【正文】 ....................................................................... 26 單片機對繼電器的控制 ............................................................................ 30 本章小結 ....................................................................................................... 32 6 總結與展望 ...................................................................................................... 33 總結 .............................................................................................................. 33 展望 .............................................................................................................. 33 致謝 ..................................................................................................................... 34 參考文獻 ............................................................................................................. 35 附錄 A 外文譯文 ................................................................................................. 37 附錄 B外文文獻 ................................................................................................. 46 附錄 C 附錄 D 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（ 論文） 1 前 言 近幾年金融危機之后的復蘇 時期，物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風行，受到各國政府的重視。物聯(lián)網(wǎng)技術得到越來越多的應用，但關于物聯(lián)網(wǎng)的定義到現(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的定義從字面上解釋，物聯(lián)網(wǎng)就是 ―物物相連的互聯(lián)網(wǎng) ‖?？梢詮膬煞矫嫒ダ斫猓浩湟唬锫?lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。研究這項技術的重大意義在于這將使我們周圍的一切物體聯(lián)系到一起，社會變得更加智能，更加方便安全。 智能家居的概念早在上世紀 80 年代初就已經(jīng)提出。以 ―住宅電子化 ‖實現(xiàn)，到了 80 年代末，逐步提出了 住宅智能化 ，也就是現(xiàn)在所說的智能家居的原型。智能家居是一個以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。它的研究與設計將優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目標是：將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術 (HBS)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的協(xié)調。 詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設計 2 1 緒論 物聯(lián)網(wǎng)技術概述 2021 年 1 月， IBM 公司提出了 ―智慧地球 ‖的理念； 2021 年 8 月，溫家寶在中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術研發(fā)中心考察時，提出了 ―感知中國 ‖。物聯(lián)網(wǎng)被預言為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，一時間很多人預見到了一場新的技術革命 [1]。 物聯(lián)網(wǎng)的概念：物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為 ―The Inter of Things‖，簡稱 IOT。從字面上解釋，物聯(lián)網(wǎng)就是 ―物物相連的互聯(lián)網(wǎng) ‖。可以從兩方面去理解：其一，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)；其二， 其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信 [2]。 