物联网智能家居系统的规划与设计

物联网智能家居系统的规划与设计

摘要

本篇论文将会介绍智能家居的实用性，国内外的发展现状，以及企业发展它的需求来分析智能家居在现代生活工作中起到的不可替代的作用。接着引出物联网智能家居有怎样的发展前景。分析在面对现在比较流行的无线网络传感技术中：蓝牙，红外，WIFI，ZigBee,NFC。为什么要选择ZigBee作为此次基于物联网智能家居系统规划与设计的内部组网技术。将ZigBee协议与普通的无线网络相比较，介绍ZigBee的通讯协议，系统组成，在软件硬件上面的设计方案，并对各部分的软硬件技术进行分析。使用S3C2440作为中央控制器，以此来搭建一个可实施性的完整性的基于物联网的智能家居系统。本文将具体展示“智能窗帘”在生活中的应用,完成相关软件硬件的调试并对整体进行测试。

关键词：物联网；智能家居；ZigBee；远程控制

摘要 I

Abstract I

第一章绪论 1

1.1 物联网智能家居系统课题的背景及意义 1

1.2 物联网智能家居系统国外的研究现状 1

1.3 物联网智能家居系统国内的研究现状 2

1.4 ZigBee技术简介 3

1.5 课题研究的主要内容 7

第二章物联网智能家居系统的总体设计 9

2.1 系统整体方案设计思路 9

2.2 智能窗帘系统整体模块 9

2.3 系统整体方案设计的原则 10

第三章物联网智能家居系统的硬件设计 11

3.1 整体硬件的构建 11

3.2 AT89C51单片机 11

3.3 CC2530 13

3.4 GPRS DTU 14

3.5 RS485接口 15

3.6 光照传感器BH1750FVI 16

3.7 窗帘电机驱动TB6612FNG 17

第四章物联网智能家居系统的软件设计 19

4.1 ZigBee无线传感网络构建 19

4.1.1 TI Z-Stack协议栈 19

4.1.2 TI Z-Stack协议栈的使用 20

4.2 上位机的构建 21

4.2.1上位机与协调器串口通信 21

4.2.2 信息的处理和储存 22

第五章物联网智能家居系统的运行与测试 23

5.1 单项设备调试 23

5.2 系统综合调试 23

5.3 整体测试 24

第六章总结与展望 25

6.1 总结 25

6.2 展望 25

小结与致谢 26

参考文献 27

第一章绪论

1.1 物联网智能家居系统课题的背景及意义

随着计算机网络技术和电子信息技术的快速发展以及现代人们生活水平的提高,人们不再满足于传统的住宅方式。由于对高质量简洁的生活方式的追求，智能家居系统的概念开始走入人们的生活。智能家居系统是使用计算机网络通讯技术、综合布线技术、远端无线通信技术、光线感应和音频设置等技术将住宅里的各个日常家里的设备，例如：安防、窗帘控制、信息控制、灯光控制等有机的结合起来进行集中控制。

目前智能家居技术分为有线布线和无线组网两种。但有线布线给人们带来的体验并不好，因为安装布线十分的麻烦，可扩展性差而且施工成本很高。近年来，由于无线传感技术的发展，他凭借低功耗、低成本、低复杂度快速的进入人们的眼球。无线网络与周边设备智能化互动的程度越来越高，人们的行动力越来愈低，热爱电子产品的人们想要集中控制家居的愿望确越来越强。因此大多数人群已达到了利用无线传感技术对整个家居智能化，自动化，高效，舒适等更高层的需求。

无线通讯技术包括蓝牙、红外、WIFI、ZigBee等，但蓝牙传输的距离短，红外的无穿透性还有WIFI的局域性都不适合应用在智能家居技术里。而基于物联网的ZigBee技术在他低功耗，低成本，低复杂度保证下，加上物联网的“全面感知、可靠传送、智能处理”完全可以承担起现代人们对智能家居的要求、设计与开发。并且随着ZigBee技术的不断改善，其应用于智能家居的地位一定会成为智能家居系统规划与设计的主流。

科技在迅速发展，人们的生活水平也在逐步增高，对生活的品质和追求更是日新月异。因此成熟的智能家居系统已不是只活在电影里，为人们打造更加完善舒适的住宅新系统才是我们研究课题的主要意义。

