【正文】 編 號(hào)： 審定成績(jī)： 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目：家居物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)的研究學(xué) 院 名 稱 ：學(xué) 生 姓 名 ：專 業(yè) ：班 級(jí) ：學(xué) 號(hào) ：指 導(dǎo) 教 師 ：答辯組 負(fù)責(zé)人 ：填表時(shí)間： 年 月重慶有電大學(xué)教務(wù)處制重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要物聯(lián)網(wǎng)正在以超越“爆炸”的速度發(fā)展，其對(duì)世界的影響也是越來(lái)越明顯。智能家居是現(xiàn)代家居生活的一種趨勢(shì)，以至于在第三屆中國(guó)國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)（傳感器網(wǎng)絡(luò)）博覽會(huì)上，家居智能作為“十二五”規(guī)劃中工信部主推應(yīng)用領(lǐng)域之一，家居系統(tǒng)產(chǎn)品或網(wǎng)絡(luò)家居得以展示，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居方面的應(yīng)用已經(jīng)初見(jiàn)成效。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷成熟，考慮到智能家居系統(tǒng)中存在的一些安全問(wèn)題，例如“如何對(duì)住宅環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”，以及現(xiàn)有家居安全系統(tǒng)存在的局限性，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的高度網(wǎng)絡(luò)化智能家居安防系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來(lái)。該智能家居安防系統(tǒng)是針對(duì)對(duì)非授權(quán)訪問(wèn)進(jìn)行檢測(cè)、攔截和報(bào)警進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)涉及到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（CC2530芯片為主控芯片的開發(fā)板），一個(gè)用作協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)用作終端設(shè)備；協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)，并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與PC電腦相連，終端設(shè)備負(fù)責(zé)控制各個(gè)功能模塊的正常工作，并把數(shù)據(jù)傳遞給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。另外功能模塊主要有溫濕度采集模塊、煙霧檢測(cè)模塊、繼電器模塊和人體紅外傳感模塊。本文主要從理論和原理方面對(duì)家居物聯(lián)網(wǎng)的安全系統(tǒng)進(jìn)行研究，另外也從硬件方面做了很簡(jiǎn)易的家居環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?！娟P(guān)鍵詞】智能家居系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 家居安防 傳感器網(wǎng)絡(luò)目 錄前 言 1第一章 智能家居 2第一節(jié) 智能家居的概述 2第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外智能家居的發(fā)展?fàn)顩r 2一、國(guó)內(nèi)智能家居的現(xiàn)狀 2二、國(guó)內(nèi)的相關(guān)政策 3三、國(guó)外智能家居的現(xiàn)狀 3第三節(jié) 智能家居中的安全問(wèn)題 4第四節(jié) 本章小結(jié) 5第二章 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng) 6第一節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 6第二節(jié) IEEE 7一、IEEE 7二、ZigBee標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 8第三節(jié) 家居物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)的研究 10一、家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 10二、系統(tǒng)安全問(wèn)題的研究 11第四節(jié) 本章小結(jié) 11第三章 課題的硬件描述 12第一節(jié) 設(shè)計(jì)總框圖 12第二節(jié) CC2530芯片及最其小系統(tǒng)介紹 12一、CC2530芯片簡(jiǎn)介 12二、CC2530最小系統(tǒng)組成 14第三節(jié) 功能模塊介紹 15一、溫濕度檢測(cè)模塊 15二、煙霧檢測(cè)模塊 17三、人體紅外探測(cè)模塊 18四、光敏傳感器模塊 19五、顯示模塊 20六、繼電器模塊 22第四節(jié) 本章小結(jié) 23第四章 課題的軟件描述 24第一節(jié) 總體流程 24第二節(jié) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 25一、無(wú)線傳感器和控制節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 25二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 25第三節(jié) 功能模塊的軟件設(shè)計(jì) 26一、煙霧檢測(cè)模塊 26二、紅外人體感應(yīng)模塊 28三、溫濕度檢測(cè)模塊 29第四節(jié) 本章小結(jié) 29第五章 系統(tǒng)測(cè)試 30第一節(jié) 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試 30第二節(jié) 煙霧檢測(cè)模塊測(cè)試 31第三節(jié) ZigBee管理系統(tǒng)界面 32第四節(jié) 本章小結(jié) 34第六章 總結(jié) 35致 謝 36參考文獻(xiàn) 37附 錄 38一、英文原文 38二、英文翻譯 46三、源程序 52 65 前 言智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理化系統(tǒng)，提高家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并保證環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境[1]。智能家居又稱智能住宅，通俗地說(shuō)，它是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)[2]。智能家居將讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)家觸摸屏、無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。智能家居系統(tǒng)集綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和音、視頻技術(shù)與一體的將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成的一個(gè)綜合性系統(tǒng)。