基于物联网的智能家居网关系统的设计

基于物联网的智能家居网关系统的设计
基于物联网的智能家居网关系统的设计

海南大学

毕业论文(设计)

题目:基于物联网的智能家居网关系统设计学号:

姓名:

年级:

学院:

系别:电子系

专业:电子信息工程

指导教师:

完成日期:2015 年05 月15 日

摘要

随着经济的高速发展,人们追求的生活质量越来越高,因此,建立一个舒适、低成本及高效率的智能家居系统已成为21世纪热点的话题之一。物联网的应用前景将会成为智能家居系统的一个重要的突破口,对智能家居产业发展具有重要的意义。

本设计采用“贴近生活,使用方便”的物联网思想作为设计理念,搭建了一个基于物联网的智能家居网关系统。本次设计包括的模块有网关板模块、节点板模块、网页模块、APP模块。主要实现的具体功能有,PC机可以通过浏览器显示节点板采集的温湿度数据以及通过浏览器控制控制节点板的LED灯的开关状态,也可以通过APP显示节点板采集的温湿度数据以及控制节点板的LED灯的开关状态。PC机与节点板之间的通信和APP 与节点板之间的通信,都需要经过网关板进行转接,因此网关板是整个系统的通信桥梁。为了实现网关板通信桥梁的角色,本次网关板的设计,硬件上采用恩智浦公司的LPC1769作为主控MCU,该系统由LPC1769内嵌以太网模块和DP83848芯片构建一个以太网服务控制器,并与wifi模块、ZigBee模块和W25Q128的存储芯片搭建成一个网关系统。软件上以uC/OS-II实时操作系统为框架,搭载了uIP协议任务和其他任务模块,构建成一个WebServer功能。通过设计相关的网页及APP,即PC机终端和手机终端,实现了“使用方便”的设计理念,采集温湿度数据实现了“贴近生活”设计理念,从而搭建成一个物联网的智能家居网关系统。

关键词:智能家居;物联网;ZigBee;wifi

Abstract

With the rapid development of economy, the quality of life that people pursue with is getting increasingly higher. Therefore, setting up a pleasing, low costing and efficient Intelligent Home System has been one of the hottest topics in the 21st century.

The application prospect of the internet will be an essential breakthrough of intelligent home system, having great significance for the development of intelligent industry. Taking “approachable to life, convenient to use” as the design concept, this design builds an Intelligent Home Gateway System based on IOT. Modules of our design are made of the gateway board, gusset plate, web page and APP. The main functions of the design include: through browser, PC can display temperature and humidity data collected by gusset plate and control the on-off state of LED of gusset plate. Likewise, the APP has the same effects.The gateway board acts as the bridge of the whole system, as both the communication between gusset plate and PC and the communication between gusset board and APP need the transmission through the gateway board. To achieve this, the design of gateway adopts NXP’s LPC 1769 as the MC U on hardware. This system builds an Ethernet controller composed of Ethernet module with embedded LPC1769 and DP83848 chip; it also constructs a Gateway System in which includes wifi module, ZigBee module and W25Q128 storage chip. About software, which includes the uIP Protocol Task and other task modules, it produces a Web Server function within the framework of uC/OS-II RTOS. By designing relevant web pages and APP, that is,PC terminal and mobile terminal, the design approach of using convenience is presented; By collecting the temperature and humidity data, the design concept of approaching to life is realized. Ultimately an Intelligent Home Gateway System of IOT is created.

Key word:Smart Home; Internet of Things; ZigBee; wifi

目录

第1 章绪论 (1)

1.1 智能家居的概念 (1)

1.2 物联网的智能家居 (1)

1.2.1 物联网的概念 (1)

1.2.2 物联网的智能家居系统 (2)

1.3 研究意义 (3)

第2章系统的总体设计 (4)

2.1 网关板的功能介绍 (4)

2.2 系统的设计方案 (4)

第3章硬件设计概述 (6)

3.1 网关板的设计概述 (6)

3.1.1 网关板的总体设计概述 (6)

3.1.2 LPC1769的相关概述 (6)

3.1.3 以太网控制器概述 (7)

3.1.4 xbee模块概述 (8)

3.1.5 wifibee模块概述 (8)

3.1.6 FLASH存储器概述 (8)

3.2 ZigBee节点板概述 (9)

第4章软件设计 (10)

4.1 软件的总体设计概述 (10)

4.2 uC/OS-II操作系统和uIP协议概述 (10)

4.2.1 uC/OS-II操作系统简介 (10)

4.2.2 uIP协议简介 (12)

4.3 开发工具介绍 (13)

4.3.1 Keil MDK 简介 (13)

4.3.2 Dreamweaver 简介 (13)

4.3.3 Ecplise简介 (14)

4.4 网关板的软件设计与实现 (14)

4.4.1 网关板的软件框架 (14)

4.4.2 网关板的软件代码分析 (17)

⑴网关板程序框架分析 (17)

⑵ WebServer的实现过程 (18)

⑶获取网页数据的过程 (20)

4.5 网页设计 (22)

4.5.1 网页设计结构 (22)

4.5.2 网页数据的响应过程 (24)

4.6 xbee和wifibee网络通信的实现与设计 (25)

4.6.1 通信协议的定制 (25)

4.6.2 xbee通信的实现 (27)

4.6.3 wifibee通信的实现 (28)

4.7 APP的实现过程 (28)

4.7.1 APP的界面设计 (28)

4.7.2 代码分析 (28)

第5章系统的搭建与测试 (34)

5.1 PC机的环境搭建 (34)

5.2 PC机访问网关板测试 (35)

5.3 手机APP访问网关板测试 (38)

第6章总结与展望 (40)

6.1 毕业设计总结 (40)

6.2 未来展望 (40)

致谢 (41)

参考文献 (42)

第1 章绪论

1.1智能家居的概念

智能家居,或称智能住宅,是以住宅为平台,兼备建筑设备、网络通讯、信息家电和设备自动化,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。它在保持了传统的居住功能的基础上,摆脱了被动模式,成为具有能动性智能化的现代工具。智能家居不仅提供了全方位的信息交换功能,还优化了人们的生活方式和居住环境,帮助人们有效地安排时间、节约各种能源,实现了家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、计算机控制、定时控制以及电话远程遥控等功能。

智能家居系统成为一种新兴的综合技术学科。智能家居系统也可被定义为一个控制过程,或者控制系统,利用现在被大多数科技人员已掌握的计算机技术、网络布线技术、网络通信系统将其糅合,使之成为融合在家居控制中的多个子系统,并使其智能的结合在一起。

