【正文】 ．． 3 1． 3． 2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ．． 4 1． 4 主要內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu) ． 5 第 2 章相關(guān)理論和技 術(shù) 7 2． 1物聯(lián)網(wǎng) ． 7 2． 1． 1物聯(lián)網(wǎng)概述 一 7 2． 1． 2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 一 8 2． 2 嵌入式系統(tǒng) ． 8 2． 2． 1 嵌入式系統(tǒng)概述 ．． 9 2． 2． 2 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 一 9 2． 3 短距無(wú)線通訊技術(shù) ll 2． 4 本章小結(jié) 1 3 第 3 章家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ． 14 3． 1智能家居系統(tǒng)方案 一 14 3． 2 系統(tǒng)構(gòu)建 1 5 3． 2． 1系統(tǒng)功能 15 3． 2． 2家庭網(wǎng)關(guān)外圍電路 16 3． 3 Li RUX系統(tǒng)平臺(tái)搭建 2l 3． 4 z gBee 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建 ．． 23 3． 4． 1 z gbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ．． 23 3． 4． 2 Z i gbee組網(wǎng) ． ． 24 3． 4． 3 Z gbee 串口通訊 ．． 25 3． 5本章小結(jié) 26 第 4 章系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) ． 27 4． 1 家電控制模塊設(shè)計(jì) 27 4． 1． 1 硬件電路設(shè)計(jì) 27 4． 1． 2 家電控制模塊與 z gbee模塊的通訊 3 l 4． 1． 3 軟件設(shè)計(jì) 3 l 4． 2 體征數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 35 4． 2． 1 模塊功能設(shè)計(jì) 35 4． 2． 2 傳感器 36 4． 2． 3 采集模塊硬件電路設(shè)計(jì) 37 4． 2． 4 體征采集模塊軟件設(shè)計(jì) 40 4． 3 QSM通信模塊 43 4． 3． 1 G1 00 短信模塊 ．． 43 4． 3． 2 G1 00短信模塊與 Z gbee 模塊問(wèn)的通信 44 4． 4 本章小結(jié) 45 第 5 章模塊測(cè)試及遠(yuǎn)程管理 ． 46 5． 1 模塊功能測(cè)試 46 5． 2 家庭網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程登錄與管理 47 5． 2． 1 Boa服務(wù)器的移植 47 5． 2． 2 Boa 服務(wù)器配置 47 5． 4 本章小結(jié) 49 第 6 章結(jié)論與展望 ． 50 6． 1 總結(jié) 50 6． 2 展望 50 參考文獻(xiàn) 52 攻讀學(xué)位期間的研究成果 55 男 [{射 56 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第 1章緒論 1． 1 智能家居系統(tǒng)概述 智能家居是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，其功能強(qiáng)大、涉及面廣、系統(tǒng)復(fù)雜?，F(xiàn)代智能家 居是利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過(guò)家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān) 的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。 智能家居控制功能隨著生活的需求不斷增強(qiáng)，由發(fā)展初期的電動(dòng)窗簾、燈光、 電器等遠(yuǎn)程控制，不斷延伸到可視對(duì)講、防盜報(bào)警、背景音樂(lè)、自動(dòng)抄表等領(lǐng)域， 隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的 發(fā)展，控制的對(duì)象不斷擴(kuò)展，智能家居控制范圍將 涵蓋所有弱電行業(yè) n1。簡(jiǎn)而言之，智能家居就是利用電 腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過(guò)家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系 統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。目前的家用電器功能越來(lái)越多，一些理論不斷被提出：一個(gè)智能系統(tǒng)來(lái)管理 家居設(shè)備，構(gòu)造舒適便捷的智能家居系統(tǒng)，代替人工 控制家電設(shè)備、建設(shè)舒適的 家居環(huán)境等等；時(shí)至今日，智能家居系統(tǒng)的功能不只是僅局限于門(mén)禁，家電控制 諸如此類，其功能隨著人們生活需求在功能上不斷提升，人們對(duì)智能家居提出了 更多新的需求。