【正文】 智能家居控制與通信的實現(xiàn)畢業(yè)論文目錄1緒論.............................................................1......................................1............................1................................2................................2..................................................32系統(tǒng)開發(fā)工具.....................................................4.................................................4.............................................5......................................6..............................................7 socket雙機(jī)通信模塊...............................................73需求分析.........................................................9............................................9...................................................10...................................................10...................................................11...................................................114系統(tǒng)設(shè)計........................................................13.................................13...................................15 socket雙機(jī)通信模塊設(shè)計..........................................205結(jié)束語..........................................................25附錄1緒論隨著人們生活水平的提高和科技的發(fā)展，家居智能化已成為一種必然趨勢而深入千家萬戶。家居智能化是利用計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力自動化、信息、結(jié)構(gòu)化布線、無線等技術(shù)將所有不同的設(shè)備應(yīng)用和綜合功能互連于一體的系統(tǒng)。它以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)家電、通信、家電設(shè)備自動化、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂等功能，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的安全、便利、舒適、節(jié)能、娛樂、高效、環(huán)保的居住環(huán)境。這個章節(jié)主要分三個部分介紹：物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的開發(fā)背景，開發(fā)意義和應(yīng)用現(xiàn)狀。2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念；2009年8月，溫家寶在中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心考察時，提出了“感知中國”。物聯(lián)網(wǎng)被預(yù)言為繼計算機(jī)、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(yù)見到了一場新的技術(shù)革命。現(xiàn)代社會努力創(chuàng)造著舒適的環(huán)境，空調(diào)的出現(xiàn)讓人們得到了舒暢的體驗。在使用空調(diào)時，人們出現(xiàn)了兩種心態(tài)，有的人怕浪費電，在家里沒人的時候把空調(diào)關(guān)掉，可是回到家時卻不得不面對冷冰冰或熱烘烘的情況；也有的人為了舒適一直開著空調(diào)，長時間地讓空調(diào)運轉(zhuǎn)既費電又影響使用壽命。進(jìn)入新世紀(jì)，我國人民的物質(zhì)文化生活水平不斷提高，移動通信的飛速發(fā)展給人們的生活注入新鮮血液，豐富了人們的生活。眾所周知，越來越多的人擁有自己的手機(jī)，而我國移動網(wǎng)絡(luò)的鋪建將使我們更好地在移動網(wǎng)絡(luò)的世界里遨游，如果能夠通過手機(jī)來遠(yuǎn)程控制家里的空調(diào)，讓人們在到家之前把家里的空調(diào)打開，當(dāng)我們邁進(jìn)家門時，舒適的溫度會使我們的心情更加愉悅。在互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及的今天，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)聯(lián)系起了每一個人，隨著各種消費電子的智能化，還有無線傳感器的迅速發(fā)展，人們想到了是否可以用網(wǎng)絡(luò)將每一個物體都聯(lián)系起來，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。這樣就形成了一種新的網(wǎng)絡(luò)，被稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準(zhǔn)確地傳遞出去。而從20世紀(jì)80年代開始，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面世，直到現(xiàn)在，經(jīng)過了30年的發(fā)展，家用電器已經(jīng)普及，而且具有了很高的智能化。這時人們便開始追尋一種更加智能的家庭管理方式，希望實現(xiàn)安保，防災(zāi)，家電一體化控制，這就是智能家居的原型。對于物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加快了智能家居的發(fā)展。在國家大力推動工業(yè)化與信息化兩化融合的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是家居行業(yè)乃至更多行業(yè)信息化過程中一個比較現(xiàn)實的突破口。一旦物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及，無數(shù)的物品需要加裝更加小巧智能的傳感器，用于家居設(shè)備的傳感器與電子標(biāo)簽及配套的接口裝置數(shù)量將大大超過目前的手機(jī)數(shù)量，物聯(lián)網(wǎng)是下一個超過萬億的行業(yè)。社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息化程度的不斷提高，人們生活節(jié)秦的不斷加快，使人們對居家環(huán)境智能化的程度也提出了更高的要求。當(dāng)人們離開自已的居住環(huán)境時，如何獲取家中的環(huán)境信息，已成為一種現(xiàn)實需求，基于Internet與GSM網(wǎng)成為可選擇的發(fā)展方向。利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息具有信息量大、直觀等優(yōu)勢，但目前實現(xiàn)成本相對較高，阻礙其進(jìn)入普通家庭。近年來，短消息業(yè)務(wù)（SMS）作為GSM的一種增值服務(wù)，隨著GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，得到了迅速發(fā)展，它具有傳輸速度快，費用低，不占用語音通信通道等優(yōu)點,本系統(tǒng)重在研究基于SMS短信業(yè)務(wù)，一種操作方便、經(jīng)濟(jì)、實用、可擴(kuò)展性好的智能家居控制系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品融合自動化控制系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，將各種家庭設(shè)備(如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等)通過智能家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自動化，通過寬帶和無線網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。