【正文】 ............................................................................................. 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 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 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]。智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過家觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場景操作，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，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。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。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。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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)。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。 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)用于美國康乃迪克州（ conicut）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相爭建造智能家居的序幕 [1]。正因?yàn)槿绱?，國?nèi)相關(guān)企業(yè)越來越重視對(duì)智能家居行業(yè)市場的研究。 智能家居在我國的發(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。智能家居的市場營銷、技術(shù)培訓(xùn)體系逐漸完善起來；徘徊期由于在開創(chuàng)期期間智能家居企業(yè)的野蠻成長和惡性競爭，給智能家居行業(yè)帶來了極大的負(fù)面影響。 二、國內(nèi)的相關(guān)政策 截止 2020 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)。我國政府為了推動(dòng)信息化、智能化城市發(fā)展在 2020 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，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，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)。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。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。 三 、 國外智能家居的現(xiàn)狀 自從世界上第一幢智能建筑 1984 年在美國出現(xiàn)以后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞的經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家先后提出了各種智能家居的方重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 案。 1998 年 5 月新加坡舉辦的“ 98 亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國際展覽會(huì)”上，通過在場內(nèi)模擬“未來之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。 比爾蓋茨的家是國外第一個(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。 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。設(shè)置門禁系統(tǒng)，可以有 效地阻止“非授權(quán)入侵”。 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)在在的問題，例如系統(tǒng)集成化問題。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 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)展前景是非常看好的。 智能家居行業(yè)在國內(nèi)發(fā)展的時(shí)間也還不是很長，但是取得的成就是無可非議的，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。 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)。 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]。 圖 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)架構(gòu) 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二節(jié) IEEE 一、 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)簡介 IEEE 是一種結(jié)構(gòu)、低成本、低功耗的無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。（ 2）支持星型和點(diǎn)到點(diǎn)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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。（ 5）采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問（ CSMACA）的信道訪問機(jī)制。（ 7）低功耗機(jī)制。（ 9）鏈路質(zhì)量指示。（ 11）數(shù)據(jù)安全策略。在無線傳感器網(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)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控的工作 [5]。物理層包括射頻收發(fā)器和底層控制模塊， MAC 子層為高層提供訪問物理信道的服務(wù)接口 [5]。 圖 IEEE 協(xié)議棧架構(gòu) 在 MAC 子層之上的高層包括網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，對(duì)于不同高層協(xié)議，也可以通過邏輯鏈路控制子層（ LLC， Logical Link Control）以及特定服務(wù)聚合子層（ SSCS）來訪問 MAC 子層?；?ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)所使用的工作頻段為 868MHz、915MHz 和 ，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kbps。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都必須包括一臺(tái) ZigBee 協(xié)調(diào)器，它負(fù)責(zé)建立并啟動(dòng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中包括選擇適合的射頻信道、唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符等一系列操作。