拉窗帘而错过关键的剧情；卫生间的换气扇没关，按一下遥控器就可以了。遥控灯光时可以调亮度，遥控音响时可以调音量，遥控拉帘或卷帘时，可以调行程，遥控百页帘时可以调角度。 （2）多功能遥控器 六合一多功能遥控器集六种遥控功能于一身，首先它是无线遥控器，可以控制家中的照明，窗帘，空调等系统。同时它也是红外遥控器，内置了许多品牌的电视、音响、VCD等红外控制指令集。还可以学习两种红外线遥控器的控制功能。放在客厅的茶几上，看电视或听音响时，一个遥控器就可以非常方便地遥控所有的设备。