物聯(lián)網畢業(yè)論文

1、 畢 業(yè) 設 計題目 智能wifi在智能家居的應用 姓 名 學 號 系（院） 班 級 指導教師_職 稱 年 月 日淄博職業(yè)學院畢業(yè)設計摘 要智能wifi目前應用于各行各業(yè)，方便、快捷的智能wifi在企業(yè)和家庭中已經入住。本文的主要工作集中在：1. Wifi技術在智能家居中的運用。2. 基于安卓系統(tǒng)手機wifi的家用智能遙控器開發(fā) 3. 智能電網中的wifi無線智能家庭系統(tǒng)。本文就是基于智能wifi，分析智能wifi分別在商用領域和家用領域的應用。第1章介紹了什么是智能wifi和智能wifi的特點。第2章介紹智能wifi的工作方式和它的優(yōu)勢。第3章介紹以家庭網關為核心的家庭網絡結構和wifi技術

2、在家庭無線網絡中的實現。第4章介紹基于安卓系統(tǒng)手機wifi的家用智能遙控器開發(fā)。第5章主要介紹智能電網中的WiFi無線智能家庭系統(tǒng)。第6章設計心得總結了開發(fā)過程中的經驗與不足之處，在以后的應用過程中不斷提高和完善。關鍵詞：智能插座，智能電網，智能家居,智能遙控器目 錄第1章 緒論11.1 什么是智能wifi11.2 智能wifi和普通wifi的區(qū)別1第2章 智能wifi在智能家居中的應用22.1 wifi技術22.2 WiFi的工作方式及其優(yōu)勢22.2.1 WiFi的工作方式22.2.2 wifi的優(yōu)勢3第3章 家庭無線網絡中的WiFi的實現43.1 以家庭網關為核心的家庭網絡結構43.2 W

3、iFi技術在家庭無線網絡中的實現4第4章 基于安卓系統(tǒng)手機wifi的家用智能遙控器開發(fā)74.1 意義74.2 系統(tǒng)的結構74.2.1 家用智能遙控器客戶端的構成74.2.2 wifi轉紅外模塊84.3 實驗測試9第5章 智能電網中的WiFi無線智能家庭系統(tǒng)115.1 系統(tǒng)構成與概述115.2 家電控制125.3 智能安防與三表集抄125.4 家庭智能終端125.5 結論13第6章 設計心得14致謝15參考文獻16第1章 緒論1.1 什么是智能wifi1、WiFi行為管理寬帶控制-自由操控上網用戶帶寬和時長上網行為控制-小包優(yōu)先策略2、WiFi認證老顧客自動登錄-避免繁瑣的輸入密碼自定義面認證登

4、錄3 、WiFi營銷自動品牌展示，個性化廣告可直達用戶眼前智能客戶管理，自動采集和分析顧客信息100%精準廣告投放1.2 智能wifi和普通wifi的區(qū)別顧客在等待、休息的間隙，經常會需要刷微博、用微信、看新聞，也會用手機查一下附近美食、娛樂等，如果有Wi-Fi，客戶會覺得非常方便。但真正令客戶滿意的無線(WiFi)服務，絕不僅僅是對無線(WiFi)信號的簡單覆蓋， 還涉及“統(tǒng)一服務、無線信號、上網速度、無縫連接、差異化體驗、網上門戶”等多個方面的綜合服務。移動互聯(lián)網的到來更是需要各個行業(yè)的WiFi服務進一步升級，在潮流品牌、優(yōu)質貨品和貼心服務之外通過手機終端牢牢鎖定客戶。智能wifi,最終目

