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上海电机学院物联网工程导论期末论文题目基于物联网技术实现的智能插座学院（系）电子信息专业物联网工程班级物联网1311学号131003320122姓名李明泉导师刘红完成日期：2015年6月18日1绪论1.1物联网的结构物联网的网络结构大体上可以分为3层，包括感知层、网络层、应用层3个组成部分。感知层，又叫传感层，可以当成是物联网的皮肤和五官，于采集信息和识别物体。主要由各种具备感知能力的设备组成，包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网络等。在这个层次主要是实现对物体的感知和识别。网络层是物联网的大脑神经中枢和信息处理中心。将从感知层获取的相关信息通过各种物联网网关、M2M终端设备，共享式网关等，交由相应的网络实现信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。应用层是物联网的综合业务处理系统，通过与行业专业技术的深度融合，并结合行业需求，实现行业的智能化过程，提供专业的系统应用服务和解决方案。1.2智能插座背景随着社会科技的不断进步，各式各样的电子产品已经慢慢融入到了我们的生活，这也就意味着我们需要更多的能源来维持我们的生活正常的进行，但是，这个社会是一个能源逐渐枯竭的社会，节约能源又成为了这个社会的主题。所以，为了解决这样一对矛盾，我们了解到，越来越多的产品有了待机功能，如电视机，电脑，冰箱，空调等家用电器。据调查，我国城市家庭的平均待机能耗，相当于每个家庭每天都在亮着一盏15瓦到30瓦的长明灯。据测算，家电待机能耗占到中国家庭电力消耗的10%以上。而正是由于这种长期的待机状态，使得插座的负荷也越来越大，带来了非常严重的安全隐患。除此之外，也使得电器的寿命大大缩短。智能家居从一个小插座开始插座是普通得不能再普通的产品，智能化则给其带来了无限可能，从单一的智能插座到智能插座和智能控制器的结合再到智能家居平台的扩展这个智能功能不断完善的过程实际上也是人们对智能家居产品需求不断增加的过程，而这一切，都是从一个小小的智能插座开始。所以这个的产品具有以下意义：1）节约能源；2）消除安全隐患；3）延长家用电器的使用寿命；4）使人们的生活更加方便，简单。1.3智能插座前景智能插座不仅应用在家居生活中。在信息化高度发展的今天，工业用电环境对于插座智能化提出更高要求。如IDC数据机房，机房设备的更新和投入已成为机房建设中的一个重头戏。要保障设备高效率的运转，智能化机柜插座(PDU)的选择决定了整个机房的配电智能水平。在无形的用电世界里，高科技产品的换代和研发，成为整个机房配电技术环境的有力保障日益精准的行业需求呼吁可以实现网络智能电源分配和远程的设备控制，从而彻底打破距离和地域限制，在世界任何地方通过局域网/广域网对机房电源进行智能管理。同时，监控PDU设备应可以获知机房供电系统的的变化时间和变化度，从而及时排除机房供电系统的异常状态。根据设备的耐受综合要求来设定电压/电流门限预警值，从而保障机房设备安全。举例来说，突破远程智能PDU除在各政府机关，银行、海关，煤矿，学校获得大量使用外，也在电信级巨型数据机房得到重点应用。而这些用户通常可以获得的利益是：1、通过局域网或者广域网用电设备进行开机、关机和重新启动等操作对设备取电的智能性，远程可控性达到更高要求。2、同时监视负载分路电流、总电流、总电能、零火电压、零地电压和温度等;对机房设备用电实现点到点的统计和用电环境监测。总电能的了解便于计费的需要。3、多层密码设置，对于设备失败和设备死机等问题，实现远程恢复，减少手动干预，减少现场人员维护的成本，提高故障恢复的效率。4、可实现定时关断每一位输出插孔单元的电源的动作，同时监视每个输出插孔的开关状态。我想，在不久的将来，物联网技术会遍布生活的方方面面，我们将离不开物联网的生活，智能插座也将带给人们跟多的作用。2插座实现2.1感知层射频插件工作原理：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。温度传感器的工作原理热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏/℃之间。环境插件可感知温度、湿度和光照三项参数。从外观上看，环境插件外壳有很多孔，可以让空气自由流通进入插件内部，通风设计有利于插件内部的温度传感器和湿度传感器更准确探测到周围环境的温度和湿度情况；而光线亮度感应器则安装在插件的顶端位置上。电路板正面的温度传感器采用Dallas18B20芯片；背面是湿度传感器；位于两者之间的是光敏二极管，用于感应光线亮度。遥控插件内置有五个红外线发射管，三个排成扇形，两个垂直于电路板两面，可有效地增加红外线发射角度，让分布在各个方位的电器设备能更好接收到红外线编码指令；插件内部电路析上还有一个红外线接收器，对于App上没有内置红外编码的电器，通过接收器可学习这些电器的红外遥控编码。2.2网络层网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。