1.2物联网的智能家居

1.2.1物联网的概念

物联网(Internet of Things)指的是将无处不在的末端设备和设施,包括具“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”的,如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”,通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通(M2M)、应用大集成(Grand Integration/MAI)、以及基于云计算的SaaS营运等模式,在内网(Intranet)、专网(Extranet)、和/或互联网(Internet)环境下,采用适当的信息安全保障机制提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导

桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能,实现对“万物、高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化TaaS服务。

物联网概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开,一方面是机场、公路、建筑物,另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球。

物联网把我们的生活拟人化了,万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中,物品能彼此“交流”,无需人的干预。可以说,这是一个智能化的世界。智能家居是物联网最生活化的应用之一:窗帘可以自动感知光线而关闭;空调更“听话”了,天热它会把温度调低,太潮就会自动抽湿灯也知道节能了,房间里没人会自动灭掉。如此等等,不一而足。物联网的应用竟已经很广泛,遍及智能交通、环境保护、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测等领域[1]。

1.2.2物联网的智能家居系统

物联网智能家居是相对于智能家居单品和传统智能家居而言的,它得益于物联网、无线通信、云计算等新技术在智能家居上的应用。

智能家居单品很容易理解,就是家居生活用品的智能化,主要特点是设备安装的简捷性、功能的单一性以及运作的独立性,与其它设备之间不存在关联性,可以而且只能独立工作。

传统的智能家居与物联网智能家居的区别主要存在于两点。一方面是智能家居网络通信方式上的差异,传统智能家居的通信方式是有线,这种方式主要的缺点在于前期安装和后期扩展的繁杂性,而物联网智能家居的通信方式是无线,这种方式最主要的优点就是“留白”,给设备的扩展留有足够的空间,便于后续的自由扩展。另一方面,采用无线方式通信的简易智能家居系统也归于传统的智能家居,因为在于这种智能家居虽然是系统且易于扩展,但过于简单,功能有限。

相对于智能家居单品和传统智能家居,物联网智能家居能实现用户家庭的最大化智能,更符合现代家庭的需求。按照南京物联的观点,物联网智能家居应该涉及智能照明、家电控制、环境监测、影音娱乐、健康管理等方面,能将人、家、车连接起来,是功能更强、效果更佳的泛智能家居。

与智能家居单品相比,物联网智能家居能最大限度地将家居设备连接起来,发挥“组合拳”作用。物联网智能家居能将智能开关、智能插座、智能门窗、智能照明、智能家电、智能影音、智能健康等设备连接起来,为用户营造更加安全、健康、舒适、高效、便捷的家居生活环境,而不是只能实现开门、开窗、开灯或其他较为单一的功能。除了相互连接外,物联网智能家居还强调相互控制,如南京物联所推出智能家居还具有联动传递控制和场景一键控制功能。

而相比于传统智能家居,物联网智能家居优势更为明显。智能家居不是一次性买卖,需要后续的推护、扩展和升级。然而,由于传统综合布线智能家居需要提前设定方案,并且安装完成后就无法改变,因而在后续扩展上存在很大局限性,十分不便于升级,造成间接性成本增加,这一点对物联网智能家居来说却不是问题。虽然采用无线技术的简易智能家居系统,也便于随时扩展,但这种局部或小范围系统从一开始就功能受限,需要不断扩展,而这本身也是一种麻烦。值得一提的是,这种智能家居还需要通过扩展向物联网智能家居转变。因此,物联网的发展的应用前景将会成为智能家居系统的一个重要的突破口。

1.3研究意义

随着电子技术在现实生活中的广泛应用,人们越来越感受到电子产品为生活所带来的各种便利,特别是在20世纪80年代,智能家居的出现更为人们享受生活提供了一个广阔的平台。尽管智能家居发展已长达30年之久,但是智能产品仍然是当今IT届发展的主流,特别是物联网的出现,更进一步推动其发展。因此,本次设计对智能家居产品研究,正是符合世界潮流走向,并且使自己加入智能家居产品开发的行业,所以本产品研发具有重大的研究意义。

第2章系统的总体设计

2.1 网关板的功能介绍

网关板设计以LPC1769作为主控芯片,通过ZigBee模块,从节点板采集温度、湿度等数据无线传输到网关板上,用户可以使用PC机的浏览器登入网关板。浏览器会显示节点板采集到的温度、湿度等一些数据内容,用户也可以通过浏览器控制节点板的LED灯开关状态。同时,网关板的wifi模块可以与Android手机的相应APP进行通信,所以APP也能收集到节点板所采集的数据,同样也能通过APP控制节点板的LED灯开关状态。

2.2 系统的设计方案

根据设计要求及功能实现,系统包括网关板、节点板、PC机、Android手机。其中核网关板主控MCU采用LPC1769芯片,ZigBee模块采用xbee模块,wifi 模块采用wifibee模块,ZigBee节点的主控芯片采用LPC1114芯片,温湿度传感器采用DHT11传感器。系统整体模块的工作框架如图2.1所示。

图2.1 系统模块工作框架

第3章硬件设计概述

3.1 网关板的设计概述

3.1.1 网关板的总体设计概述

网关板主要由LPC1769主控芯片、W25Q18FV芯片、xbee模块、wifibee模块组成的。LPC1769是整个系统心脏,W25Q128芯片的职责是存储网页数据,xbee模块建立ZigBee网络,wifibee模块负责与APP通信。网关板的外设结构如图3.1所示。

图3.1 网关板外设结构

3.1.2 LPC1769的相关概述

LPC1700系列ARM是恩智浦公司推出的基于第二代ARM Cortex-M3 内核的微控制器,是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗32位微处理器,其操作频率高达120MHz,采用3级流水线和哈佛结构,带独立的本地指令和数据结构及用于外设的低性能的第三条总线,使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz,并包含1个支持随机跳转的内部预取单元。LPC1700系列ARM增加了一个专用的Flash存储器加速模块,使得Flash中运行代码能过达到较理想的性能,适用于仪器仪表、工业通信、电机控制、灯光控制、报警系统等领域[2]。

LPC1700系列Cortex-M3微控制器的外设组件包含高达512KB的Flash存储器、64KB的数据存储器、以太网MAC、USB主机/从机/OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4个UART、2条CAN通道、2个SSP控制器、SPI接口、3个I2C接口、2-输入和2-输出的I2S接口、8通道的12位ADC、10位DAC、电机控制PWM、正交编码器接口、4个通用定时器、6-输出的通用PWM、带独立电池供电的超低功耗RTC和多达70个的通用I/O管脚[7]。