5、的是給商家做一個自己的營銷平臺，用戶在使用商家的免費WiFi上網的同時，商家也能和用戶發(fā)生強關聯(lián)。而這種關聯(lián)具體表現在：用戶進入商家WiFi覆蓋區(qū)后，加入WiFi會自動彈出商家頁面，輸入手機號后獲得驗證碼，確定登陸后再次轉向到商家的制定網頁。除了手機號，還會提供QQ號、微博、微信等驗證方式。最終的結果就是商家和用戶可以實現雙贏。商家可以在后臺管理有哪些用戶接入其WiFi了，同時可以指定用戶接入過程中是彈出某個網頁，或是轉向到某個應用，這就是所謂的精準營銷。而用戶所獲得的是更方便地使用公共WiFi，而不用再口頭詢問店員密碼。0第2章 智能wifi在智能家居中的應用2.1 wifi技術WiFi(

6、Wireless Fidelity，無線保真技術)即IEEE802.11協(xié)議，是無線局域網(WLAN)技術IEEE 802.11系列標準（IEEE 802.11系列標準主要包括IEEE 802.11a/b/g 3種）的商用名稱。也是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。它是由一個名為“無線以太網相容聯(lián)盟”(Wireless EthernetCompatibility Alliance,WECA)的組織所發(fā)布的業(yè)界術語，中文譯為“無線相容認證”。 目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。它是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百英尺范

7、圍內支持互聯(lián)網接入的無線電信號。隨著技術的發(fā)展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等標準的出現，現在IEEE 802.11 這個標準已被統(tǒng)稱作Wi-Fi。從應用層面來說，要使用Wi-Fi,用戶首先要有Wi-Fi 兼容的用戶端裝置。Wi-Fi可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體的互聯(lián)網技術。它為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網訪問。同時，它也是在家里、辦公室或在旅途中上網的快速、便捷的途徑。能夠訪問Wi-Fi 網絡的地方被稱為熱點。Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度最高達54Mbps(802.11N工作在2.4Ghz或者5.0Ghz,最高速度60

8、0Mbps)。另外還有兩種802.11空間的協(xié)議，包括(a)和(b)。它們也是公開使用的，但802.11G/N在世界上最為常用。2.2 WiFi的工作方式及其優(yōu)勢2.2.1 WiFi的工作方式WiFi定義了兩種類型的設備。一種是無線站。通常通過一臺PC機加上一塊無線網卡構成。另一種稱為無線接入點(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供無線和有線網絡之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網絡接口（802.3接口）構成，橋接軟件符合802.ld橋接協(xié)議。接入點就像是無線網絡的一個無線基站，將多個無線的接入站聚合到有線的網絡上。WiFi定義了兩種模式：infrastr

9、ucture模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即無線網絡至少有一個和有線網絡連接的無線接入點，還包括一系列無線的終端站。由于很多用戶需要訪問有線網絡上的設備或服務，所以基本上都會采用這種模式。ad hoc模式，也稱為點對點模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).2.2.2 wifi的優(yōu)勢1)無線電波的覆蓋范圍廣。藍牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15米左右，而WiFi的半徑可達100米。甚至可以覆蓋整棟大樓。2) WiFi的傳輸速度很快，最高可達54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。在網絡覆蓋

10、范圍內，允許用戶在任何時間、任何地點訪問網絡，隨時隨地享受諸如網上證券、視頻點播(VOD)、遠程教育、遠程醫(yī)療、視頻會議、網絡游戲等一系列寬帶信息增值服務，并實現移動辦公。3)無須布線，可以不受現實地理條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要。只要在需要的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網接入。這樣，在“熱點”所發(fā)射出的電波的覆蓋范圍內，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內，即可高速接入因特網。 4)健康安全。IEEE802. 11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100毫瓦，實際發(fā)射功率約60毫瓦-70毫瓦，而手機的發(fā)射功率約200毫瓦-l瓦間，手持式對講機高達5瓦。與后者相

11、比，WiFi產品的輻射更小。5)WiFi應用現在已經非常普遍。支持WiFi的電子產品越來越多，像手機、MP4、電腦等，基本上已經成為了主流標準配置。而且由于WiFi網絡能夠很好地實現家庭范圍內的網絡覆蓋，適合充當家庭中的主導網絡，家里的其他具備WiFi功能的設備，如電視機、影碟機、數字音響、數碼相框、照相機等，都可以通過WiFi建立通信連接，實現整個家庭的數字化與無線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。隨著計算機網絡技術的發(fā)展，網絡已經慢慢融入到人們生活的方方面面，無論是在學校、公司還是家中，我們可以通過各種網絡終端隨時隨地的接入互聯(lián)網，進行信息的查閱、傳輸及下載。在生活中，我們已經養(yǎng)成了上網