由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)完成所需的信號(hào)傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。自動(dòng)控制技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在智能家居控制中心、家居設(shè)備自動(dòng)控制模塊中，對(duì)于家庭能源的科學(xué)管理、家庭設(shè)備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，體現(xiàn)在音視頻集中分配、背景音樂(lè)、家庭影院等方面[3]。第一章 智能家居第一節(jié) 智能家居的概述智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制設(shè)備、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電以及三表抄送等）連接到一起，給家居生活提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)控、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多功能和手段。與傳統(tǒng)家居相比較，智能家居不僅具有普通家居的居住功能，還兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、便利、舒適、安全、環(huán)保的居住環(huán)境，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(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至還為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。智慧家居概念的起源很早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃迪克州（conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時(shí)，才出現(xiàn)了首棟的“智能型建筑”，從此就解開了全世界各國(guó)相爭(zhēng)建造智能家居的序幕[1]。第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外智能家居的發(fā)展?fàn)顩r 一、國(guó)內(nèi)智能家居的現(xiàn)狀智能家居作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，處于一個(gè)導(dǎo)入期和成長(zhǎng)期的臨界點(diǎn)，市場(chǎng)消費(fèi)觀念還未形成，但隨著智能家居市場(chǎng)推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，培育起消費(fèi)者的使用興趣，智能家居市場(chǎng)的消費(fèi)潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景是光明的。正因?yàn)槿绱?，?guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)越來(lái)越重視對(duì)智能家居行業(yè)市場(chǎng)的研究。智能家居至今在我國(guó)已經(jīng)經(jīng)歷了近12年的發(fā)展，從人們最初的夢(mèng)想，到今天真實(shí)的走進(jìn)我們的生活，經(jīng)歷了一個(gè)艱難的過(guò)程。智能家居在我國(guó)的發(fā)展經(jīng)歷大致可以分為四個(gè)階段：萌芽期、開創(chuàng)期、徘徊期和融合演變期。萌芽期是智能家居在我國(guó)的第一個(gè)發(fā)展階段，整個(gè)行業(yè)還處于一個(gè)熟悉概念和認(rèn)識(shí)產(chǎn)品的階段；開創(chuàng)期期間我國(guó)成立了多家智能家居研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)。智能家居的市場(chǎng)營(yíng)銷、技術(shù)培訓(xùn)體系逐漸完善起來(lái)；徘徊期由于在開創(chuàng)期期間智能家居企業(yè)的野蠻成長(zhǎng)和惡性競(jìng)爭(zhēng)，給智能家居行業(yè)帶來(lái)了極大的負(fù)面影響。同時(shí)，國(guó)外智能家居品牌局部進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)；融合演變期市場(chǎng)明顯出現(xiàn)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，在2011年以后，智能家居一方面進(jìn)入一個(gè)相對(duì)快速的發(fā)展階段，另一反面協(xié)議與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開始主動(dòng)互通和融合，使智能家居行業(yè)的發(fā)展更加快速。二、國(guó)內(nèi)的相關(guān)政策截止2013年，全球范圍內(nèi)信息技術(shù)創(chuàng)新不斷加快，信息領(lǐng)域的新產(chǎn)品、新服務(wù)和新業(yè)態(tài)大量涌現(xiàn)，不斷激發(fā)新的消費(fèi)需求，成為日益活躍的消費(fèi)熱點(diǎn)。我國(guó)的市場(chǎng)規(guī)模非常的龐大，也正處于居民消費(fèi)升級(jí)和信息化、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加快融合發(fā)展的階段，信息消費(fèi)具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)和巨大的發(fā)展?jié)摿?。我?guó)政府為了推動(dòng)信息化、智能化城市發(fā)展在2013年8月14日發(fā)表了關(guān)于促進(jìn)信息消費(fèi)擴(kuò)大內(nèi)需的若干意見(jiàn)，大力普及寬帶、寬帶提速，加快推動(dòng)信息消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，這都為智能家居、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。鼓勵(lì)智能終端產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展。面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的熱點(diǎn)，加快實(shí)施智能終端產(chǎn)業(yè)化工程，支持研發(fā)智能手機(jī)、智能電視等終端產(chǎn)品，促進(jìn)終端與服務(wù)一體化發(fā)展。支持?jǐn)?shù)字家庭智能終端研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，大力推動(dòng)數(shù)字家庭示范應(yīng)用和數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)。鼓勵(lì)整機(jī)企業(yè)與芯片、器件、軟件企業(yè)協(xié)作，研發(fā)各類新型信息消費(fèi)電子產(chǎn)品。支持電信、廣電運(yùn)營(yíng)單位和制造企業(yè)通過(guò)定制、集中采購(gòu)等方式開展合作，帶動(dòng)智能終端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力提升，夯實(shí)信息消費(fèi)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。三、國(guó)外智能家居的現(xiàn)狀自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)出現(xiàn)以后，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞的經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家都有廣泛的應(yīng)用。