與普通家居相比，智能家居不僅提供舒適宜人且高品位的家庭生活空間，實現(xiàn)更智能的家庭安防系統(tǒng)。還將家居環(huán)境由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔换スδ?。物?lián)網(wǎng)中的無線傳感器應(yīng)用對家庭的智能防災(zāi)，燈光控制，以及家電聯(lián)網(wǎng)都提供了一種很好的解決辦法。而且使用Java socket雙機(jī)通信模塊，可以將家庭中的突發(fā)事件信息告知戶主，并且進(jìn)行智能報警。這樣就極大降低了家庭意外災(zāi)難的損失。智能家居是利用微處理電子技術(shù)，來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)。家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)（可擴(kuò)展至鄰居、小區(qū)）將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)設(shè)計改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電是一種價格低廉、操作簡便、實用性強(qiáng)、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)在處于起步階段，由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時間內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以一般都是一個廠家單獨做系統(tǒng)研發(fā)的。智能家居產(chǎn)品大規(guī)模批量化生產(chǎn)還需要時間加之協(xié)議不統(tǒng)一，隨之帶來的就是產(chǎn)品成本相對較高。國內(nèi)從事智能家居行業(yè)的生產(chǎn)廠家魚龍混雜，良莠不齊，有獨立從事智能家居系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)，有家電行業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)，有安防企業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)的，還有運營商也參與到智能家居行業(yè)的，各自的出發(fā)點不同，所以生產(chǎn)出的產(chǎn)品也就各不相同產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，影響了消費者對智能家居產(chǎn)品的信任；再者智能家居行業(yè)的售后服務(wù)水平較低，智能家居系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性較大，出問題的幾率相對較高，這時候如果售后服務(wù)不能到位的話則會嚴(yán)重影響客戶對智能家居產(chǎn)品的滿意度。這些問題嚴(yán)重制約了智能家居行業(yè)的發(fā)展。所以目前在中國只有少部分用于試點研究安裝，真正用于生活的還不多見。論文的結(jié)構(gòu)主要分四個部分：。主要介紹物聯(lián)網(wǎng)智能家居的背景、意義、現(xiàn)狀。主要介紹系統(tǒng)設(shè)計需要的技術(shù)工具。主要介紹系統(tǒng)功能需求性。主要介紹系統(tǒng)各個部分設(shè)計。2系統(tǒng)開發(fā)工具該部分主要介紹系統(tǒng)所采用的技術(shù)及開發(fā)工具，涉及,采用的架構(gòu)ZigBee技術(shù)的模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、Java socket雙機(jī)通信模塊等。無線傳感器技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域內(nèi)研究的一個熱點技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。所謂傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在一定區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間距離很短，一般采用多跳(multihop)的無線通信方式通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在獨立的環(huán)境下運行，也可以通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，使用戶遠(yuǎn)程訪問[4]。ZigBee技術(shù)譯為紫蜂技術(shù)，是一個有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)，(ZigBee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)化方面，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。其結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低速率、低成本和可靠性高的雙向無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，主要適合于自動控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應(yīng)用層、應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。其協(xié)議如圖21所示：應(yīng)用層匯聚層網(wǎng)絡(luò)層LLC數(shù)據(jù)鏈路層MAC物理層／915MHz物理層，它們都基于DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長度和傳輸速率。，有助于ZigBee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低，該頻段的物理層使用了16個信道、250kb/s的傳輸速率。數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪問控制子層(MAC)。LLC子層功能包括傳輸可靠性保障、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸；MAC層通過SSCS(Service—SpecificConvergenceSublayer，業(yè)務(wù)相關(guān)的會聚子層)協(xié)議能支持多種LLC標(biāo)準(zhǔn)，其功能包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和拆除、確認(rèn)模式的幀傳送與接收、信道接入控制、幀校驗、預(yù)留時隙管理和廣播信息管理。網(wǎng)絡(luò)層采用基于adhoc技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，功能包括拓?fù)涔芾怼AC管理、路由管理和安全管理根據(jù)節(jié)點的不同角色，可分為全功能設(shè)備(FullFunctionDevice；FFD)與精簡功能設(shè)備(ReducedFunctionDevice；RFD)。前者具備控制器(Controller)的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換；后者電路較為簡單且存儲體容量較小，只能傳送數(shù)據(jù)給FFD或從FFD接收數(shù)據(jù)。應(yīng)用匯聚層負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)層上，包括安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)是協(xié)議棧的最上層用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)由大量的節(jié)點根據(jù)自組織網(wǎng)絡(luò)的方式構(gòu)成，一般節(jié)點通過各種方式大量部署在被感知對象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點通過無線自組織傳輸網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的信息，可以實現(xiàn)對任意地點的信息在任意時間的采集、處理和分析[5]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖22所示(虛線表示無線鏈路，實線表示有線鏈路)。WSN沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以隨時加入或離