12、查詢資料、購物消費、娛樂聊天的習慣，現在人們的日常生活已經越來越離不開網絡。為了滿足人們隨時隨地的上網的需求，無線上網技術應運而生。其中WiFi技術尤其令人關注。與此同時電子技術不斷發(fā)展，越來越多的電子產品如手機、筆記本電腦等都開始支持WiFi，并受到廣大消費者的歡迎，采用WiFi技術在電子產品行業(yè)已經成為一種趨勢。而以WiFi作為標準的無線組網形式也已經開始普及。另外，人們現在已經開始將WiFi技術應用到家庭生活當中。運用WiFi技術將家中的各種家用電器以及電子產品還有就是各種手持終端連接成一個無線網絡，用戶可以通過無線網絡對各設備進行統(tǒng)一的管理與控制。當然，通過將家庭無線網絡與互聯(lián)網進行連

13、接，人們還可以在家居以外的地方對家中各種設備進行遠程控制與管理，使家居生活實現智能化，從而使人們的日常生活更加方便，舒適。第3章 家庭無線網絡中的WiFi的實現3.1 以家庭網關為核心的家庭網絡結構為了實現家庭內部網絡與外部Intemet相連互通，在家庭內網和外部Internet之間需要一個家庭網關。該網關是整個家庭無線網絡系統(tǒng)的核心部分，它一方面完成家庭無線網絡中各種不同通信協(xié)議之間的轉換和信息共享，并且同外部網絡進行數據交換，另一方面還負責對家庭中網絡終端進行管理和控制。家庭中的網絡終端也通過這個網關與外部網絡連通。實現交互和信息共享。同時，該網關還應有防火墻能力，能夠避免外界網絡對家庭內

14、部網絡終端設備的非法訪問與攻擊，其結構如圖3-1所示。圖3-1 家庭網絡總體結構圖3.2 WiFi技術在家庭無線網絡中的實現在家庭網絡中，WiFi主要應用在各種信息家電和家庭網關上。我們可以使用個人電腦、手持網絡終端或者遙控器與家庭網關進行連接，并通過家庭網關對各種信息家電實施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶一服務器體系結構。網關充當服務器的角色，控制設備對各種信息家電的控制也通過網關完成。這樣有利于實現胖服務器瘦客戶端的結構。（1） 家庭網關模塊家庭網關是我們整個網絡的核心部件。所有的信息家電以及控制設備都要連接到這個網關上。同時，網關還要與外部Intemet互連。那么網關需要實現WiF

15、i，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應用和圖形用戶界面。完成此功能的協(xié)議結構如圖3-2所示。其應用層采用統(tǒng)一設備管理協(xié)議( UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用來進行整個網絡中設備的添加、刪除、狀態(tài)查詢、參數配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務器結構，服務器端位各信息家電和控制設備，客戶為家庭網關。圖3-2 利用家庭網關控制家電協(xié)議結構家庭網關基于嵌入式Linux進行架構。由嵌入式Linux系統(tǒng)實現WiFi功能，并提供圖形用戶界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應用。用戶可以通過身份鑒別后登錄家庭網關，并

16、使用系統(tǒng)提供的圖形控制界面對信息家電進行控制和管理。家庭網關同時支持嵌入式Web服務器。當我們合法登錄后，就可以使用該服務器提供的Web頁面對網絡中的各種信息家電進行管理和控制。嵌入式的Web服務器可選用boa，它是嵌入式Linux下應用最為廣泛的HTTP服務器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術進行服務器端的擴展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語言來實現CCI程序。家庭網關啟動后，完成系統(tǒng)的初始化，并加載相關的服務。將接收到的用戶的控制或查詢命令進行處理，CCI程序將命令轉換成為UDCP報文，通過WiFi模塊發(fā)送給網絡中的信息家電或控制設備。同時，家庭網關還通過WiFi來接收信息家電

