胡鹏基于无线传感器网络的多功能智能家居系统研究与设计

毕业设计学生姓名胡鹏学号171208010学院物理与电子电气工程学院专业电气工程及其自动化题目基于无线传感器网络的多功能智能家居系统研究与设计指导教师葛恒清副教授/硕士2016年5月淮阴师范学院毕业设计I摘要：随着现代科技技术的发展，智能化、信息化以及便捷化在人们生活中的要求日趋增高，智能家居为了满足人们的现代生活要求而兴起。本文一开始简述了智能家居的发展前景和研究意义，分析了智能家居的一些技术要求，并介绍了世界各国及国内智能家居产业发展现状。然后对几种近距离的无线通信技术进行对比，并论述了蓝牙通讯技术应用在智能家居上面的技术优势。接下来，对其硬件设计进行了具体的分析，将传感器和家居设备进行智能化结合。最后进行了系统测试，并对本设计的优点作出论述，对本设计的不足提出改善的方法。关键词：智能家居，无线通讯技术，蓝牙淮阴师范学院毕业设计IIAbstract:Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnology,intelligence,informationandfacilitationinpeople'slivesareinhigherdemands,inordertomeetpeople'srequirementsandtheriseofmodernlife,intelligenthomehassetup.Atthebeginningofthisarticle,itoutlinestheprospectsandsignificanceofthedevelopmentofsmarthome.Itanalysisessometechnicalrequirementsforhomeandpresentsthecurrentsituationaroundtheworldandthedevelopmentofdomesticsmarthomeindustry.Thenseveralshort-rangewirelesscommunicationstechnologyhasbeencomparedandtheadvantagesofBluetoothcommunicationtechnologyinsmarthomehasbeendiscussed.Next,thedesignofhardwarehasbeendetailanalysed,sensordevicesandintelligenthomehasbeencombined.Finally,testthesystemanddiscussestheadvantagesofthisdesignandbringupnewmethodsforthedisadvantages.Keywords:smarthome，wirelesscommunicationtechnology，bluetooth淮阴师范学院毕业设计3目录1绪论...........................................................31.1研究意义.....................................................31.2智能家居技术要求.............................................31.2.1传感器技术.................................................31.2.2信息处理技术...............................................41.3智能家居在国内外研究现状和国内发展...........................41.3.1国内外研究现状.............................................41.3.2国内发展...................................................51.4论文的主要工作...............................................52无线通讯技术概述...............................................62.1几种近距离的无线通信技术比较.................................62.2蓝牙技术特点.................................................82.3本章小结.....................................................93硬件设计.......................................................93.1多参数传感器节点设计方案.....................................93.2硬件设计....................................................103.2.1处理器芯片选型............................................103.2.2传感器芯片选型............................................123.2.3电源模块设计..............................................143.2.4显示模块电路..............................................153.3本章小结....................................................164软件设计......................................