生命安全重于一切，在物質(zhì)生 活充裕的今天，人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注人身 安全和保障，信息化智能設(shè)備應(yīng)用于這 一領(lǐng)域必成為未來(lái)趨勢(shì)，利用信息智能化保障人身安全成為一個(gè)新的研究課題。 20 世紀(jì) 80 年，大量家用電器廣泛應(yīng)用，將家用電器、通信設(shè)備與安全防范設(shè)備綜合為 一體，形成了住宅自動(dòng)化概念；隨著通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過(guò)總線技 術(shù)對(duì)住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，就是現(xiàn)在智 能家居的原型，在美國(guó)稱為 SmartHome[s1。每個(gè)智 能家居公司都有其不同的特點(diǎn)，國(guó)外的智能家居系統(tǒng)基本采用總線技術(shù)，如霍尼 韋爾重點(diǎn)在安防，它集成了專業(yè)地安全防范及報(bào)警功能，具有燈光控制，電動(dòng)窗 簾控制，溫度控制，場(chǎng)景設(shè)置及電子日歷集成等功能，可以通過(guò)電話、瓦聯(lián)網(wǎng)、 手機(jī)以及其它 WiFi 無(wú)線終端進(jìn)行設(shè)置； T作模式是：接口模塊 ——總線相連一 一軟件編程； TELETASK 重點(diǎn)在．?。刂疲瑢?duì)家庭常用設(shè)備如各種燈、電動(dòng)窗簾、 暖氣、冷氣、家電等的集成控制提供了全面的解決方案；工作模式是：接 U 模塊 ——總線 相連 ——軟件編程；德國(guó) Merten(莫頓 )instabus EIB智能控制系統(tǒng) 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 是通過(guò) EIB 工具軟件 ETS 進(jìn)行系統(tǒng)配置和功能設(shè)置【 o】。zl。 20xx 年以后，中國(guó)家居市場(chǎng)的逐漸壯大，國(guó)內(nèi)智能家居迅速發(fā)展，產(chǎn)品廣泛 推出市場(chǎng)，與國(guó)際巨頭競(jìng)相爭(zhēng)奪智能家居市場(chǎng)，各種品牌林立。 盡管國(guó)內(nèi)智能家居業(yè)發(fā)展迅速，但仍然存在不足和弊端，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)己 經(jīng)廣泛地存在于銀行、商場(chǎng)、車站和交通路口等公共場(chǎng)所，但實(shí)際上視頻監(jiān)控系 統(tǒng)只能簡(jiǎn)單地錄制視頻圖像，還不能智能地分析、跟蹤、判別監(jiān)控目標(biāo)，對(duì)異常 事件報(bào)警、提示，對(duì)簡(jiǎn)單事情處理做決策等智能要求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到智能監(jiān)控目標(biāo)， 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和主動(dòng)性監(jiān)控【 t 7】。 1． 4 主要內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu) 本論文采用智能家庭網(wǎng)關(guān)方案，對(duì)系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)做了概述：針對(duì)以往智能 家居子系統(tǒng) ——家電控制系統(tǒng)的不足做了改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)的家電控制模塊軟硬件 設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹；根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用需求，在對(duì)傳感器和人體特征研究基礎(chǔ)上， 對(duì)人體體征數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和短信途徑獲取。 第四章：對(duì)本設(shè)計(jì)中的兩個(gè)模塊 ——家電控制模塊 和體征數(shù)據(jù)采集模塊設(shè) 計(jì)，給出軟硬件設(shè)計(jì)方法及控制和數(shù)據(jù)傳輸接口協(xié)議；其中體征采集模塊設(shè)計(jì)自 動(dòng)處理異常狀態(tài)的短信提醒和短信家電控制，因此體統(tǒng)配置了 GSM 模塊，并闡述 GSM 模塊和 zigbee 模塊的協(xié)議。首先介紹物聯(lián)網(wǎng)，包括物 聯(lián)網(wǎng)的概念，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域；接著闡述嵌入式系統(tǒng)的概念、組成以及開(kāi)發(fā)過(guò) 程相關(guān)知識(shí)；接下來(lái)介紹了嵌入式技術(shù)軟硬件組成及開(kāi)發(fā)流程等；最后介紹短距 無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)劣，并介紹本設(shè)計(jì)應(yīng)用的組網(wǎng)方案。感知層通過(guò)感應(yīng)器識(shí)別物體、采集信息。引。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和應(yīng)用拓展，利用網(wǎng)絡(luò)把感應(yīng)器 (物品 )和 人聯(lián)在 一起，實(shí)現(xiàn)物與人、物與物相連，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理控制和智能化服務(wù)心引。