17、的當前狀態(tài)信息，通過處理后將其反饋給控制設備，以便用戶使用。（2） 信息家電模塊信息家電上的WiFi功能有兩種實現模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態(tài)?，F在已經有很多家用電器比如電視機、DVD等都已經具備了此功能。第二種是對原本不帶WiFi功能的家用電器進行WiFi擴展。可選用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應的開發(fā)包進行相關擴展。由于信息家電的高端功能都由家庭網關來完成，所以可以不用實現WiFi的上層協(xié)議，只實現對其的控制。信息家電將自身采集到的各種狀態(tài)信息傳遞給其自身的或者是擴展的微控制器，微控制器接收到這些數據后將其轉換成UDCP報文，并通過WiFi模塊將其發(fā)

18、送給家庭網關。同時，信息家電還通過WiFi模塊接受來自家庭網關的信息，處理后轉換成對家電的控制或查詢，并將其隨后的狀態(tài)信息由WiFi模塊反饋給家庭網關。圖3-3結構圖第4章 基于安卓系統(tǒng)手機wifi的家用智能遙控器開發(fā)4.1 意義由于紅外遙控器價格低廉、技術成熟等優(yōu)點，許多智能家電設備仍普遍采用紅外遙控器進行控制，包括電視、空調、DVD機、電視機頂盒等。然而，隨著家庭中智能家電設備的增多，紅外遙控器的數量也在增加，一個家庭使用的紅外遙控器數量少則數個，多則十幾個，這會帶來三大問題：（1） 數量眾多的遙控器給使用者帶來使用和管理上的不便。（2） 紅外遙控器使用的一次性堿性電池，廢棄后給環(huán)境帶來極

19、大的危害。（3） 遙控器意外損壞后，很難找到匹配的遙控器?；诎沧渴謾Cwifi的家用智能遙控器，可以控制多個不同品牌不同型號的家用電器，取代傳統(tǒng)的實物遙控器，實現“一個家庭只需要一個遙控器即可控制所有紅外遙控的家電設備”的目標，極大減少遙控器數量和一次性電池的使用量，為人們創(chuàng)造便捷舒適、環(huán)保節(jié)能的居家環(huán)境。4.2 系統(tǒng)的結構整個系統(tǒng)主要包括客戶端軟件、WiFi轉紅外模塊，如圖4-1所示。客戶端軟件通過WiFi，將已編碼的數據通過WiFi傳送至WiFi轉紅外模塊，然后WiFi轉紅外模塊根據編碼規(guī)則，傳遞指令至內部紅外發(fā)射模塊，實現紅外數據的發(fā)送。圖4-1 系統(tǒng)框圖4.2.1 家用智能遙控器客戶端

20、的構成1.鍵碼數據包的采集與設計(1) 鍵碼數據包的采集紅外遙控器的編碼格式通常有NEC。NEC格式的特征：使用38kHz載波頻率，引導碼間隔是9ms+4.5ms，使用16位客戶代碼，使用8位數據代碼和8位取反的數據代碼。隨著家庭電器種類、型號的不斷增多，相對應的遙控器也隨之增加，為了便于管理、存取與更新家電遙控器的紅外代碼，需要為繁多冗雜的代碼建立一個數據包。(2)遙控器按鍵數據包的設計由于紅外協(xié)議各不相同，并且又相互不兼容，所以直接發(fā)送紅外數據會導致WiFI轉紅外模塊處理十分繁瑣。因此，收集多種紅外協(xié)議數據，按照自定義編碼規(guī)則，將多種協(xié)議編碼化，并保存于后臺數據庫。為了實現按鍵界面與遙控器

