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基于lora的全屋智能控制系统设计

摘要：全屋智能系统的概念在很早额时候已经被提了出来，但是当初的发展水平较低所以全屋智能技术并没有得到很好的发展，近些年来，自动化技术得到了飞跃的发展。同样LORA技术的提出让无线全屋智能系统得到了实现的可能。

本次毕业设计我们阐述了LORA的一些优点，因为他的低功耗，广范围。我们将他利用在我们的全屋智能的网络组建上，我们通过LORA将传感器的信息传送给处理中心，设定警报值，来实现全屋只能系统的设计。同时我们还设立了和PC机的连接，让我们能够通过PC登陆账号对传感器的工作状况进行检测。

关键词：全屋智能：at89c51：sx1278

 

目录

第一章1.1课题的背景和研究意义 2

1.2全屋智能化在国内外的发展状况 3

1.2.1国外的发展状况 3

1.2.2国内全屋智能化发展状况 3

1.3 无线通讯技术 3

1.4 基于Lora的全屋智能家居系统的优点 4

第二章 Lora简介 5

2.1 Lora技术概述 5

2.2 LoRaWAN标准 5

2.3 LoRA终端设备的分类 5

2.4 LoRa的技术关键 6

2.4.1 LoRA终端节点的通信特点 6

2.4.2 LoRa通信协议的特性 7

第三章 全屋智能系统的总体设计 7

3.1 全屋智能系统结构 8

3.2全屋智能的网络的拓扑选择 8

3.3 全屋智能网络中各个节点的作用 9

3.3.1终端节点 9

3.3.2协调器节点 10

第四章 全屋智能系统的硬件设计 11

4.1 主控芯片选型 11

4.2 LoRa终端节点的硬件设计 12

4.2.1 二氧化碳气体传感器 14

4.2.2 玻璃破坏传感器 15

4.2.3 光敏传感器 16

4.2.4 红外线传感器 16

4.3 控制报警模块电路设计 17

4.3.1报警器电路图 17

4.3.2 灯光控制电路 18

4.4 AT89c51和PC串口电路设计 19

4.5 电源电路 19

第五章 全屋智能系统的软件设计 20

5.1 LoRa终端节点的设计 20

5.2协调节点模块 21

5.3 控制中心模块 22

5.4 PC端系统软件设计 24

5.5应用通信协议设计 25

第六章 总结 26

 

第一章1.1课题的背景和研究意义

    随着科学技术的不断发展与进步及对人们对生活质量的要求不断提高，我们在选择和使用电器时，已从单一功能的家电转向为智能化的家居生活。信息技术和网络技术的不断飞跃，使家居电器的集中控制和远程控制技术已不再是幻想。通过信息技术和家居电器控制技术的结合，实现现代家庭生活的信息化和自动化，满足人们不断提升的生活需求，使人们能够充分的享受到智能化的家居生活。其实，全屋智能控制系统早在发达国家实现。比如美国、德国、新加坡、日本等经济发达的国家，全屋智能早被广泛应用于生活。早在1998年，新加坡就已经举办了一场“家居电器与电子消费品”国际性展览会，通过现场的模拟，介绍了全屋智能控制系统。这个系统的功能主要包括安防报警功能、视频对话功能、监控功能、家电智能控制功能等。利用全屋智能控制系统可以提供多种智能控制方案，使家中居住的人们更加享受家庭生活，且使他们处理家庭事务，更加快捷、更加方便。智能家居系统还能够提供舒适的健康环境，通过配置相应的传感器和新风系统可以高效的监视室内的温度、湿度和亮度，进而调节新风机和灯光系统的运行，从而提供更加舒适的生活空间。另外通过各种安防传感器，解决了人们不在家时屋子的安全问题，让人们能够更加的放心在外，生活，从而提高人们的生活质量。