................165系统测试......................................................175.1系统测试方案................................................175.2传感器参数测试.............................................185.3外界设备测试................................................195.4蓝牙助手测试................................................195.5本章小结....................................................19结论..........................................................216.1本文总结....................................................216.2课题展望....................................................21参考文献.....................................................22淮阴师范学院毕业设计4致谢...........................................................23附录A（电路原理图）............................................24附录B（主要程序）..............................................24淮阴师范学院毕业设计31绪论1.1研究意义我国智能家居行业在还在刚刚兴起的阶段，但其发展前景非常广阔，将其真正意义上的实际应用和推广才是其发展的必然之路。智能家居行业具有十分广阔的发展前景，虽然我国智能家居行业处于刚刚发展的阶段，但如果将其真正意义上的推广和实际应用，智能家居行业必然走向其繁荣的发展之路。首先就是将改变我们现在的生活方式。智能家居产品在功能上已经非常丰富，可以只需要用电话或计算机就能操作家里的电设备，除此之外，还能操作家里各类活动，比如网络监控、安保、远程医疗和教育等，甚至于还有很多是我们现在想象不到的活动。也因为如此，使我们的工作方式发生了变化，越来越多的工作可以让我们在家里进行。这所有的改变都将因为智能家居，我们的生活质量也因此提高。另外，智能家居行业必定带动一大批行业发展，并且将开辟一个新兴的大市场。智能家具产业逐渐走向市场，走进寻常百姓家，其巨大的市场也易可知晓。这消费市场必然兴起一大批企业，必然使一大批企业得到更好的发展。随着我国的大中城市中有绝大部分的住宅都将要达到智能化水平，这本身就给智能家居产业带来巨大商机。1.2智能家居技术要求1.2.1传感器技术传感器技术是智能家居系统中的使用是最多且最为实用的技术之一，比如：对光线照明亮度信息采集使用光敏传感器、烟雾传感器可以对室内毒气浓度进行检测以及温湿度传感器能够对室内的温度和湿度进行监控等等；如图1-1所示。温湿度传感器烟雾传感器光敏传感器红外传感器主控芯片输入输出设备手机终端语音设备图1-1传感器技术淮阴师范学院毕业设计41.2.2信息处理技术为了真正体现“智能”这个原则，智能家居追求高度人性化，无论是改善生活行为、改变生活环境，其基本原则都是以人为本。因为人工智能有着同样的原则，所以其在智能家居系统中的应用前景也将非常广阔。其实信息处理就是将传感器所探测到的环境通过处理器进行处理，将外界环境变成数字信号，实现信息化。处理过程如图1-2所示。传感器手机显示器外界设备处理器图1-2信息处理过程图1.3智能家居在国内外研究现状和国内发展1.3.1国内外研究现状二十世纪八十年代，在美国建成了全球第一栋装有智能家居系统的建筑，一些经济发展比较好的国家和地区均提出关于智能家居的计划。智能家居系统在美、日、德、法、韩等国的普遍应用，同时也为全球其他国家在智能家居行业探究业务模型和拟定行业标准起到了极其重要的影响力。虽然从某种意义上来讲，当前智能家居产业仍然处于刚刚启动阶段。但自从1998年微软公司提出“维纳斯计划”，这个新兴产业一直在相关行业积极推动着发展。美国的智能家居行业以数字化改造为发展契机，发展非常好，但其是个追求享受和舒适的国家，追求豪华，故能源消耗大，这便不符合现阶段世界范围内所提倡的低碳、环保和开源节流的节能理念。日本的智能家居行业偏向于体现“智能”这个原则，以人为本，同时兼顾对于环境的保护以及智能家居在未来的发展，更多地使用新材料和新技术，来实现现代化的家居技术。智能家居的基本功能在德国表现得淋漓尽致，其行业更加偏爱对专项功能的研究，偏向于基本功能的实现。而韩国政府对智能家居产业的重视程度更高，其通过大力使用政策扶持，来加快其国内智能家居的发展，在韩国所有的新建项目里，八成以上都是使用智能家居系统，因此也产生了一些比较有名的智能家居企业。淮阴师范学院毕业设计5智能家居行业在我国虽然已经经历了十几年的发展，正在逐渐步入我们寻常百姓家，其但其依旧还在导入期与成长期的临界点。但由于智能家居市场正在逐渐落实和推广，广大消费者正将对智能家居作为家庭生活的一部分，使得国内智能家居市场潜力无限，其行业的前景必然一片光明。国内众多的企业也因此愈来愈重视对此产业消费市场，并对消费群体需求状态和企业发展现状做了深刻的探究，这些企业在智能家居行业上的投资也渐渐使得他们掌握了国内智能家居市场的先机，慢慢变成国内智能家居行业里的领先者。1.3.2国内发展（1）政府支持智能家居作为刚起步的行业，政府支持也必然成为其发展的主导因素。纵观全球智能家居行业发展比较好的国家，政府的相关政策都是其发展的必要条件。比