21、數據包的匹配，定義數據包格式如下：文件起始標志位4位。鍵碼屬性128位：設備的信息，訪問中文字庫編碼、ASCII碼。載波頻率4位：35-42kHz；分辨率0.5kHz，以適應不同載波的遙控器。鍵碼編碼：對遙控器界面軟件的所有按鍵進行編碼，鍵碼位數根據實際紅外協(xié)議確定。2.遙控器界面軟件的設計(1)數據庫設計安卓操作系統(tǒng)采用標準SQLite數據庫，提供管理數據庫相關的API。利用SQLiteOpen Helper類中的onCreate()Call Back方法以及onUpdate()Call Back方法創(chuàng)建與打開各種遙控器紅外代碼表Table，存進數據庫中，方便數據的及時更新。(2) 按鍵與數

22、據包匹配在手機界面中，每個按鍵都與其相對應的紅外代碼相匹配，即按鍵功能與數據庫中各種遙控器數據相連接。通過調用getReadable Database()方法當用戶按下按鍵時，軟件會查找數據包，將與該按鍵相連的數據包數據，即相對應的控制家電的紅外代碼以WiFi的形式發(fā)送至WiFi轉紅外模塊。4.2.2 wifi轉紅外模塊本模塊負責數據接收、紅外發(fā)射。包含WiFi數據接收與傳送、串口數據解析、紅外電平發(fā)射。采用WiFi芯片USR-WIFI232，提供WiFi信號及獲得客戶端所發(fā)送數據，再將數據通過串口傳送至中控CPU。本模塊內部采用單片機作為中控CPU，處理編碼化數據與紅外協(xié)議的轉化。由于單片機

23、價格低廉，資源足夠，功能滿足中控CPU的需求，因此，采用單片機作為中控CPU。在單片機程序中設置多個紅外協(xié)議入口點，當編碼化的數據傳送至單片機后，按照自定義的編碼規(guī)則，尋找對應的紅外協(xié)議入口，從而發(fā)射對應的紅外電平。中控CPU功能硬件電路由單片機最小系統(tǒng)及紅外發(fā)射電路成。在中控CPU程序中，包含定時器功能、串口數據讀取功能、紅外電平控制功能。中控CPU的程序流程圖如圖4-2。定時器功能主要是用于產生載波，并與紅外信號疊加，從而提高紅外信號在空氣中傳播的抗干擾能力。串口數據讀取，將WiFi芯片傳遞的數據加以分析，按照自定義的編碼規(guī)則，進入不同的紅外協(xié)議功能函數。紅外電平控制功能，實現具體的紅外協(xié)

24、議函數，通過串口讀取功能提供的數據，發(fā)射出匹配的紅外信號。圖4-2 中控CPU流程圖4.3 實驗測試本次試驗采用專用的紅外測試儀器，可以監(jiān)測到紅外信號并將其波形顯示出來。采用安裝客戶端的安卓手機及WiFi轉紅外模塊，對比于實物遙控器。將實物遙控器、WiFi轉紅外模塊都對準紅外測試儀器。按下實物遙控器的某個按鍵之后，觀察紅外測試儀器顯示的波形，如圖4-3所示；接著按下安卓手機上對應的遙控器按鍵后，觀察紅外測試儀器上的波形，如圖4-4所示。圖4-3 實物遙控器按鍵的紅外波形圖4-4 智能遙控器按鍵的紅外波形由圖4-3、圖4-4可以看得出，安裝客戶端的安卓手機及WiFi轉紅外模塊可以實現實物遙控器的

25、功能。第5章 智能電網中的WiFi無線智能家庭系統(tǒng)5.1 系統(tǒng)構成與概述智能家庭作為智能用電展示的一個基本單元，和電力用戶的關系最為密切，所以設計智能家庭系統(tǒng)要綜合考慮很多因素，包括節(jié)能用電，家庭安全，便利，舒適等，圖5-1所示為一個典型的智能家庭構成，其中各種家用電器通過智能化改造，加入WiFi無線通信功能，每個電器具有一個IP地址，這樣就可以通過無線網絡給電器發(fā)出控制指令，比如啟動空調，調節(jié)溫度等；同時也可以實時讀取電器的用電參數，如電壓，電流，頻率，功率，功率因數等，這樣家庭智能終端和移動終端就可以實時讀取各個電器的用電信息，并通過互聯(lián)網發(fā)送到電網企業(yè)，同時，可以從電網獲取實時的電價信息