本设计主要用到LPC1769的以太网外设功能。以太网模块包含一个功能齐全的10Mbps或100Mbps以太网MAC(媒体访问控制器),以太网MAC通过使用DMA硬件加速功能来优化其性能。以太网模块具有大量的控制寄存器组,可以提供:半双工/全双工操作、流控制、控制帧、重发硬件加速、接收包过滤以及LAN上的唤醒等。利用分散-集中式(Scatter-Gather)DMA进行自动的帧发送和接收操作,减轻了CPU的工作量。

以太网模块是一个AHB主机,驱动AHB总线矩阵。通过矩阵,它可以访问片上所有的RAM存储器。建议以太网使用RAM的方法是专门使用其中一个RAM模块来处理以太网通信。那么该模块只能由以太网和CPU,或许GPDMA 进行访问,从而获取以太网功能的最大带宽。

以太网模块使用RMII(简化的媒体独立接口)协议和片上MIIM(媒体独立接口管理)串行总线、还有MDIO(管理数据输入/输出)来实现与片外以太网PHY之间的连接。

本设计采用DP83848芯片作为以太网的PHY,并且在DP83848芯片与RJ45型网络接口之间增加了网络变压器HR601680,与LPC1769搭建成一个完成的以太网模块,通过RJ45端口与PC机通信。

3.1.3 以太网控制器概述

本设计的以太网控制器电路设计是包括LPC1769内嵌的10Mbps或100Mbps 以太网MAC(媒体访问控制器)与DP83848芯片作为PHY(物理接口收发器)搭建而成的。

DP83848是单路10/100Mb/s以太网收发器,其物理层器件结合了低引脚数目的RMII。在10/100Mb/s系统中将DP83848的物理(PHY)层连接到媒体存取控

制(MAC)层,RMII提高了引脚数目更低的选择来替换IEEE802.3定义的介质无关接口(MII)。除了RMII定义的信号之外,DP83848提高一个RX DV信号(接收数据有效)使得恢复接收数据的方法更加简单而无需从CRS DV分离出RX DV信号。

3.1.4 xbee模块概述

Digi公司生产的xbee S2模块是一种近距离低功耗的数据传输模块,频段为2.4GHz,内置ZigBee协议栈,并包含了所有的外围电路,通过PC机上的配置软件X-CTU,对模块进行发射功率,信道等网络拓扑参数的配置。ZigBee协调器是集成在嵌入式网关板上的xbee模块,它通过串口与MCU相连接。

xbee模块的组网成功后,接收数据通过其串口输出,发送数据通过其串口输入。

3.1.5 wifibee模块概述

wifibee模块包含802.11 b/g无线发射机构,32位的处理器,TCP/IP堆栈、实时时钟、电源管理单元和模拟传感器接口。该模块预装Roving固件用

以增加其集成度以减少对于使用者至关重要的应用程序的开发时间。在最简单实用的设置情况下,硬件只需要四个连接(电源,TX,RX和地)即可创建一个

无线数据连接。

wifibee模块广泛应用于美国、加拿大、澳大利亚、以色列和欧洲各国。建立射频通信不需要任何额外的配置而且模块的默认配置广泛的支持各种

设备的应用程序。还可以使用AT指令对该模块进行高级配置,完成自己定制的一些特殊功能。

wifibee模块接收数据时通过其串口输出,发送数据时通过其串口输入的。

3.1.6 FLASH存储器概述

本设计的FLASH存储芯片采用的是W25Q128芯片。W25Q128由65536可编程的页组成的,每页有256个字节。一次最多可以写256个字节。可以一次擦除16(4KB sector erase),128页(32KB block erase),256 页(64KB block erase),

或者擦除一整片。W25Q128 有4096个可擦除的扇区,256可擦除的块。4KB的扇区对于数据和参数存储有更高的灵活性。

W25Q128支持标准SPI 接口,以及更高性能的DUAL/QUAD SPI ,对应的管脚为时钟,片选,(I/O0)DI,(I/O1)DO,I/O2(/WP),I/O3(/HOLD)。SPI 时钟可以达到104MHz,在DUAL使用快速读时就相当于208MHz,在QUAD 使用快速读时相当于320MHz。这个传输速率比一般的异步8位,16位并行FLASH 存储器要快。

3.2 ZigBee节点板概述

本次实验的ZigBee节点板是采用实验室的板子。ZigBee节点板由LPC1114芯片、FT232RL芯片、DHT11传感器、xbee模块组成的。LPC1114是整个节点板的核心。FT232RL为接口转换芯片,可以实现USB到串行UART接口的转换。DHT11是温度、湿度传感器,负责采集温湿度数据。xbee模块负责连接ZigBee 网络。

第4章软件设计

4.1 软件的总体设计概述

本设计系统软件设计模块包括网关板的软件设计、PC机的网页设计、手机的APP设计,节点板的软件设计。网关板移植了抢占式、多任务、实时的uC/OS-II 的操作系统,简化了开发难度,提高MCU的运行效率,并使整个软件设计变得清晰明了。在此操作系统上分配了多个任务,这些任务主要包括WebServer服务的运行任务、获取网页数据任务、xbee更新数据及控制任务和wifi更新及控制任务等。在PC机上,通过设计网页,通过GET方法访问网关板。在Android 手机上,通过设计APP,与网关板的wifi模块进行通信。节点板上负责采集数据和发送数据,节点板主要负责每隔1s采集一下温湿度数据,并通过xbee将此数据发送给网关板。同时节点板也会实时接收网关板发来的数据并根据数据内容执行相应的动作。

4.2 uC/OS-II操作系统和uIP协议概述

4.2.1 uC/OS-II操作系统简介

uC/OS-II是一种可移植的,可植入ROM的,可裁剪的,抢占式的,实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。

uC/OS-II 的前身是μC/OS,最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean https://www.360docs.net/doc/902942964.html,brosse 在《嵌入式系统编程》杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载,并把μC/OS 的源码发布在该杂志的B B S 上。

μC/OS 和uC/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的,绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度,为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器,有汇编器、连接器等软件工具,就可以将uC/OS-II嵌入到开发的产品中。uC/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点,最小内核可编译至2KB 。uC/OS-II 已经