關于物聯(lián)網(wǎng)的定義到現(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的定義，有一個較為普遍認同的定義是物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識別 (RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等各種信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡 [2]。 究其來源，其實只不過是在 20 多年前，提出的 ―泛在計算 ‖框架下的一個小分支。但是物聯(lián)網(wǎng)的第一次提出源于 1999 年，美國麻省理工學院成立 AutoID 研究中心，進行 RFID技術的研發(fā)，將 RFID 與互聯(lián)網(wǎng)結合，提出了產(chǎn)品電子代碼（ EPC）解決方案。這是物聯(lián)網(wǎng)的雛形，一直到現(xiàn)在為止， RFID 的發(fā)展還是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要部分。 2021 年，美國《技術評論》提出傳感網(wǎng)絡技術將是未來改變人們生活的十大技術之首。 2021 年，在突尼斯舉行的世界電聯(lián)報告中明確提出了 ―物聯(lián)網(wǎng) ‖的概念，國際電信聯(lián)盟 (ITU)發(fā)布了《 ITU互聯(lián)網(wǎng)報告 2021：物聯(lián)網(wǎng)》 [1]。近幾年金融危機之后的復蘇時期，物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風行，受到各國政府的重視。我國的《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃 (20212020 年 )》和 “ 新一代寬帶移動無線通信網(wǎng) ” 重大專項中均將物聯(lián)網(wǎng)列入重點研究領域。智能家居的概念早在上世紀80 年代初就已經(jīng)提出，以 “ 住宅電子化 ” 實現(xiàn)，而后又形成了 “ 住宅自動化 ” 的概念，到了 80 年代末，逐步提出了 “ 住宅智能化 ” ，也就是現(xiàn)在所說的智能家居的原型。 物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術包括： RFID 標識技術、傳感網(wǎng)技術、 M2M 技術。物聯(lián)網(wǎng)體系架構中三個層次所涉及的關鍵技術是物聯(lián)網(wǎng)最終實現(xiàn)并得以實施的重要保證。物聯(lián)網(wǎng)中涉及的關鍵技術其中無線傳感網(wǎng)（傳感器網(wǎng)關、傳感器）、中間件、客戶端軟件、用戶卡鑒權和安全、遠距通信（移動網(wǎng) /互聯(lián)網(wǎng)等）、 安全和隱私、智能處理技術（云計算等）已經(jīng)廣泛遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（ 論文） 3 應用 [4]。 智能家居概述 智能家居又稱智能住宅，英文名稱為 ―Smart Home‖。是指利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、綜合布線技術，將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)有機地結合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持 信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目標是，將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術 (HBS)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的協(xié)調。要完整地理解智能家居，有必要先對幾個智能家居發(fā)展過程中有著重大影響的系統(tǒng)進行介紹。 智能家居是一個以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時間內還 沒有統(tǒng)一的標準協(xié)議，所以一般都是一個廠家單獨做系統(tǒng)研發(fā)方案的。其中較為有影響力的一次是 2021 年微軟推出的 “ 未來之屋 ” ，是物聯(lián)網(wǎng)技術應用于日常生活的一個樣板 [5]。進人房屋時，安全系統(tǒng)會對來訪者的面部進行掃描，確認身份后自動打開房門?？蛷d冰箱上的液晶顯示器能列出保存的食物清單，廚房水槽能夠根據(jù)使用者的身高調節(jié)高度，而排風機會根據(jù)油煙濃度自動開啟。此外，每個房間的墻壁顏色、裝修風格和溫度 ,都可以根據(jù)家庭成員的喜好和情緒自動更換。這一概念的提出在推廣普及上還需加以時日，但是隨著技術的革新，我們這里將把能夠實現(xiàn)遠 程監(jiān)控、智能照明、以及智能音響的智能家居。我們可以考慮將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到智能家居的設計中，使我們的家居環(huán)境更加智能化、人性化、高效化。 智能家居的發(fā)展 相比于國外，我國對智能家居系統(tǒng)的相關產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚。從目前中國的國情來看，實用型與舒適型應當成為家庭住宅建設的主流，舒適型面向中等偏上收入者。但是住宅是一項使用壽命較長、一次投資較大的特殊商品，因此，建設時的標準必須具有一定的前瞻性。 