网络层为了说明网络层的功能，如图4.1所示的交换网络拓扑结构，它是由若干个网络节点按照任意的拓扑结构相互连接而成的。网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。网络层从物理上来讲一般分布地域宽广，从逻辑上来讲功能复杂，因此是OSI模型中面向数据通信的下三层（也即通信子网）中最为复杂也最关键的一层。Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。每一个Z-Wave网络都拥有自己独立的网络地址，网络内每个节点的地址，由控制节点分配。每个网络最多容纳232个节点，包括控制节点在内。控制节点可以有多个，但只有一个主控制节点，即所有网络内节点的分配，都由主控制节点负责，其他控制节点只是转发主控制节点的命令。已入网的普通节点，所有控制节点都可以控制。超出通信距离的节点，可以通过控制器与受控节点之间的其他节点，以路由的方式完成控制。WiFi一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint简称，一般翻译为无线访问接入点”，或桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，无线保真更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。2.3应用层手机客户端功能展示环境插件和感应插件是人类触觉的眼神，在APP中可以看到环境数据：室内的温度、湿度和光线亮度。人体感应插件可以探测到屋里有没有人移动，如果把APP的感应推送打开，则有人移动的时候，手机就会收到推送，提醒查看家中状况。智能插座还具备计量的功能，可以统计接在智能插座上的电器的功耗并统计用电量，对于现在的手机一族，都是半夜睡前将手机充上，早晨再拔下来，这样的缺点是，手机电池充满后，如果使用不合格的充电器，电池可能一直在过冲，容易出意外，充电保护功能是在手机充满后，自动断电进行保护，从而杜绝资源浪费并且保证电池能够正常使用。家有鱼缸，需要定时的光照、循环、供氧及加热，有这样的定时功能，可能在需要的时候开启，外出的时候，家中的鱼儿也可以照料的很好。而对于大家畅想的那种，可以给空调和热水器通电加热的功能。插座芯片高通的AR9331芯片最早被TPLINK用来制造最普通的路由器。不过由于这个MIPS架构的单芯片方案有着价格低廉、功能够用、扩展性强、开源社区支持完善等特点，已经被越来越多的创业团队用来制造自己的智能硬件产品。与此类似的，还有MTK7620芯片。这个芯片除了被大量用来做智能路由外，也有不少团队将其用在了其它智能硬件产品上面。AR9331芯片，是第一代三合一超低功耗支持802.11n协议的单天线芯片组，CPU主频达400MHz以上，采用MIPS架构。在经过近3年的不断改进后，目前已经跻身为全球最稳定的无线芯片组行列，一方面是因为它的超低功耗，吻合当今的低碳环保理念；一方面它无可挑剔的稳定性，当前主流的移动WiFi终端（如手机/iPad等）均为单天线WiFi设备，选择与之对应的单天线WiFi芯片组设计路由器，更能发挥出速率匹配上的优势，既不浪费资源，又能充分发挥功效。3总结3.1物联网对信息化社会的影响物联网的推广与应用将对信息化社会各个方面产生极其深刻而重要影响。（一）极大地促进信息技术的创新与发展物联网技术几乎涉及到了信息技术的所有重要方面，将信息技术推进到一个更新更高的阶段。2008年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”上，专家们提出移动技术、物联网技术的发展带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。这意味着物联网技术的发展对于知识或技术创新具有划时代的意义和作用。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，1995年前后则发生了互联网革命，而2010年前后物联网无疑是新一轮变革的标志。每一次这样的技术变革都引起信息技术发展、信息及相关产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。EPOSS在《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网技术的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010～2015年实现物体与物体的互联，2015～2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。这就是说，物联网技术将促使信息技术向物物自动相联和自动交换信息的智能化方向发展。3.2个人心得体会物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。毫无疑问，如果物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向物联网”时代，但这个过程可能需要很长的时间。一些相关的技术和核心技术没有完全成熟，还在等待人们的开发。物联网是一个万亿