移植到了几乎所有知名的CPU 上。

严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核,它仅仅包含了任务调度,任务管理,时间管理,内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理,文件系统,网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放,这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。

uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核,并在这个内核之上提供最基本的系统服务,如信号量,邮箱,消息队列,内存管理,中断管理等。

uC/OS-II是按照系统只有一个CPU来设计的。在这种系统中,一个具体时刻只会有一个任务占用CPU处在运行状态,而其他任务只能在其他状态。uC/OS-II中的任务有五种状态:睡眠状态、就绪状态、运行状态、等待状态、中断服务状态[3]。在系统管理下,一个任务可以在5种不同状态之间发生转换,其

图4.1 uC/OS-II的任务状态切换

uC/OS-II以源代码的形式发布,但并不意味着它是开源软件。你可以将其用于教学和私下研究(peaceful research);但是如果你将其用于商业用途,那么你必须通过Micrium获得商用许可。

4.2.2 uIP协议简介

uIP是专门为8位和16单片机设计的一个非常小的TCP/IP协议栈。uIP完全用C编写,可以很方便的移植到各种不同的结构和操作系统上。一个编译的栈可以有几KB ROM或几百字节RAM中运行。并且其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区,不存在数据的拷贝,极大的节省空间和时间。由于结构简单、功能可靠,很多8位单片机都移植uIP协议栈[5]。

uIP协议栈去掉了完整的TCP/IP中不常用的功能,简化了通讯流程,但保留了网络通信必须使用的协议,设计重点放在了IP/TCP/ICMP/UDP/ARP这些网络层和传输层协议上,保证了其代码的通用性和结构的稳定性。

uIP可以看成一个代码库为系统提供确定的函数。图4.2展示里uIP,系统底层和应用程序之间的关系。uIP提供三个函数到系统底层,uIP_init(),uIP_input()和uIP_periodic()。应用程序提供一个回应函数给uIP。当网络或定时事前发送时,调用回调函数,执行相应事件处理。

图4.2 uIP框架

由于uIP协议栈专门为嵌入式系统而设计,因此还具有如下优越功能:代码

非常少,其协议栈代码不到6K,很方便阅读和移植;占用的内存数非常少,RAM 占用仅几百字节;其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区,不存在数据的拷贝,且发送和接收都是依靠这个缓存区,极大的节省空间和时间;支持多个主动连接和被动连接并发;其源代码中提供一套实例程序:web服务器,web客户端,电子邮件发送程序(SMTP客户端),Telnet服务器,DNS主机名解析程序等。通用性强,移植起来基本不用修改就可以通过;对数据的处理采用轮循机制,不需要操作系统的支持。

4.3 开发工具介绍

4.3.1 Keil MDK 简介

Keil MDK,也称MDK-ARM,Realview MDK、I-MDK、uVision4 等。目前Keil MDK 由三家国内代理商提供技术支持和相关服务。

MDK-ARM软件为基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9处理器设备提供了一个完整的开发环境。MDK-ARM专为微控制器应用而设计,不仅易学易用,而且功能强大,能够满足大多数苛刻的嵌入式应用。

MDK-ARM有四个可用版本,分别是MDK-Lite、MDK-Basic、MDK-Standard、MDK-Professional。所有版本均提供一个完善的 C / C++开发环境,其中MDK-Professional还包含大量的中间库。

4.3.2 Dreamweaver 简介

Dreamweaver,简称“DW”,中文名称"梦想编织者",是美国MACROMEDIA 公司开发的集网页制作和管理网站于一身的所见即所得网页编辑器,DW是第一套针对专业网页设计师特别发展的视觉化网页开发工具,利用它可以轻而易举地制作出跨越平台限制和跨越浏览器限制的充满动感的网页。

Dreamweaver使用所见即所得的接口,亦有HTML(标准通用标记语言下的一个应用)编辑的功能。它有Mac和Windows系统的版本。随Macromedia被Adobe收购后,Adobe也开始计划开发Linux版本的Dreamweaver了。Dreamweaver自MX版本开始,使用了Opera的排版引擎"Presto" 作为网页预览。

4.3.3 Ecplise简介

Eclipse 是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。就其本身而言,它只是一个框架和一组服务,用于通过插件组件构建开发环境。使用Eclipse (Android 的官方开发平台)并在一个名为Android Development Tools (ADT) 的插件的辅助下,可以轻松开发Android 应用程序。这有助于利用Eclipse 的丰富特性,比如内容辅助、Java 搜索、开放源码、JUnit 集成,以及用于开发Android 应用程序的不同视图和透视图。

4.4 网关板的软件设计与实现

4.4.1 网关板的软件框架

为了提高LPC1769的工作效率以及降低软件开发难度,因此在LPC1769移植了uC/OS-II的实时操作系统,并在该操作系统上挂载了四个任务。其软件框架如图4.3所示

图4.3 软件框架

图4.3所示的四个任务分别定义为Task1、Task2、Task3和Task4,且四个任务的优秀级为Task1>Task2>Task3>Task4。由于纸张的大小限制,为了可以画出流程图,这里将任务假设只有两种状态,即空闲状态和执行状态。但时间上任务的状态是有五种状态。其假设后的软件流程图如图4.4所示:

