基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計課程設(shè)計

吉林工程技術(shù)師范學(xué)院信息工程學(xué)院《物聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)計》課程設(shè)計報告題 目： 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計專 業(yè)： 電子信息工程 班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 時間： 2014/3/17—2014/3/28 TOC\o"1-5"\h\z第一章緒論 1\o"CurrentDocument"1智能家居的目的與意義 1\o"CurrentDocument"2智能家居的內(nèi)容 1\o"CurrentDocument"3智能家居的前景 1第二章智能家居的設(shè)計方案 2智能家居的設(shè)計思想 2\o"CurrentDocument"智能家居主要實現(xiàn)功能 5\o"CurrentDocument"3智能家居系統(tǒng)的工作過程 7第三章智能家居的實物仿真 111實物仿真編程 11\o"CurrentDocument"2 WIFI模塊調(diào)試 12\o"CurrentDocument"3仿真硬件設(shè)置 14\o"CurrentDocument"第四章課程設(shè)計總結(jié) 16參考資料： 17附錄I：智能家居實物仿真程序 18第一章緒論智能家居的目的與意義智能家居又稱智能住宅，英文名稱為“SmartHome"。是指利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目標是，將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術(shù)(HBS)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。要完整地理解智能家居，有必要先對幾個智能家居發(fā)展過程中有著重大影響的系統(tǒng)進行介紹。智能家居是一個以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時間內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標準協(xié)議，所以一般都是一個廠家單獨做系統(tǒng)研發(fā)方案的。其中較為有影響力的一次是2007年微軟推出的“未來之屋”，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于日常生活的一個樣板⑸。進人房屋時，安全系統(tǒng)會對來訪者的面部進行掃描，確認身份后自動打開房門?？蛷d冰箱上的液晶顯示器能列出保存的食物清單，廚房水槽能夠根據(jù)使用者的身高調(diào)節(jié)高度，而排風(fēng)機會根據(jù)油煙濃度自動開啟。此外，每個房間的墻壁顏色、裝修風(fēng)格和溫度，都可以根據(jù)家庭成員的喜好和情緒自動更換。這一概念的提出在推廣普及上還需加以時日，但是隨著技術(shù)的革新，我們這里將把能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控、智能照明、以及智能音響的智能家居。我們可以考慮將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能家居的設(shè)計中，使我們的家居環(huán)境更加智能化、人性化、高效化。智能家居的內(nèi)容近幾年金融危機之后的復(fù)蘇時期，物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風(fēng)行，受到各國政府的重視。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用，但關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義到現(xiàn)在還沒有一個統(tǒng)一的定義從字面上解釋，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。可以從兩方面去理解：其一，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。研究這項技術(shù)的重大意義在于這將使我們周圍的一切物體聯(lián)系到一起，社會變得更加智能，更加方便安全。智能家居的概念早在上世紀80年代初就已經(jīng)提出。以“住宅電子化”實現(xiàn)，到了80年代末，逐步提出了〃住宅智能化〃，也就是現(xiàn)在所說的智能家居的原型。智能家居是一個以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。它的研究與設(shè)計將優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目標是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術(shù)(HBS)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。