    全屋智能控制系统是利用先进的计算机技术将和家居生活有关的各个子系统如：新风，安防，灯光控制等有机的结合在一起的系统，通过网络化综合智能控制和管理，实现全新家具生活体验。全屋智能控制的功能1：新风控制系统可以让我们不用开窗也能享受大自然的新鲜空气，有效的排除是能各种细菌，病毒，防尘，降低室内二氧化碳浓度。2：安防系统处于警戒状态时，全屋便被电子系统保卫起来，任何有企图的入侵都会触发报警系统，警报声随即响起，全家的灯光也可以同时闪烁。同时电话报警器也会实时运作，按事先设定的号码自动拨出电话给屋主及警察、保安机构报告有关情况。3：灯光控制系统可对灯光进行开关和调光控制，可指定任何一个位置的一盏或者多盏灯进行控制;并且可以根据不同的情景，做出对应的调整。可以让生活更加高效和方便。全屋智能控制系统为我们提供了安全，方便，舒适的居住方式。同样也加快了社会文明化的进程，为提高生活质量提供了条件。

1.2全屋智能化在国内外的发展状况

1.2.1国外的发展状况

1984年美国出现了世界上第一幢智能建筑，后来在其他的经济比较发达的国家也紧接着提出了全屋智能化的一系列的方案。智能家居最终目的是让住宅里的人们更舒适，更安全，更加方便。随着人类消费需求和住宅智能化的不断发展，今天的智能家居系统将拥有更加人性化的内容，系统配置也越来越复杂。智能家居包括防盗报警系统，灯光控制系统，新风系统等，越来越多的新的智能化的系统加入到了全屋智能系统中

其中在新加坡这个国家已经有近五万户家庭采用了全屋智能化的系统，三星也早在2003年在韩国推出了他的全无智能方案。

1.2.2国内全屋智能化发展状况

我国现在通过这些年的大力的推广，已经有越来越多的人知道和了解了全屋智能化的概念，也有越来越多的人开始住进全屋智能化的住宅楼中去了。同时现在的互联网网上也出现了很多提供了一些智能化的家居设备，例如小米，乐视等等。现在的国内全屋智能市场也是一片如火如荼的场景。

1.3 无线通讯技术

下面我们将介绍几种无线通讯技术

1.Zigbee技术

ZigBee是一种短距离而且功耗低的无线通信技术，它是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，他与蓝牙相类似是用于传感控制应用的一种新兴的短距离无线通信技术。2009年开始，随着全球只能电网的建设，ZigBee用新的ipv6的lowpan标准代替了原先的标准。

2.蓝牙技术

蓝牙是一种可以实现移动设备，固定设备之间进行短距离的数据交换的一种无线标准技术。他诞生于1994年，当初的蓝牙基数克服了数据同步的难题，从那时开始基本上所有的手机都配备了上蓝牙这项技术，而他的创始人正是大名鼎鼎的电信巨头爱立信。

他的传输速度也从当初的720kbps增长到了现在的3Mbps；传输的距离大概在10至100米之间。

3.红外线数据通信

    红外线通信技术是利用管线传输信息的，而且红外线是一种我们人眼很难看到的一种光线，所以说他的安全性和保密性非常的好，但也同样因为他是通过光线传播信息他只能进行点对点的直线传输。此外它的成本和和功耗都十分的低廉，且占用体积很小，所以我们能够在家里的遥控器手机这些设备上看见他的踪影，但也由于他的点对点，他只能做成一个很小的网络

4.lora技术

lora是lpwan通信技术中的一种，由美国semtech公司采用和推广的基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这种方案改变了从前传输距离和功耗不能得到平衡的方式，为用户提供了种简单的能够实现远距离，大系统容量，长电池寿命，进而扩展传感网络。目前lora在全球的主要免费运行频段包括915，433，868hz等。

1.4 基于Lora的全屋智能家居系统的优点

由于Zigbee技术在传输的过程中容易衰减，致使其传输的距离较短，在大型公寓楼里就会略显不便，本文通过使用lora通信技术进行全屋智能化的设计，解决了智能化安防，新风，灯光控制方面的问题，让楼宇中居住的人们生活上更加的便捷。同时由于它是通过无线射频模块来传递信息的，这样大大减少了布线的需求，这样的建造更加节约成本并且美观度上也大大增加了。