基于工业物联网的智能网关设计

基于工业物联网的智能网关设计 发表时间:2018-09-18T16:19:00.493Z 来源:《基层建设》2018年第25期作者:王畋富 [导读] 摘要:目前传感器、无线通信、嵌入式等各类信息技术的发展,全面建设物联网已是大势所趋。 天津明匠智能系统工程有限公司天津 300462 摘要:目前传感器、无线通信、嵌入式等各类信息技术的发展,全面建设物联网已是大势所趋。物联网正应用在社会生活的方方面面,如智能物流、智能交通、智能家居等等,而这些应用都依托于强大的物联网网关。同时物联网时代的到来也为我国的工业领域带来了新的机遇和挑战。它将快速引导传统的工业进入现代化。智能制造应用服务实施的关键是设备和网络。因此本文基于工业物联网,设计了一种面向现场仪表的智能网关,实现了现场仪表与网络层的互联互通。 关键词:工业物联网;智能网关;设计 作为工业4.0的组成部分之一,生产与办公信息系统之间的网络互联呈现出日新月异的持续性发展。通过基于云技术采集、分析生产数据,能够显著优化生产。但现有工厂在这一方面的网络互联存在着一个巨大的挑战,即:不同制造商生产的机器设备以及不同技术水平的生产设备通常采用了不同的数据语言。此时,解决办法通常是进行耗时耗力的、复杂的改造。对于这类情况,利用智能网关完成不同数据源间的通信协调和分析、再将通信内容转发给相应接收者是一个相对而言易于实现的解决方案。即使现有工厂,也可采用该解决方案实现能够满足未来需求的生产方案。 一、智能制造环境下的工业物联网 智能制造环境下的服务网和互联网是信息网的两大主题,与生产计划、物流相关的ERP、SCR、CRM和与产品设计、技术相关的PLM处在最上层与服务网紧密相连;与制造生产设备和生产线控制、调度相关的PCS、MES功能通过CPS信息物理系统实现,这一层和工业互联网紧密相连。从产品形成到产品生命周期服务的角度,还需要智慧原材料供应、智慧售后服务等信息互联互通,这需要充分利用服务网和互联网的功能,而物联网和服务网的融合需要CPS的参与,其是智能制造的核心技术。 二、智能网关工作原理 智能网关是一种采集仪表数据的通信设备,主要功能有:为仪表供电、与仪表通信进行曼彻斯特编码,ME)调制等。智能网关硬件部分由现场可编程门阵列(FPGA)核心板与采集底板组成。其中,采集底板部分包括以太网、信号隔离电路、曼彻斯特调制电路。FGPA 核心板实现曼彻斯特编码与解码,以及以太网的网络层媒体访问控制(MAC)子层协议的部分功能。采集底板有多个独立通道,每个通道都通过两线制连接一组仪表,实现供电和曼彻斯特编码通信功能。控制端通过以太网口与FPGA进行通信,并向下发送数据。FPGA收到数据后进行曼彻斯特编码,再由曼彻斯特调制电路进行调制后通过传输线发送至仪表;仪表进行数据处理后,再返回数据;返回数据通过智能网关中的采集底板解调后发送至FPGA,经处理后再通过以太网传输至控制端进行结果显示。 例如SIMATIC IOT2000是用于生产环境数据采集、处理和传输的可靠性开放性平台,是云或公司IT层和生产系统之间的理想网关,作为数据接口可实现双向通信,将在云平台分析后的数据传送给生产控制设备。这种连续的数据传输使生产优化过程形成控制闭环。 IOT2000支持多种通信协议和高级语言的开放性,可实现定制化的解决方案。用户可将SIMATIC IOT2000方便地集成到现有工厂中。因此,实现对老旧机器设备进行经济、安全的彻底改造。各机器设备的改造也可逐步进行。久经验证的SIMATIC品质,可确保在苛刻的工业环境中长期稳定运行。 三、工业物联网的智能网关设计 (一)FPGA核心板 FPGA是在可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻辑(GAL)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等可编程器件的基础上进一步发展而来的。它实际上是一种半定制的电路,能够弥补定制电路的缺点。由硬件描述语言Verilog完成的电路设计,可以快速地烧录至FPGA上进行测试,是集成电路设计的主流技术。逻辑单元存在于FPGA内部,是用于搭建逻辑电路、完成用户设计逻辑的最小单元。这些单元能实现逻辑门电路或者一些组合功能。FPGA内部的逻辑块可通过程序设计连接起来,类似芯片内的集成电路。因为逻辑块和连接方式可任意改变,所以FPGA具有较大的灵活性,可按需要实现相应的逻辑功能。智能网关中的FPGA核心板采用基于XilinxZYNQ系列系统级芯片(SoC)器件,内部集成ARM公司双核Cortex-A9处理器的核心板,集成512MBDDR3SDRAM,1GB内存资源;具有丰富的外设资源,通过外部扩展,可以实现高速USB、SD卡、总线、10/100/1000Mbit/s以太网、调试接口等功能。 (二)电源方案 1.FPGA及隔离电路供电方案 选用24V转5V电源模块,输入电压+24V,输出电压+5V,功率6W,带载能力1.2A。此部分电源可保证FPGA核心板以及信号隔离电路正常工作。 2.调制电路通道供电 每个调制电路通道是相互独立的,由总电源24V给每个通道供电。每个调制电路通道采用一个独立的24V转18V电源模块,将总电源24V转换成独立的18V,为通道供电。24V转18V电源模块输出功率为2W;最大带载能力为2W/18V≈111mA。 (三)曼彻斯特调制电路 曼彻斯特调制电路分为信号发送电路和信号接收电路两部分。发送电路将FPGA核心板发送的曼彻斯特编码调制后发送;接收电路负责接收仪表传送的曼彻斯特编码,并将其解调后传送至FPGA核心板进行解码处理。信号发送电路由过压过流保护电路、滤波电路、放大电路、稳压电路组成。过压过流保护电路可在电路中出现过压过流情况时,及时切断电源,对电路进行保护。滤波电路用于滤除传输数据中包含的其他频率成分的信号,以增加抗干扰能力。放大电路对数据波形进行运算放大处理。稳压电路为整个信号发送电路提供稳定的工作电压。信号接收电路由滤波电路、放大电路、耦合电路组成。滤波电路、放大电路功能与信号发送电路中滤波电路、放大电路的功能类似;耦合电路用于将数据波形进行整形,以便FPGA进行处理。 (四)网络通信 智能网关中包含三路以太网。以太网包括网络层MAC协议、物理层(PHY)物理接口收发器以及以及网络接口三部分。三路以太网中,两路的MAC协议部分由FPGA的专用输入输出接口搭建,另外一路由FPGA的普通输入/输出接口搭建。MAC协议主要负责控制与连接

物联网网关系统设计

物联网网关系统设计 1 物联网网关概述 物联网是指通过射频识别()、红外感应器、、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,实现任何时间、任何地点、任何物体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。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。 物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、*卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网的接入方式是多种多样的,如广域的、短距离的等,物联网网关设备是将多种接入手段整合起来,统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求,实现与公共网络的连接,同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能,而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色,可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联,将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。 物联网组网采用分层的通信系统架构,包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用,在不同的层次上支持不同的通信协议,。感知延伸系统包括感知和控制技术,由感知延伸层设备以及网关组成,支持包括、、等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网,实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施,包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为最终用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。 2 物联网网关功能 物联网网关在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色,它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联。物联网网关具备如下几个功能。 (1)广泛的接入能力 目前用于近程通信的技术标准很多,仅常见的技术就包括、、6、等。各类技术主要针对某一应用展开,缺乏兼容性和体系规划,如主要应用于楼宇自动化,适用于恶意环境。如何实现协议的兼容性、接口和体系规划,目前在国内外已经有多个组织在开展物联网网关的标准化工作,如3、传感器工作组,以实现各种通信技术标准的互联互通。 (2)协议转换能力 从不同的感知网络到接入网络的协议转换,将下层的标准格式的数据统一封装,保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令;将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。 (3)可管理能力 强大的管理能力,对于任何大型网络都是必不可少的。首先要对网关进行管理,如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内节点的管理,如获取节点的标识、状态、属性、能量等以及远程唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同,协议的复杂性不同,所以网关具有的管理能力不同。本文提出基于模块化物联网网关方式来管理不同的感知网络、不同的应用,保证能够使用统一的管理接口技术对末梢网络节点进行统一管理。 3 物联网网关系统设计 物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联。本物联网网关设计面向感知网络的异构数据感知环

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

物联网智能家居系统毕业论文

物联网智能家居系统毕业 论文 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.