26、，達到“避峰趨谷”的負荷調節(jié)。智能安防系統(tǒng)也通過網絡連接到家庭智能終端，可以實時獲取報警信息；三表集抄系統(tǒng)也通過無線方式連接到智能終端，給抄表提供了便利。這樣，用戶可以在家中實現對所有電器的無線控制，更聰明合理的使用電力，并可以據此制定自己的用電計劃。圖5-1智能家庭系統(tǒng)構成整個系統(tǒng)包括如下幾個主要部分:家庭智能終端、家電控制系統(tǒng)、智能安防、三表集抄、移動終端等。5.2 家電控制家電自動控制目前在國內面臨的問題是，大部分的家用電器沒有控制接口，不能連接網絡，少數具備網絡接口的電器也只能與同一品牌的部分電器實現互聯(lián)，并且通信接口是不開放的，只能選用同一個品牌廠商提供的控制終端，整個系統(tǒng)的功能是固

27、定的，無法定制化，另外，要實現智能化家庭，很難只選擇同一個廠家的家用電器，所以在系統(tǒng)中，我們選用市場上通用流行的各種普通家用電器，再加裝wiFi無線通信接口，實現了空調，熱水器，加濕器，洗衣機等電器的無線網絡控制，實現原理框圖如圖5-2所示，實踐下來完全可以通過WiFi無線網絡實現對電器的控制，具備功耗小，通信接口電路體積小，易于安裝，通信實時性好，無需布線等優(yōu)點，實現了可遠程控制家中電器等諸多便利功能，例如，在下班途中，通過手機或平板電腦等移動終端自動開啟家中的熱水器，電飯煲，設定好空調的溫度，既方便了生活，也節(jié)約了能源。圖5-2家用電器wifi無線通信接口5.3 智能安防與三表集抄智能安防

28、部分主要實現了紅外傳感器和視頻監(jiān)控，當“離家模式”安防功能開啟情況下，有人加入紅外感應區(qū)域，視頻監(jiān)控啟動拍攝，也可設定一直拍攝狀態(tài)，另外，通過互聯(lián)網，在辦公室可以訪問視頻監(jiān)控畫面，通過手機或平板電腦也可以隨時訪問視頻畫面，實現防盜和照顧家中老人等功能。三表集抄部分可以把家中電能表，水表，燃氣表的數據傳送到智能終端。其中智能電表通過RS一485方式與主機交互，無線遠傳水表和燃氣表通過無線方式發(fā)送數據到主機。5.4 家庭智能終端家庭智能終端是智能家庭的綜合控制中心，由一塊15”左右的觸摸屏構成，后端連接后臺服務器，通過家庭智能終端，可以控制智能安防，家電控制，三表集抄等所有分系統(tǒng)，并可以從后臺服務器獲取實時電價信息，并把家電的用電信息等通過網絡上傳到電網企業(yè)家庭智能終端上運行一套智能家庭軟件，實現自動控制，用電信息收集等功能。智能家庭軟件基于美國國家儀器公司(NI)圖形化編程軟件LabvIEw開發(fā)，借助LabVIEW豐富的圖形化界面設計，數據曲線顯示功能，廣泛的硬件連接功能快速開發(fā)了一套智能家庭軟件實現了家電控制，智能安防，三表集抄等諸多功能，同時，也實現了用電信息收集，可視化用電等功能，軟件主界面如圖5-3所示。圖5-3智能家庭軟件主界面5.5 結論結合諸多先進技術構建了一套完整的智能家庭系統(tǒng)，實現了對于普通家電的無線控制，用電信息采集，同時在家庭智能