智能家居的前景相比于國外，我國對智能家居系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚。從目前中國的國情來看，實用型與舒適型應(yīng)當(dāng)成為家庭住宅建設(shè)的主流，舒適型面向中等偏上收入者。但是住宅是一項使用壽命較長、一次投資較大的特殊商品，因此，建設(shè)時的標準必須具有一定的前瞻性。目前在我國，智能家居系統(tǒng)被定義為：利用軌（自動控制、計算機網(wǎng)絡(luò)、無線通信、IC卡）技術(shù)，通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、安全防護與物業(yè)管理、住宅智能化系統(tǒng)集成，提供高技術(shù)的智能化住宅小區(qū)的服務(wù)于管理為手段，以期實現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。目前智能家居系統(tǒng)一般要求有三大功能單元：第一，必須要有一個功能非常強大的智能家庭系統(tǒng)平臺；第二，必須要有一個完整的綜合性的家居布線系統(tǒng)；第三，必須要有家庭內(nèi)部進行控制的互聯(lián)網(wǎng)、連接外網(wǎng)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)和家庭內(nèi)部各種家電進行控制的家庭控制網(wǎng)絡(luò)這三種網(wǎng)絡(luò)支持的系統(tǒng)才能叫做真正的智能家居系統(tǒng)尤第二章智能家居的設(shè)計方案智能家居系統(tǒng)的設(shè)計思想我們應(yīng)用智能家居的基本目標是使我們的生活環(huán)境更加舒適、安全、方便和高效。因此智能家居系統(tǒng)的硬件和軟件都應(yīng)具有先進性，避免短期內(nèi)因技術(shù)陳舊造成整個系統(tǒng)性能不高和過早淘汰。與此同時，應(yīng)立足于用戶對整個系統(tǒng)的具體需求，具有實用性。不管是系統(tǒng)中的設(shè)備、軟件還是網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，都應(yīng)具有良好的開放性。網(wǎng)絡(luò)化的目的在于要實現(xiàn)設(shè)備資源和信息資源的共享，由于計算機網(wǎng)絡(luò)本身具有開放性，和共享性。因此我們應(yīng)設(shè)計提供標準接口。用戶可根據(jù)其需求，對系統(tǒng)進行更新和升級。這個系統(tǒng)采用GPRS技術(shù)和短消息的方式來實現(xiàn)無線傳輸短消息，并且控制器將把短消息分析翻譯成為可以識別的命令編碼。這樣可以通過手機操控的方式來實現(xiàn)家居監(jiān)控。用GPRS接入的好處是可以滿足部分Internet普及率不是很高的現(xiàn)狀，同時用手機對家庭進行監(jiān)控彌補了通常智能家居控制器的操作距離短、地域限制等問題。并且以短消息的方式對系統(tǒng)進行控制，提高了效率降低了成本，同時本系統(tǒng)可以擴展應(yīng)用于多種無人職守地區(qū)的監(jiān)控安防等場所，如圖2-1所示。家電控制模塊Zigbee模塊Zigbee家電控制模塊Zigbee模塊Zigbee模塊主控制模塊GPRS模塊圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖智能家居主要實現(xiàn)功能⑴防盜警報當(dāng)家庭遭到非法入侵的時候，例如玻璃被打破、門窗被撬等，相應(yīng)傳感器將檢測到情況，立刻通過室內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)，將采集到的信號發(fā)送到家庭控制器，再經(jīng)過家庭控制器處理，最后將警報信息通過GPRS模塊以短消息的方式發(fā)送到主人的手機上，從而實現(xiàn)了家庭的安防功能。⑵家電遠程控制當(dāng)我們需要遠程控制家用電器的開關(guān)時，只要用手機發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與家電相連接的單片機上，通過對單片機的控制實現(xiàn)了對家電的控制。(3)火災(zāi)監(jiān)控安裝在室內(nèi)的感溫探測器及感煙探測器將實時監(jiān)控各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)檢測到的火災(zāi)存在，將把采集到的信息通過無線ZigBee模塊發(fā)送到家庭控制器，家庭控制器通過GPRS模塊將信息以短消息的方式發(fā)送到主人的手機。智能家居系統(tǒng)工作過程智能家居的系統(tǒng)主要有GPRS模塊、基于單片機的主控制模塊、ZigBee無線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號采集發(fā)送模塊幾部分組成。其中，GPRS模塊的主要功能是接收用戶手機所發(fā)送的短消息，并將短消息解析成為一段可以識別的命令傳輸給主控制器。基于單片機的主控制器的作用是將接收到的命令做出響應(yīng)。