天津电子信息职业技术学院 毕业论文 题目物联网智能家居系统姓名 专业班级 指导教师 完成时间 天津电子信息职业技术学院制

摘要:随着经济的高速增长。建立一个低成本、高效率的智能家居系统已成为当今世界的一个热点话题。目前越来越多的智能家居产品出现在市场上,其中以基于电话网的智能安防系统居多。目前在我国,使用家庭电话的用户越来越少,而且电话线路受地域的影响严重容易损坏,所以这类产品局限性很大。随着电信GSM网络覆盖范围的无缝化、广阔化以及手机的日益普及为基于GSM网络的智能家居系统提供了巨大的应用空间。 本文设计了一种基于GSM网络的智能家居系统。本系统采用cortexA8为系统控制核心,对家庭中出现的意外情况使用各种传感器进行采集,然后通过GSM模块把采集到的信息发送给管理人员,管理员根据收到的信息发送相关指令给GSM模块来控制现场执行机构,完成意外情况的排除。 关键词:智能家居 GSM 传感器远程控制

目录 一、绪论--------------------------------------------------------- 1 (一)智能家居概述------------------------------------------- 1 (二)智能家居网络构成--------------------------------------- 2 1、家居网络控制平台--------------------------------------- 2 2、智能家居子系统----------------------------------------- 2 3、智能家居网络的信号传输介质----------------------------- 3 4、远程控制技术概括---------------------------------------- 4 5、智能家居控制系统的国内外发展现状----------------------- 5 二、系统需求分析及方案-------------------------------------------- 6 (一)应用程序功能需求分析------------------------------------ 6 (二)开发环境需求分析---------------------------------------- 6 1、硬件环境---------------------------------------------- 6 2、软件环境---------------------------------------------- 7 三、硬件模块及其驱动设计实现-------------------------------------- 7 (一)主控模块----------------------------------------------- 7 (二)通信模块----------------------------------------------- 7 1、 TC35模块简介------------------------------------------ 7 2、 TC35模块与cortexA8连接方式--------------------------- 7 3、传感器模块--------------------------------------------- 8 四、系统软件部分------------------------------------------------- 36 (一)主程序及大致流程--------------------------------------- 36 1、温度监测线程------------------------------------------ 37 2、视频监测线程------------------------------------------ 38 3、报警流程---------------------------------------------- 39 (二)短消息程序设计----------------------------------------- 40 1、 AT指令介绍------------------------------------------- 40 2、PDU编码规则------------------------------------------- 42 3、短信模式设置------------------------------------------ 42 4、短信的发送方法---------------------------------------- 43

基于Arduino和ZigBee的物联网智能网关设计与实现

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/902942964.html, 基于Arduino和ZigBee的物联网智能网关设计与实现 作者:方中纯李海荣 来源:《山东工业技术》2018年第02期 摘要:给出了一种能够在ZigBee网络和传统网络进行透明协议高效转换的物联网智能网关的解决方法。该方法利用MQTT服务器作为数据进入传统网络的中转站,ZigBee网络的数据通过网关上的路由功能接收数据,然后通过串口把数据转发给NodeMCU,最后数据通过MQTT协议发送到数据中转站。经过智能蔬菜大棚的实际应用证明,本文设计的网关造价低廉,实用性好,效率高。关键词:物联网;网关;ZigBee;NodeMCU DOI:10.16640/https://www.360docs.net/doc/902942964.html,ki.37-1222/t.2018.02.087 0引言 物联网(Internet 0f things,简称IoT)是“信息化”时代的重要发展阶段,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。要实现物物相连,工程真正的意义上的物联网,就需要把各种网络互联在一起,那么网关功能的设备在物联网应用中就起着非常重要的作用。物联网涉及到多种网络的互联,因此设计一个能够互联所有网络的物联网网关是不现实的,更没有必要,这样不仅成本高而且研发周期长。因此,在实际的物联网应用系统中,针对涉及到的网络,研究特定功能的物联网网关不仅能够降低成本而且也会缩短研发周期。而在当前的物联网中,由于ZigBee广泛应用,那么数据在ZigBee网络和传统以太网之间的相互转发就显得非常重要。 本文主要研究ZigBee网络和以太网之间的数据转发,同时为了方便用户二次开发,也提供数据获取和控制数据传送WebAPI。基于此,本文的研究内容包括:基于MQTT的数据收发、ZigBee网络的实现、基于MongoDB的数据持久化服务的开发以及提供二次开发的WebAPI接口。 1相关技术和理论 (1)MQTr(Message QueuingTelemetry Transport,消息队列遥测传输)是IBM开发的一个即时通讯协议。该协议支持所有平台,几乎可以把所有联网物品和外部连接起来,被用来当做传感器和制动器的通信协议。(2)NodeMCU是一个开源的物联网平台,它自身就可以作 为物联网终端节点使用,可以应用于某些物联网中。像Arduino一样,它是简单的开源可编程固件。本文通过MQTT协议,实现网关与数据中转站相互传输数据。(3)CC2530是用于 2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。(4)ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