2|。 其中物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)，交通，物流，智能家居和安防等已較為成熟乜引。 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用幾乎涵蓋所有行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，已經(jīng) 上升到國(guó)家戰(zhàn)略的高 度，進(jìn)入科技產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中。因此 ARM處 理器以其良好開(kāi)放性和通用性以及成熟的軟硬件開(kāi)發(fā)方案，有效縮短應(yīng)用程序開(kāi) 發(fā)與測(cè)試的時(shí)間，也降低了研發(fā)費(fèi)用，為嵌入式系統(tǒng)的首選處理器，根據(jù)本系統(tǒng) 的要求和性能， ARM是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。立項(xiàng)階段提出立項(xiàng)建議，提供合適的資金和資源，使項(xiàng) 目成立：需求分析階段需要了解項(xiàng)目情況，解決項(xiàng)目需求；設(shè)計(jì)階段根據(jù)需求設(shè) 計(jì)產(chǎn)品，主要進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟硬件功能劃分和設(shè)計(jì)等；實(shí)現(xiàn)階段選擇開(kāi)發(fā) 平臺(tái)和進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)；測(cè)試階段對(duì)嵌入式產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的功能、性能及可靠性 測(cè)試；部署階段的主要工作是樣機(jī)部署、生產(chǎn)完善等。 tYES 樣機(jī)生產(chǎn) 圖 22 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程 2． 3 短距無(wú)線通訊技術(shù) 1．幾種無(wú)線通信技術(shù)比較 無(wú)線通訊技術(shù)克服了有線網(wǎng)絡(luò)布線 困難、擴(kuò)展性差等缺陷，在智能家居系統(tǒng)， 無(wú)線通訊技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，短距離 無(wú)線通信技術(shù)是智能家居內(nèi)部組網(wǎng)的發(fā)展趨 勢(shì)。 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 表 21 幾種無(wú)線通信技術(shù)性能指標(biāo)比較 傳輸速率 250Kbps 1Mbps 6陋 4帕 b 陋 1Gbps b p 傳輸距離 (米 ) 100 lO 3 m0 10 功耗 低 較高 低 ： 一向； 低 網(wǎng)絡(luò)容量 (個(gè) ) 255 8 2 琊 5 255 成本 很低 由 低 高 由 傳輸方式 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 傳輸距離遠(yuǎn)、速 傳輸速率 成本低、體積 傳輸速度 傳輸速率 高、抗干擾 率小、低功耗、 快、短跳頻 小、功能低、 快、距離遠(yuǎn)， 性能強(qiáng)，系 譬≯篙墓簍鐾 快、穩(wěn)定、 連接方便、傳 多用戶同時(shí) 綜合性能 統(tǒng)容量大 抗干擾強(qiáng)， 輸安全，視距 接入時(shí)，速 發(fā)送功率 大、可靠性高、 傳輸范圍 傳輸 易受障礙 率下降，設(shè) 小，傳輸范 安全性強(qiáng) 受限 物干擾 備昂貴 圍小 根據(jù)表格，以上幾種技術(shù)中，藍(lán)牙技術(shù)傳輸范圍小，功耗高，成本高且協(xié)議 較為復(fù)雜，抗干擾能力和信息安全性能等較弱。在智 能家居應(yīng)用中，傳感器數(shù)據(jù)帶寬要求低，加上其功耗低，使用方便等因 素成為本 設(shè)計(jì)的首選。 (3)成本低廉： Zigbee使用 2． 46Hz波段為全球統(tǒng)一的無(wú)需申請(qǐng)的 ISM頻段， 沒(méi)有專利費(fèi)等使得 ZigBee生產(chǎn)成本的降低，協(xié)議簡(jiǎn)化等使得 Zigbee芯片價(jià)格偏 低。 智能家居家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第 3 章家電控制與體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本章將對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并給出軟硬件系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，包括本設(shè)計(jì)中 嵌入式微處理器外圍電路、存儲(chǔ)器、接口等，接下來(lái)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)選型，本設(shè)計(jì)以 ARM 嵌入式處理器和 1 inux 操作系統(tǒng)分別作為硬件平臺(tái) 和操作系統(tǒng)，將對(duì)微處理 器外圍電路、存儲(chǔ)器、調(diào)試接口等進(jìn)行設(shè)計(jì)并闡述 1inux 系統(tǒng)平臺(tái)搭建及 Zigbee 組網(wǎng)。電源、時(shí)鐘、復(fù)位等外圍電路保證