基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)報(bào)告基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)方案摘 要】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，智能家居作為其重要應(yīng)用部分成為新興研究領(lǐng)域。 本文提出了一種智能家居實(shí)訓(xùn)方案，采用CC2530芯片、無線通信技術(shù)及傳感器組建ZigBee家庭內(nèi)部局試實(shí)訓(xùn)平臺對燈光控制功能， 實(shí)驗(yàn)表明有進(jìn)一步研究智能家居實(shí)訓(xùn)平臺的價(jià)值。ZHU Kai JIANG Wei LIU TongEngineering China University of Mining & Technology，Beijing100083，China)Abstract】With the rapid development of the inte

2、rnetof things，the smart home has become the emerging research field whichplays an important role in the internet of thins.Smart home practice training scheme is put forward. Interiorhome network is formed by CC2530，wireless communicationtechnology and sensor，including three layers. Exterior network

3、isconnected to the internet. The lamp control test is performed by LEDand the result confirmed that the smart home practice training schemehas an important value for該方案域網(wǎng)，外部接入因特網(wǎng)。覆蓋物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)。使用LED燈成功測關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；ZigBee；CC2530Smart HomePractice TrainingBased onInternet of ThingsSchool of MechanicalEle

4、ctronic& Informationfurther study.CC25300引言 隨著社會的發(fā)展，人們對家庭生活、學(xué)習(xí)、娛樂提出了更高的品質(zhì)要求。例如，親人對獨(dú)生子女的看護(hù)，主人對家用電器進(jìn)行實(shí) 時(shí)遠(yuǎn)程控制，在主人進(jìn)門之前，室內(nèi)已經(jīng)具有宜人溫度。在主人啟 動(dòng)汽車之前， 車內(nèi)有合適溫度， 有按照主人出行計(jì)劃設(shè)計(jì)好的行車 路線。這些需求是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最貼近民生的智能家居方面。高校已陸續(xù)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)， 要把學(xué)生培養(yǎng)成適應(yīng)社會需求的人才需要學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)。 智能家居實(shí)訓(xùn)平臺是物聯(lián)網(wǎng)典 型開放型應(yīng)用環(huán)境之一， 學(xué)生可在此平臺上實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)的理解，亦可借助此平臺進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用

5、。計(jì)算機(jī)技術(shù)等將傳感器采集到的環(huán)境與設(shè)備信息接入互聯(lián)網(wǎng)。借助此平臺可以搭建標(biāo)準(zhǔn)的智能家居系統(tǒng)， 亦可借助平臺開放的接 口實(shí)現(xiàn)控制程序的編寫。 系統(tǒng)終端由上位機(jī)Web界面顯示各種設(shè)備的信息讀取與控制，終端界面包括信息存儲、查詢、增刪，信息手Key words】Internet of things；Smart home；ZigBee；智能家居系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量小，在紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi等無線通信技術(shù)中，ZigBee技術(shù)以其有低功耗、低成本、低延時(shí)等優(yōu)勢而成為智能家居系統(tǒng)選用的主要組網(wǎng)技術(shù)。1系統(tǒng)組成原理系統(tǒng)采用開放的無線傳感平臺， 集合無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、學(xué)生機(jī)查看等模塊。開發(fā)平臺為基于

6、Goldfish內(nèi)核的Android，主要 有上位機(jī)的軟件開發(fā)、 手機(jī)端的軟件開發(fā)， 其次還有傳感器節(jié)點(diǎn)的 程序開發(fā)。提供觸摸式應(yīng)用，覆蓋物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層 三層結(jié)構(gòu)。環(huán)境感知設(shè)備包括Wi-Fi攝像頭、DS18B20溫度傳感器、濕度傳感器及光敏傳感器等， 控制對象包括51英寸等離子電視機(jī)、 空調(diào)、窗簾及燈光等。 （如下圖所示）燈光控制包括控制電燈的開 關(guān)、明暗度，多種燈光情景控制模式：如全開全關(guān)模式、家庭影院 模式、會客模式、聚餐模式、夜間模式、起早模式。電視機(jī)、空調(diào) 不僅要控制開關(guān)，還要控制音量。窗簾只控制開關(guān)?？刂品绞接新?lián)動(dòng)控制和定時(shí)控制兩種，控制途徑有觸摸屏、網(wǎng)頁、遙控器等。攝