ZigBee 終端設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的建立是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)起的，任何一個(gè) ZigBee 節(jié)點(diǎn)要組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須要滿足兩個(gè)條件：（ 1）節(jié)點(diǎn)是全功能設(shè)備（ FFD）；具備 ZigBee協(xié)調(diào)器的能力；（ 2）節(jié)點(diǎn)還沒有與其他網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)與其他網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，此節(jié)點(diǎn)只能作為該該網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橐粋€(gè) ZigBee 網(wǎng) 絡(luò)中有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器 [6]。 ZigBee 聯(lián)盟在制定ZigBee 規(guī)范時(shí)已經(jīng)考慮到數(shù)據(jù)在傳輸過程中的內(nèi)在的不確定性，采取了一系列措施來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕饕ǎ何锢韺蛹嫒莞憧煽康亩叹嚯x無線通信協(xié)議 IEEE 同時(shí)使用 OQPSK 和 DSSS 技術(shù)；使用 CSMACA 技術(shù)來解決數(shù)據(jù)沖突問題；使用 16bits CRC 來確保數(shù)據(jù)的正確性；使用帶應(yīng)答的數(shù)據(jù)傳輸方式來確保數(shù)據(jù)正確的傳輸目的地址；采用星型網(wǎng)絡(luò)盡量保證數(shù)據(jù)可以 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 沿著不同的傳輸路徑從源地址到達(dá)目的地址。低功耗只是針對(duì)終端節(jié)點(diǎn)而言的，因?yàn)橹挥薪K端節(jié)點(diǎn)才可以定時(shí)休眠，而協(xié)調(diào)器和路由器節(jié)點(diǎn)必須一直供電； ZigBee 模塊成本低，大量布點(diǎn)比較經(jīng)濟(jì)，一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)可以管理高達(dá) 255 個(gè)節(jié)點(diǎn)。（ 4）低數(shù)據(jù)速率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)家居布線困難、維護(hù)難度大和停電易造成系統(tǒng)癱瘓等問題。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是由許多個(gè)功能相同或者是不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組方式形成的無線網(wǎng)絡(luò)，具有檢測(cè)精度高、低功耗、低成本、實(shí)時(shí)性好、高容量和覆蓋面積大等顯著的優(yōu)點(diǎn)。 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)智能家居電器控制系統(tǒng)總體框圖如圖 所示： 圖 智能家居電器控制系統(tǒng)總體框圖 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 二、系統(tǒng)安全問題的研究 智能家居系統(tǒng)的功能非常的強(qiáng)大，而系統(tǒng)的安全問題也是必須優(yōu)先考慮的一點(diǎn)。傳統(tǒng)的人防的保安方式已經(jīng)難以適應(yīng)我們對(duì)家居安全的要求，所以智能安防成為了當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化具有以下優(yōu)點(diǎn)： 安全：安防系統(tǒng)可以對(duì)陌生人入侵、煤氣泄漏、火災(zāi)等情況提前及時(shí)發(fā)現(xiàn)并通知主人。實(shí)用：視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以依靠安裝在室外的攝像機(jī)可以有效地防止小偷進(jìn)一步行動(dòng)，并且可以在事后取證給警方提供有利的證據(jù)。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章介紹物聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展、它所具備的核心技術(shù)和重要特點(diǎn)。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上的一些優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)家居中存在的一下困難。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)把智能家居行業(yè)帶到一個(gè)嶄新的舞臺(tái)，這也會(huì)是行業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)和熱點(diǎn)。只有不存在安全隱患的情 況下，所有的功能才有實(shí)現(xiàn)的意義，所以本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究智能家居系統(tǒng)的安全性能。該 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)終端設(shè)備，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都是用TI 公司的 CC2530 芯片搭建的開發(fā)板構(gòu)成的，這兩個(gè)開發(fā)板是一樣的，只是在使用的時(shí)候，通過燒錄不同的程序代碼，使它們實(shí)現(xiàn)不同的功能 本文采用的 ZigBee 技術(shù)有個(gè)優(yōu)點(diǎn)是低功耗，這里只需要兩節(jié) 5 號(hào)電池就可以支持長達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右的使用時(shí)間 [9]。 圖 設(shè)計(jì)總框圖 第二節(jié) CC2530 芯片及最其小系統(tǒng)介紹 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 一、 CC2530 芯片簡介 CC2530 是用于 的 IEEE 、 ZigBee 和 RF4CE 應(yīng)用的 一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（ SoC）解決方案。 CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的 RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存， 8KB RAM 和許多其他強(qiáng)大的功能。 CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。 CC2530 內(nèi)在集成的模塊大致可以分為三種類型： CPU 和內(nèi)存相關(guān)的模塊；外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理相關(guān)的模塊；無線電相關(guān)的模塊。定時(shí)器 1 是一個(gè)獨(dú)立的 16 為定時(shí)器，支持典型定時(shí) /計(jì)數(shù)功能，定時(shí)器有五個(gè)獨(dú)立的捕獲 /比較通道，每個(gè)通道定時(shí)器使用一個(gè) I/O