1.2 物联网智能家居系统国外的研究现状

第一个智能建筑是1984年位于美国Hartford的City Place Building。由于它方便、简洁、舒适以及很好的发展前景，世界各国都相继打造出了属于自己国家的独具特色的智能家居。尤其是在经济发达地方如：美国、新加坡、日本、加拿大、英国、澳大利亚等，这些地区在智能家居上花费了很大的时间与精力。美国在智能家居系统方面发展比较早，并且处于领先地位。近些年美国推出的“X-10”，一出现就受到大家的的好评，其市场占有率也很高，仅仅在美国就有400万个家庭在使用此产品。“X-10”主要为单体别墅而设计，其大多数应用于旧房的改造。由于“X-10”的成功，让如：美国的谷歌、苹果公司，韩国的三星、LG 公司，日本的本田、丰田公司这些电子相关行业的大公司眼红，他们陆续推出了自己的智能家居方案。三星公司最为迅猛，他第一个推出了自主研发的智能家居系统。此智能家居系统通过机顶盒和因特网将自动控制、安防设备、信息电器、娱乐、信息中心等家居子系统集合在一起，然后组成了一个面向无线互联网的家居控制网络可以用多种方式（如：手持终端、互联网）进行实时的查询和控制。2014年8月三星又收购了Smart Things。新加坡在1998年5月举办了“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”，在这场展览会上新加坡推出了适合他们本土特色的智能化家庭操作系统。此系统利用模拟“未来之家”的方法，将智能家居和软件配置有机的结合起来，打造了一个独具特色的智能家居模式。2014年1月谷歌以高价收购了Nest和Dropcam两家智能家居公司，也因此跻身为智能家居的前沿领域[1]。

由此看来智能家居系统在一些发达地区已经渐渐发展成熟，智能化家居在不久的将来会成为人们生活的主流方式。

1.3 物联网智能家居系统国内的研究现状

智能家居在我国发展相比较上述国家地区来说是晚的，落后的技术和没有创新的概念在阻碍着智能家居在我国的发展，所有在很长的一段时间内我们都是处于探索阶段。但随着我们社会的快速发展，人们的生活水平普遍提高，他们越加追求住宅与生活的品质，因此中国许多企业开始重视对智能家居的发展，也催生了一大批创意与实力兼具的智能产品。与此同时，政府的重视和媒体的持续报道使得智能家居概念成为现在人们住宅的一个热门话题。

我国是从2000年才开始智能家居的研究和发展。国内的大型企业，例如：海尔、清华同方、海信等相继推出了他们的研究产品。“海尔”发明了U-Home：他的家电产品实现了：可以通过短信、邮件、电视遥控等对空调、电灯等家用电器进行自动控制。它向大众提出了基于 ZigBee系统的智能家居物联网系统，为客户提供了整套的模式，包括智能家居模式、智能小区模式、智能酒店模式，为用户带来了高质量、高可靠性的体验。“清华同方”推出了e-Home数字家园。他是在现有的技术（家庭自动化技术、建筑自动化技术、网络技术、计算机技术等）上推出了“e-home”的各种解决方案，如：智能小区方案、公共监控解决方案、智能大楼解决方案等，“e-home数字家园”的主要目的是让人们的工作、实现网络化，家居生活实现家居智能化、住宅社区智能化[2]。

进来兴起的电子产业也跻身于此行列。360与TCL 集团联手推出智能空气净化器。小米战略入股美的，开设智能家居体验馆；魅族向海尔开放lifekit 权限换取海尔对其开放U+SDK，；TCL 集团同万达集团签署涉及智慧家庭的战略合作协议，等等[3]。

但目前我国的智能家居产品还没有普遍下来，因为其一价格不亲民，再次虽然可以为人民带来便捷但还是显得有些可有可无，加上目前智能家居业内太纷杂没有规定的标准，都是各成一派，产品互不兼容。很少有人愿意使用一整套一家公司的产品，所以有些消费者还在犹豫，不下决定。我们要的是：在使用上简便，成效显著的产品，同时享受舒适的生活。而不是外观上的“智能”而实际操作却不仅很复杂，还要付出较高的成本。总之智能家居在我国的发展停不下来，但短时间内如果没有找到让消费者满意的方案，我们也只是仅仅停留在发展阶段，智能家居这条路我们还要走很远。

参考文献

[1] 吴荔．基于ZigBee的智能家居系统设计[D].信息工程学院，2015.6.

[2] 马忠梅，马广云,徐英慧等.ARM嵌入式处理器结构与应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社,2002.

[3] 陈长顺.嵌入式基础（第二版）[M].北京：北京航空出版社出版,2014.08.

[4] 罗辑,高家利.蓝牙技术的应用现状及发展趋势[J].四川兵工学报,2006,(03):23-24.

[5] 茹乐,杜兴民.Wi-Fi新技术研究与展望[J].电视技术,2006,(09):18-19.

[7] 王小强，欧阳骏，黄宁淋等.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社,2012.05.

[8] 彭洪柱.蜜蜂传递蜜源的信息是蜜蜂的―8‖字舞吗?[J]. 蜜蜂杂志,2012:32(8):12-12.

[9] 王一强,孙罡. UWB超宽带技术研究及应用[J].通信技术,2009,(03):33-35

[10] 田仲明.基于ZigBee的智能家居物联网系统设计[D].2014.04.

[11] 蒋挺，赵成林.紫蜂技术及其应用(IEEE802.15.4)[M].北京：北京邮电大学出版社, 2006.