7、像頭由云臺控制：內(nèi)置RS485控制，水平360度，垂直180度；網(wǎng)絡(luò)接口：RJ-45，10/100Mb自適以太網(wǎng)接口；無線：G;支持IP地址：靜態(tài)IP地址、動(dòng)態(tài)IP地址、PPPOE撥號，支持P2P技術(shù)。（如下圖1）2網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 智能家居可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)家用電器間及室內(nèi)物體間信息交互，據(jù)量小，數(shù)據(jù)傳輸距離多數(shù)在20m以內(nèi)，終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限。據(jù)此器與PC機(jī)之間通過RS-232串口連接。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建完成后處于等待終端節(jié)點(diǎn)請求加入狀態(tài)。 終端節(jié)點(diǎn)上電后， 首 先進(jìn)行初始化，通過原語機(jī)制，依次由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和 成網(wǎng)絡(luò)尋找， 最后由網(wǎng)絡(luò)層向應(yīng)用層反饋組網(wǎng)結(jié)果。 網(wǎng)絡(luò)通信采用Wi-Fi，可選用Z

8、igBee網(wǎng)絡(luò)中星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于Z-Stack協(xié)議棧。協(xié)調(diào)MAC層完固定幀格式實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)幀定義設(shè)備類型、設(shè)備屬性、設(shè)備 驗(yàn)類型等信息。網(wǎng)絡(luò)可分為連接家用電器的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部因特 網(wǎng)。實(shí)際操作中用LED燈代替照明燈，由上位機(jī)依據(jù)幀格式向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令， 結(jié)果表明協(xié)調(diào)器可以依據(jù)指令在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成燈的 亮滅。由此推測，系統(tǒng)可以完成對其他家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，溫濕 度等的控制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。3主要實(shí)驗(yàn) 智能家居實(shí)訓(xùn)平臺綜合多種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，使學(xué)生在了解、熟悉、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，能夠運(yùn)用幾種技術(shù)做出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。智能家燈實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)、A/D實(shí)驗(yàn)、 度傳感器實(shí)驗(yàn)、光電傳感器實(shí)驗(yàn)、壓力傳感器

9、實(shí)驗(yàn)、簡單無線收發(fā) 實(shí)驗(yàn)、廣播通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack點(diǎn)對點(diǎn)通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack星狀網(wǎng) 通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack樹狀網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)、紅外傳感器實(shí)驗(yàn)、繼電器控制實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、窗簾遠(yuǎn)程控制實(shí)空調(diào)遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)。4結(jié)束語本文以CC2530芯片等為硬件基礎(chǔ)，ZigBee為無線通信技術(shù)，完成的主要實(shí)驗(yàn)， 對實(shí)訓(xùn)平臺進(jìn)行簡單測試。 智能家居是物聯(lián)網(wǎng)ID、校居實(shí)訓(xùn)平臺可以完成的實(shí)驗(yàn)主要有：建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境IAR、LED跑馬驗(yàn)、燈光遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、電視遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、 攝像頭遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、覆蓋物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)了智能家居實(shí)訓(xùn)方案，列舉方案中可個(gè)重要應(yīng)用，前景廣闊。目前，物聯(lián)網(wǎng)僅為高端別

10、墅和私人豪宅擁 有，普通百姓仍沒有條件享受， 這是智能家居推廣過程中亟待解決 的問題之一?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)方案摘 要】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，智能家居作為其重要應(yīng)用部分成為新興研究領(lǐng)域。 本文提出了一種智能家居實(shí)訓(xùn)方案， 該方案采用CC2530芯片、無線通信技術(shù)及傳感器組建ZigBee家庭內(nèi)部局試實(shí)訓(xùn)平臺對燈光控制功能， 實(shí)驗(yàn)表明有進(jìn)一步研究智能家居實(shí)訓(xùn)平臺的價(jià)值。ZHU Kai JIANG Wei LIU TongEngineering China University of Mining & Technology，Beijing100083，China)Abstract】Wit

11、h the rapid development of the internetof things，the smart home has become the emerging research field whichplays an important role in the internet of thins.Smart home practice training scheme is put forward. Interiorhome network is formed by CC2530，wireless communicationtechnology and sensor，includ

12、ing three layers. Exterior域網(wǎng)，外部接入因特網(wǎng)。覆蓋物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)。使用LED燈成功測關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；ZigBee；CC2530Smart HomePractice TrainingBased onInternet of ThingsSchool of MechanicalElectronic& Informationnetwork is connected to the internet. The lamp control test is performedby LED and the result confirmed that the smart

13、 home practice trainingscheme has an important value forfurther study.CC25300引言 隨著社會的發(fā)展，人們對家庭生活、學(xué)習(xí)、娛樂提出了更高的品質(zhì)要求。例如，親人對獨(dú)生子女的看護(hù)，主人對家用電器進(jìn)行實(shí) 時(shí)遠(yuǎn)程控制，在主人進(jìn)門之前，室內(nèi)已經(jīng)具有宜人溫度。在主人啟 動(dòng)汽車之前， 車內(nèi)有合適溫度， 有按照主人出行計(jì)劃設(shè)計(jì)好的行車 路線。這些需求是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最貼近民生的智能家居方面。高校已陸續(xù)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)， 要把學(xué)生培養(yǎng)成適應(yīng)社會需求的人才需要學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)。 智能家居實(shí)訓(xùn)平臺是物聯(lián)網(wǎng)典 型開放型應(yīng)用環(huán)境之一， 學(xué)生可