ZigBee模塊是將主控制器所下達的命令通過無線的ZigBee網(wǎng)傳輸?shù)郊译姸恕鞲行盘柌杉l(fā)送模塊的作用是通過實時的監(jiān)控，不斷確認是否達到預(yù)訂的警報值，如果達到了預(yù)定值，就將警報信號發(fā)送給主控制器，主控制器通過分析判斷出該警報信號是從哪個家電終端發(fā)送的，在經(jīng)過GPRS模塊發(fā)送給用戶手機，從而實現(xiàn)了對家庭各個方面的防護。第三章智能家居的實物仿真實物仿真編程首先，用C語言編一段程序，讓他能夠控制單片機接口，使單片機上的小燈按控制進行亮和滅，打開keil軟件編程并運行如圖3-1所示編程界面:史Edit "。汝tQnbuq 蚓爪!也［nob 如舊t*?lpkUU@曰『■■!-'二'二品飛飛后:前I 三IM沸4f吠自國同固旬起產(chǎn)E3中國竺五重成后Q 7后雷「打改1Udefinnffmintwisiin?dintucn-ar 由「『ay口 mucti4ructi^r t事 ://K； M在量/M-M-K1t*+**M-W****it*M*-K*-*+**?****?*?1****+**?**■*■*/■delayilns4uiiiiru) /門口sj迄時ulnt工」；^N.H-K-K+--+N-N-H-H-K+-+--*M-N-H-K-K+-4-4-N-N-H-K-K+-4M-M-H-H-K-K+--+N-N-H-H-K+-/幼ornr日酒叱TKm版wTM1-?SFP；TLI=iHkFID；TB1-1：twi七匚hi(Arr叫darta[F]]『加晚】：pens-1￡要守HE|,乙|由口限3好工也文件IFi要守HE|,乙|由口限3好工也文件IFi■■:甲?Wile；E：MYLMr?KEID ? ? 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WIFI模塊的調(diào)試為了測試串口到WIFI網(wǎng)絡(luò)的通訊轉(zhuǎn)換，我們將模塊的串口與計算機連接，WIFI網(wǎng)絡(luò)也和計算機建立連接。由于需要同時具有WIFI和串口的特殊要求，采用臺式機加WIFI網(wǎng)卡的形式測試采用臺式機加WIFI網(wǎng)卡的形式測試3-3所示:圖3-3WIFI模塊連接示意圖當(dāng)連接完成后，進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，先在臺式機上插上USB網(wǎng)卡后，安裝驅(qū)動，注意只安裝驅(qū)動，搜索網(wǎng)絡(luò)，如圖3-4的HF-A22X_AP即是模塊的默認網(wǎng)絡(luò)名稱（ssid）。

圖3-4模塊的默認網(wǎng)絡(luò)名稱最后在進行收發(fā)測試，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置區(qū)選擇TCPclient模式，服務(wù)器IP地址輸入54,為此WIFI模塊默認的IP地址，服務(wù)器端口號8899,為此模塊默認監(jiān)聽的TCP端口號，點擊連接建立TCP連接如圖3-5所示進行設(shè)置。

.1nti鈾戮拮位巨▼flit?P1就▼立件的遑理如故牌不粵恒校過位啊而匕.串口激據(jù)第收攙Sf!可立件.V自動通行顯示r十，\責(zé)審:：示r昔與抿為工不臉形曲陣工」:1<.蝌!M口接收口 j￡.1nti鈾戮拮位巨▼flit?P1就▼立件的遑理如故牌不粵恒校過位啊而匕.串口激據(jù)第收攙Sf!可立件.V自動通行顯示r十，\責(zé)審:：示r昔與抿為工不臉形曲陣工」:1<.蝌!M口接收口 j￡位出機發(fā)送叵7注r后用支件敵箭堀r自的發(fā)送用施應(yīng)r發(fā)諾克目夠港空r撿十支迸集比是發(fā)語間除函―IB-文件恁Aifl除媯?cè)肼淠习冫恏碉3而http//w￥￥.Urir.5發(fā)國：口接收區(qū)出*廠接收轉(zhuǎn)問五件M自動集行星示r十六進卻：示「以序組殖顯示[3#IiJ￡造善品而掂送區(qū)理R發(fā)送引*[i?-品心亶件髭人.他.臉人按投D K位計融r啟用文件第據(jù)謁lr自動旋送阻燉r鬢醫(yī)嘉目動滑交r位十六進制發(fā)送r熟據(jù)曲胸友遙[AVSJl-ICP2JZ-T=Et中1」轉(zhuǎn)崗絡(luò)錮越助手幫助噂I圖3-5WIFI模塊的設(shè)置3.3仿真的硬件設(shè)置將把編好的程序安裝在手機上，待所有的軟件調(diào)試完畢之后，將所有實物進行連接。連接正確白牛如圖3-6進行連接。連接正確白牛如圖3-6所示:圖3-6所示連通的硬件連接通的硬件表現(xiàn)在，手機能夠自由控制任意一個小燈的亮滅，也就是說手機上的APP選中一個小燈點一下吸合，小燈的亮起來，反之，當(dāng)選中任意一個小燈選中斷開，小燈滅，也可以使四個燈同時都亮起來。如圖3-7所示手機的APP操作界面。圖3-7手機APP操作界面用手機APP控制小燈全部亮起來如圖3-8所示。圖3-8所示APP控制小燈全亮第四章課程設(shè)計的總結(jié)短短的幾天課設(shè)馬上快要結(jié)束了，但是通過課程設(shè)計，讓我明白了一個電子產(chǎn)品的產(chǎn)生是多么的復(fù)雜，與復(fù)雜的電路相比我更明白如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程.”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義.我今天認真