物联网技术在智能家居中的应用

随着我国经济水平不断的提高,科学技术的蓬勃发展,使智能家居行业有很大的进步和发展。但是,智能家居依旧处在不完善的阶段,它的很多功能无法有效的应用于居民的家中,我国广大人民群众对智能家居的认识比较浅显,以及智能家居受其他一些因素的影响,促使其直到今天也未在我国普及。本文笔者以智能家居为起点,对其进行详细介绍,进而详细分析智能家居未能在我国普及的原因,最终探讨如何优化和创新智能家居,使其逐渐落户于千万个家庭中。 1 智能家居 对智能家居的定义是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居系统设计方案、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,构成高校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,同时创造环保节能的居住环境。智能家居的理念是有效的将先进的科学技术、我国整体情况以及个人的需求结合在一起,充分发挥科学技术作用的同时改善我国自然环境,为人们提供安全、舒适、健康的生活环境。实现智能化、自动化、现代化、安全化的智能家居,主要是通过构建八个子系统而达到的,而这八个子系统为:家庭网络子系统、家庭能量管理子系统、背景音乐子系统、智能照明子系统、智能安防子系统、家庭娱乐子系统、家庭信息处理子系统、家庭环境子系统(如图1所示)。 (1)家庭网络子系统。家庭网络子系统的构建能够有效的优化和保护人们居住环境所应用的网络,促使与广域网连接的计算机、手 机、网络电视等具有良好的应用性,避免断网、病毒入侵、黑客破坏 等现象出现,使人们能够安全、高效的上网。 (2)家庭能量管理子系统。在人们的居住环境中属于能量的有电、水、天然气。家庭能量管理子系统能够对人们所消耗的电、水、天然气进行计算,确定用户需缴费用,并自动帮业主交费,真正意义上实现便民。 (3)背景音乐子系统。背景音乐子系统的构造是在住宅内部设置音乐线路,并有效的利用自动感应技术使背景音乐具有感应功能。人们居住在住宅中能够随时随地的开启音乐以选歌等,使人们沉浸在美妙的音乐中。 (4)智能照明子系统。智能照明子系统的应用不仅能够实现节约用电,还能够呵护人们的眼睛。因为智能照明子系统具有自动开关电灯的功能,在人们离开灯源一段时间后,照明系统将会自动关闭电灯;照明系统具有灯光调节功能,能够按照人们的需求调节灯光的亮度,保护人们的眼睛。 (5)智能安防子系统。智能安防子系统具有报警功能,并与公安系统联网,一旦人民住宅出现偷盗、煤气泄露、火灾等情况,将会自动发出报警响铃,并将报警信号传输到公安系统,在事故发生的第一时间进行报警。 (6)家庭娱乐子系统。家庭娱乐子系统的构建,能够使人们在足不出户的状态下就能够开展游戏、家庭影院、家庭KTV等娱乐活动。 (7)家庭信息处理子系统。由于人们生活不仅仅局限于住宅。在人们不再居住环境时家庭信息管理子系统就发挥作用,能够准确的接收与家庭相关的信息,如小区、物业等方面的发布的信息,将垃圾 物联网技术在智能家居中的应用 程春 (河南机电职业学院 河南郑州 451191) 摘要:在当下,科学技术的不断发展,智能家居受其影响将会朝着智能化、自动化、现代化、合理化的方向发展。而目前,智能家居因受技术厂商未达成一致的协议、能够实施的功能少、市场接受程度低等因素的影响,使其推广应用受到影响,未能出现在千家万户中。针对此种情况,目前最佳的解决措施应是通过物联网技术对智能家居进行优化和创新,提高其应用性,才能逐渐实现智能家居的普及。因此,本文就物联网技术在智能家居中的应用进行详细的分析和探讨。 关键词:物联网 智能家居 信息技术中图分类号:TP393 文献标识码: A 文章编号: 1007-9416(2014)02-0029-03 图1 智能家居的八个子系统 图 2 物联网体系架构图

物联网网关系统设计方案

物联网网关系统设计方案. 物联网网关系统设计方案 物联网网关概述 1 等信息传感设备,按约定的协议,扫描器感应器、GPS 物联网是指通过射频识别(RFID)、红外、激光

实现任何时间、任何地点、任何物体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。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、 卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。老人护理、个人健康、*物联网网关设备是将多种 Z-Wave 等,物联网的接入方式是多种多样的,如广域的 PSTN、短距离的实现接入手段整合起来,统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求,与公共网络的连接,同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能,而终端管理、安全认证等功能保证可以实现感了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色, 知延伸网络与接入网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联,将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。传输系统、物联网组网采用分层的通信系统架构,包括感知延伸系统、业务运营管理系统和各种应用, 在不同的层次上支持不同的通信协议,如图1 所示。感知延伸系统包括感知和控制技术,由感知延伸层设备以及网关组成,支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee 等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网,实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施,包括了应用系统和业务管理支撑系

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)

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应用

《物联网应用于实践》 课程报告 物联网技术在智能家居中的应用 学年学期2015学年春季学期 专业电子信息科学与技术 学号03124XXXX 授课班号03124XX XX 学生XXXXX 指导教师XXX

摘要 随着网络技术的飞速发展及人们生活生活水平的提高,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、安全防技术、自动控制技术、音视频技术将生活有关的设施集成,构成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。 智能家居的关键技术主要有智能控制以及部网络两个部分。智能控制可以是本地控制和远程控制。智能家居控制系统是以有线和无线的形式连接起来的信息传输网络为硬件平台,各种网络技术为软件支撑平台,通过现场总线把家庭生活中使用的通信设备、家居设备、家庭安全防设备连接成一个完整的、能够实现自动控制的一个控制系统。通过这个控制系统将整个家庭中能够连接到网络是的所有电气设备有机的整合到一起,并对这些设备进行有效的控制,形成功能完善的智能家居系统。从人们对智能家居控制系统使用的实际需要出发,在对国外以物联网技术发展为基础智能家居控制系统技术的发展和应用深入研究后,提出了一套基于物联网智能家居控制系统的解决方案。本文将详细介绍基于物联网的智能家居系统设计的过程。 关键词:智能家居;物联网

基于物联网的智能家居系统的设计与应用

河南牧业经济学院 毕业论文 题目基于物联网的智能家居系统的设计与实现学号14330302030 班级14级物联网2班专业物联网应用技术系别信息与电子工程学院作者姓名罗帅完成时间2017.5.11 指导教师李娜娜职称助教

基于物联网的智能家居系统设计与应用 摘要 针对目前物联网的研究现状,结合已有的物联网技术从系统的工作原理和功能实现上,设计了一套较完善的智能家居系统。本系统各功能模块由家居总控主机统一监控和管理,并采用有线与无线结合的系统组网方式,实现家居安防、家居监控、家电智能等功能。所设计的系统功能齐全、性能稳定、操作方便且具有可扩展性。作为新的智能家居技术,本论文将详细介绍智能家具的功能以及在现实中的应用,从根本上解决智能家居在大多数家庭中技术的局限性以及成本的进一步降低,从而更加广泛的推广智能家居的技术,实现大多数家庭的现代化智能家居系统的受用。 关键词 智能家居系统家居安防家居监控家电智能传感器