14、在此平臺上實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)的理解，亦可借助此平臺進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。等無線通信技術(shù)中，ZigBee技術(shù)以其有低功耗、低成本、低延時(shí) 等優(yōu)勢而成為智能家居系統(tǒng)選用的主要組網(wǎng)技術(shù)。1系統(tǒng)組成原理 系統(tǒng)采用開放的無線傳感平臺， 集合無線通信技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等將傳感器采集到的環(huán)境與設(shè)備信息接入互聯(lián)網(wǎng)。Key words】Internet of things；Smart home；ZigBee；智能家居系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量小，在紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi學(xué)生借助此平臺可以搭建標(biāo)準(zhǔn)的智能家居系統(tǒng)， 亦可借助平臺開放的接 口實(shí)現(xiàn)控制程序的編寫。 系統(tǒng)終端由上位機(jī)Web界面顯示各種設(shè)備的信息讀取與控制

15、，終端界面包括信息存儲、查詢、增刪，信息手機(jī)查看等模塊。開發(fā)平臺為基于Goldfish內(nèi)核的Android，主要程序開發(fā)。提供觸摸式應(yīng)用，覆蓋物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層 三層結(jié)構(gòu)。環(huán)境感知設(shè)備包括Wi-Fi攝像頭、DS18B20溫度傳感器、濕度傳感器及光敏傳感器等， 控制對象包括51英寸等離子電視機(jī)、 空調(diào)、窗簾及燈光等。 （如下圖所示）燈光控制包括控制電燈的開 關(guān)、明暗度，多種燈光情景控制模式：如全開全關(guān)模式、家庭影院 模式、會客模式、聚餐模式、夜間模式、起早模式。電視機(jī)、空調(diào) 不僅要控制開關(guān)，還要控制音量。窗簾只控制開關(guān)。控制方式有聯(lián)動(dòng)控制和定時(shí)控制兩種，控制途徑有觸摸屏、網(wǎng)頁、遙控器等

16、。攝像頭由云臺控制：內(nèi)置RS485控制，水平360度，垂直180度；網(wǎng)絡(luò)接口：RJ-45，10/100Mb自適以太網(wǎng)接口；無線:G;支持IP地址：靜態(tài)IP地址、動(dòng)態(tài)IP地址、PPPOE撥號，支持P2P技術(shù)。（如下圖1）2網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 智能家居可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)家用電器間及室內(nèi)物體間信息交互，據(jù)量小，數(shù)據(jù)傳輸距離多數(shù)在20m以內(nèi)，終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限。據(jù)此可選用ZigBee網(wǎng)絡(luò)中星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于Z-Stack協(xié)議棧。協(xié)調(diào)器與PC機(jī)之間通過RS-232串口連接。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)有上位機(jī)的軟件開發(fā)、 手機(jī)端的軟件開發(fā)，其次還有傳感器節(jié)點(diǎn)的Wi-Fi，先進(jìn)行初始化，通過原語機(jī)制，依次由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和 成

17、網(wǎng)絡(luò)尋找， 最后由網(wǎng)絡(luò)層向應(yīng)用層反饋組網(wǎng)結(jié)果。 網(wǎng)絡(luò)通信采用 固定幀格式實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)幀定義設(shè)備類型、設(shè)備屬性、設(shè)備 驗(yàn)類型等信息。網(wǎng)絡(luò)可分為連接家用電器的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部因特 網(wǎng)。實(shí)際操作中用LED燈代替照明燈，由上位機(jī)依據(jù)幀格式向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令， 結(jié)果表明協(xié)調(diào)器可以依據(jù)指令在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成燈的 亮滅。由此推測，系統(tǒng)可以完成對其他家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，溫濕 度等的控制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。3主要實(shí)驗(yàn) 智能家居實(shí)訓(xùn)平臺綜合多種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，使學(xué)生在了解、熟悉、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，能夠運(yùn)用幾種技術(shù)做出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。智能家燈實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)、A/D實(shí)驗(yàn)、 度傳感器實(shí)驗(yàn)、光電傳感器實(shí)驗(yàn)、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)、簡單無線收發(fā) 實(shí)驗(yàn)、廣播通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack點(diǎn)對點(diǎn)通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack星狀網(wǎng) 通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack樹狀網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)、紅外傳感器實(shí)驗(yàn)、繼電器控制實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、窗簾遠(yuǎn)程控制實(shí)