目前在我國，智能家居系統(tǒng)被定義為：利用 4C(自動控制、計算機網(wǎng)絡、無線通信、IC 卡 )技術，通過有效的傳輸網(wǎng)絡，將 多元信息服務與管理、安全防護與物業(yè)管理、住宅詹旭：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設計 4 智能化系統(tǒng)集成，提供高技術的智能化住宅小區(qū)的服務于管理為手段，以期實現(xiàn)快捷高效的超值服務與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。 目前智能家居系統(tǒng)一般要求有三大功能單元：第一，必須要有一個功能非常強大的智能家庭系統(tǒng)平臺；第二，必須要有一個完整的綜合性的家居布線系統(tǒng)；第三，必須要有家庭內部進行控制的互聯(lián)網(wǎng)、連接外網(wǎng)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)和家庭內部各種家電進行控制的家庭控制網(wǎng)絡這三種網(wǎng)絡支持的系統(tǒng)才能叫做真正的智能家居系統(tǒng) [3]。 智能家居系統(tǒng)的特點 (1)它的對象是結構和 特性完全相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，電器之間的數(shù)據(jù) 共享 比較困難。 (2)家電的信息量小但對實時性要求較高，必須針對當時的家庭環(huán)境進行實時的調整。 (3)家電運行時所處環(huán)境有很大差異，對系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性要求較高。 (4)家庭用戶對于價格要求比較高，必須把組建網(wǎng)絡的費用降低到一定程度，才能被廣泛認可和接受。 (5)家電完成的功能各有不同，需要達到的智能水平也有很大的差異，要針對不同的功能要求，設計不同家電的智能水平 (比如說，如果讓電燈也共享 Inter 資源，顯然沒有必要，但是家中的攝像監(jiān) 控設備則需要較高的智能水平 )。 (6)從用戶的角度來說，用戶需要簡化家電的操作過程，統(tǒng)一家電的操作方法 (比如說用統(tǒng)一的遙控器實現(xiàn)所有電器的控制 )。因此，組建智能家庭網(wǎng)絡時需要考慮的問題有很多。 本章小結 本章首先介紹了關于物聯(lián)網(wǎng)的概念以及技術，指出物聯(lián)網(wǎng)的應用范疇，接著介紹了智能家居的概念和具體實現(xiàn)的功能，提出智能家居使人們的生活更加高效更加人性，更加方便的理念。在最后又介紹了智能家居系統(tǒng)的幾個特點 ，設計智能家居時需要考慮的一些問題 。 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（ 論文） 5 2 物聯(lián)網(wǎng)相關通信技術的原理 ZigBee 無 線技術 ZigBee 的概念 ZigBee 是最近提出的一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術 。 主要適用于自動控制和遠程控制領域，是為了滿足小型廉價設備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制而制定的。在 網(wǎng)絡中，根據(jù)設備所具有的通信能力，可以分為全功能設備 (fullfunction device， FFD)和精簡功能設備 (reducedfunction device， RFD)。 FFD 之間以及 FFD 和 RFD 之間都可以相互通信；但 RFD 只能與 FFD 通信，而不能與其他 RFD 通信。 RFD 主要用于簡單的控制應用，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少。對傳輸資源和通信資源占用不多，可以采用非常廉價的實現(xiàn)方案，在網(wǎng)絡結構中一般作為通信終端 [6]。 FFD 一般需要功能相對比較強大的 MCU，一般在網(wǎng)絡結構中用作于網(wǎng)絡控制和管理功能。在 網(wǎng)絡中，有一個稱為 PAN 網(wǎng)絡協(xié)調者 (PAN coordinator)的 FFD 設備。是 LRWPAN 的網(wǎng)絡中的主控制器。 PAN 網(wǎng)絡協(xié)調者除了直接參與應用以外，還要完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉發(fā)等任務。無線通信信道的特性是動態(tài)變化的，節(jié)點位置或 天線方向的微小改變、物體移動等周圍環(huán)境的變化都有可能引起通信鏈路強度和質量的劇烈變化，因而無線通信的覆蓋范圍是不確定的，在進行網(wǎng)絡協(xié)議的設計時必須要考慮到無線信道的這個特點。 在智能家居系統(tǒng)設計中，采用星型網(wǎng)絡，這種星型結構的特點是對中心節(jié)點 (這里是無線數(shù)字家居服務器或網(wǎng)關 )的依賴性很大，中心節(jié)點出現(xiàn)問題可能造成整個網(wǎng)絡的癱瘓。家庭內部無線網(wǎng)絡連接距離較短，一般在 l00 米以內，家用電器位置容易改變，家庭電器等的數(shù)量也容易變化，網(wǎng)絡中的信息傳送主要在無線數(shù)字家居服務器和其它室內終端之間。根據(jù)家庭網(wǎng)絡的這些特 點以及以上介紹的無線網(wǎng)絡拓撲結構，本文以家庭網(wǎng)關為中心節(jié)點組建一個星型家庭網(wǎng)絡。 ZigBee 技術最大傳輸距離 150 米，完全滿足家庭網(wǎng)絡需要。通過實用證明，星形家庭網(wǎng)絡組網(wǎng)簡單。 ZigBee 的協(xié)議棧 ZigBee 與 的聯(lián)系人們常會把 ZigBee 和 等同起來，其實兩者之間還是有所區(qū)別的如圖 21 所示 [6]。 (1)ZigBee 完整、