1998年5月新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)”上，通過(guò)在場(chǎng)內(nèi)模擬“未來(lái)之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報(bào)警功能、可視對(duì)講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和軟件配置等。比爾蓋茨的家是國(guó)外第一個(gè)使用智能家居的家庭，至今已經(jīng)快有30年的歷史了，智能家居控制系統(tǒng)也逐漸進(jìn)入人們的視野中，也讓更多的人了解和嘗試這么一個(gè)新鮮的事物。第三節(jié) 智能家居中的安全問(wèn)題隨著人們居住環(huán)境的升級(jí)，人們?cè)絹?lái)越重視自己的個(gè)人安全和財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)人、家庭以及住宅的小區(qū)的安全方面提出了更高的要求；同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展伴隨著城市流動(dòng)人口的急劇增加，給城市的社會(huì)治安增加了新的難題，要保障小區(qū)的安全，防止偷搶事件的發(fā)生，就必須有自己的安全防范系統(tǒng)，人防的保安方式難以適應(yīng)我們的要求，智能安防已成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。智能家居系統(tǒng)中的安全防范措施一般包括視頻監(jiān)控、設(shè)置門禁系統(tǒng)和防盜報(bào)警。視頻監(jiān)控是對(duì)主要的出入口通道以及家中比較重要的地方進(jìn)行監(jiān)控，該方式有效地對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。設(shè)置門禁系統(tǒng)，可以有效地阻止“非授權(quán)入侵”。防盜報(bào)警是在門禁系統(tǒng)中的一個(gè)擴(kuò)展功能，當(dāng)有陌生人妄想以強(qiáng)硬的手段進(jìn)入到房屋內(nèi)時(shí)，我們的防盜報(bào)警系統(tǒng)可以在他觸動(dòng)門禁系統(tǒng)的同時(shí)，警報(bào)響起，當(dāng)然更加完善的系統(tǒng)還可以給房子主人發(fā)送短信，提醒他家中有陌生人闖入，同時(shí)給小區(qū)保安室也發(fā)一條短信，告知他小區(qū)有安全隱患發(fā)生。智能安防系統(tǒng)也是一個(gè)不小的系統(tǒng)，在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到很多實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題，例如系統(tǒng)集成化問(wèn)題。從當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，各類智能家居的安全防范措施的發(fā)展還處于起步階段，各有利弊，這就需要我們對(duì)這些進(jìn)行總結(jié)，探索一種安全系數(shù)高、價(jià)格較低的安防系統(tǒng)，從而為人們提供一個(gè)安全、舒適的生活環(huán)境。第四節(jié) 本章小結(jié)本章主要對(duì)智能家居作一個(gè)大概的介紹，這包括智能家居系統(tǒng)的功能以及智能家居在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)智能家居的發(fā)展前景是非?？春玫?。智能家居系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用了很多的技術(shù)手段，包括綜合布線技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。智能家居行業(yè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的時(shí)間也還不是很長(zhǎng)，但是取得的成就是無(wú)可非議的，但是，智能家居各方面的功能也還不是很完善，智能家居安防系統(tǒng)就是一例，所以才有本文對(duì)家居物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)的研究這么一個(gè)課題。 第二章 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)第一節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是由Kevin Ashton在1998年提出來(lái)的，通過(guò)射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)及激光掃描、二維碼、GPS等技術(shù)將任何物品連接成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理和通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的智能化識(shí)別和監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征[1]。物聯(lián)網(wǎng)根據(jù)全面感知，可靠傳遞以及智能處理的三大功能需求，可以將其實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為三層結(jié)構(gòu)：第一層為感知延伸系統(tǒng)，主要功能為采集信息和控制設(shè)備；第二層為異構(gòu)融合的泛在通信網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通以及存儲(chǔ)處理功能；第三層為應(yīng)用和服務(wù)層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析等[4]。第二節(jié) IEEE 一、IEEE IEEE 、低成本、低功耗的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它具備如下特征：（1）實(shí)現(xiàn)20kb/s、40kb/s、100kb/s、250kb/s四種不同的傳輸速率。（2）支持星型和點(diǎn)到點(diǎn)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（3）在網(wǎng)絡(luò)中采取兩種地址方式：16位地址和64位地址。其中16位地址是有協(xié)調(diào)器分配的，64位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址。（4）采用可選的時(shí)槽保障（GTS）機(jī)制。（5）采用帶沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMACA）的信道訪問(wèn)機(jī)制。（6）支持ACK機(jī)制以保證可靠傳輸。（7）低功耗機(jī)制。（8）鏈路能量檢測(cè)（ED，Energy Detection）。（9）鏈路質(zhì)量指示。（10）工作在ISM頻段上，在915MHz波段上有30個(gè)信道，在868MHz上有3個(gè)信道。（11）數(shù)據(jù)安全策略。在IEEE ：全功能設(shè)備（FFD）和精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，全功能設(shè)備可以擔(dān)任協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)的角色，在擔(dān)任協(xié)調(diào)器時(shí)主要負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)；精簡(jiǎn)功能設(shè)備擔(dān)任只能擔(dān)任路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的角色，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采