目录 目录 (3) 一.物联网智能家具技术的发展概况 (4) 二.智能家居的定义 (5) 三.系统的主要工作原理 (6) 3.1总控极技术 (6) 3.2多功能彩屏遥控器基本工作原理及功能 (7) 3.3基于物联网的智能家居系统的结构与功能设计. 7 四.物联网智能家居的实例 (11) 4.1空调及温控 (11) 4.2灯光 (12) 4.3音响系统 (12) 4.4家庭安全 (13) 4.5花草种植 (13) 4.6个人护理 (13) 4.7马桶系统 (14) 五.结束语 (14) 六.参考文献 (15) 七.致谢 (16)

一.物联网智能家具技术的发展概况 既互联网技术之后,物联网作为一个信息技术综合应用的代名词,掀起信息产业第三浪潮,大国纷纷将其纳为重点领域,显而易见,它将影响到政治,军事,经济,环境等方方面面,必在未来极大地改变人们的生活。物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The internet of things”。顾名思义,“物联网就是物物相连的互联网”。这里包括两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,它是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信。因此可总结出,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、光电感应器、全球定位系统、激光扫描器信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网上部署了海量的多种类型传感器,每个传感器都是一个信息源,不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的实时连接,方便识别、管理和控制。 在2011年的产业规模超过2600亿元人民币,行业竞争将会越来越激烈。在市场应用方面,2011年从整体来看,占据中国物联网市场主要份额的应用领域为智能工业、智能物流、智能交通、智能电网、智能医疗、智能农业、智能环保和智能家居等。本文研究的是基于物连网技术的智能家居系统。 “智能家居”,又称智能住宅,是通过采用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术,建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统等组成的家庭服务与管理集成系统,从而实现全面、安全、舒适的居住环境以及便利的通讯网络家庭住宅。把与家庭生活有关的各种子系统有机结合在一起统一管理,使生活舒适、安全、和高效,具有良好的发展前景。随着科学技术的发展和物质生活水平的提高,人们对家居生活环境的要求也越来越高。家居不再是生活起居的场所,同时也是休闲、娱乐的地方。目前,高科技技术已经融入智能建筑当中,智能的概念也不断得到深化和更新。建设部要求根据不同消费者的需求,推动家居数字化、建筑智能化,产品便利化的发展,未来智能家居市场潜力巨大。

物联网网关系统设计方案

物联网网关系统设计方案 1 物联网网关概述 物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,实现任何时间、任何地点、任何物体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。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。 物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、*卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网的接入方式是多种多样的,如广域的PSTN、短距离的Z-Wave 等,物联网网关设备是将多种接入手段整合起来,统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求,实现与公共网络的连接,同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能,而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色,可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联,将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。 物联网组网采用分层的通信系统架构,包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用,在不同的层次上支持不同的通信协议,如图1 所示。感知延伸系统包括感知和控制技术,由感知延伸层设备以及网关组成,支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee 等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网,实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施,包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为最终用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。

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

物联网网关系统设计

多功能融合型通信网关项目研发及产业化 项目解决的问题 1.提供一种多功能融合产品,部署在企业客户端或物联网关位置,降低运营商 和用户投资; 2.提供一种网络管理和业务部署系统,协助运营商实现远程网络维护管理、业 务部署,降低运营商网络维护成本; 3.解决路由、交换、安全、无线、物联网网关、三网融合通信中音/视频通信等 技术有机集成,各种业务流识别、区分服务等问题。 项目实施内容 1.研发系列多功能融合型通信网关; a)包括结构、电源、主板、通信接口模块、物联网感知层信号收集模块、 音/视频信号处理模块等硬件研发; b)包括路由、交换、无线、安全等基础通信系统的功能软件开发; c)包括物联网网关协议、三网融合应用中音/视频控制和媒体处理等功能软 件研发。 2.研发配套的网络管理和业务部署系统; a)包括设备端的SNMP、TR069客户端协议/功能软件开发; b)包括服务器端网络管理系统和业务部署系统软件开发; 项目特点:多功能融合,通过一台设备可提供如下功能 1.互联网接入功能:通过2个WAN可以使企业接入互联网,并实现负载均衡。 2.3G网络接入功能:通过TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA 3G网络接入 互联网,利用无线技术,能实现快速部署。 3.VPN(虚拟专网)功能,帮助运营商给企业提供VPN业务: a)通过IPsecVPN协议以及DES、3DES、AES等加密模块实现VPN业务, b)通过MPLS L2/L3VPN功能实现VPN业务, 4.无线接入功能:通过IEEE802.11b/g无线接入点功能,实现运营商无线热点

覆盖。 5.物联网网关功能:多功能融合网关能提供统一数据格式转换与传输,轻松实现物联 网数据的收集/下发与传输。物联网网关支持感知层设备的多种通信协议和数据类型,通过将多种感知层信息进行统一格式的转换处理,并借助融合型网关丰富的网络通信功能,简化物联网数据收集和传输系统的设计,并提供良好的可维护性。 6.融合通信:多功能融合网关能面向企业用户提供语音、视频通信功能,方便企业客 户快速部署低成本的企业融合通信方案,并提供方便的维护能力。 7.安全防护功能:通过状态防火墙、入侵检测、用户连接控制等功能帮助运营 商给企业客户提供网络安全服务,也可以提高物联网系统的安全性、提高融合通信系统的安全性。 立项理由 1.通过多功能融合型通信网关,降低电信运营商投资 2008年5月17日中国电信新一轮的电信重组和改革,形成了中国电信、中国移动、中国联通三家大型综合电信业务运营商,同时拉开了中国电信市场全面竞争的局面。各家电信运营商为了提高ARPU值,纷纷推出了针对集团客户(例如政府、企业等)的综合电信服务,来争夺集团客户资源,例如中国电信的“商务领航”品牌;中国联通的“宽带商务”品牌;中国移动的“商务宝”品牌。 为了争夺集团客户资源,电信运营商需要首先自己提供接入设备把客户接入到自己的网络,后续才能够提供更多的服务,提高单一用户的ARPU值,以往的解决方案(图1):普通路由器实现用户网络接入,网络安全设备实现IPSec VPN 以及FW等功能、以太网交换机实现客户PC接入、无线AP实现无线终端设备接入,这样电信运营商需要给用户投资4台网络设备,不仅投资高,并且网络维护成本高、设备功耗高。 多功能融合型通信网关通过ALL-IN-ONE的解决方案,用一台网络设备替代原来的四台网络设备(图2),并且实现了原来四台设备的所有功能,不仅节约了电信运营商投资,并且通过综合网络管理系统实现设备的远程维护和业务部署,降低电信运营商网络维护费用。原来电信运营商发展一个集团客户需要投资7500元以上,采用多功能融合型通信网关后,投资额为:每用户4000元,每用

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