基于物联网的智能家居演示系统

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2014年春季学期物联网综合应用实践课程设计题目：基于物联网的智能家居演示系统专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：目录摘要...........................................................................................................................................1前言...........................................................................................................................................2第一章物联网的背景及发展历程.......................................................................................31.1物联网介绍.................................................................................................................31.2物联网的发展历程.....................................................................................................3第二章基于物联网的智能家居系统关键技术...................................................................42.1物联网技术................................................................................................................42.2智能家居关键技术....................................................................................................92.3Zigbee技术...........................................................................................................13第三章智能家居系统方案设计.........................................................................................163.1系统的需求分析......................................................................................................163.2系统的硬件设计......................................................................................................173.3系统的软件设计......................................................................................................203.4系统的网络拓扑结构..............................................................................................21第四章远程控制客户端的设计与实现.............................................................................224.1客户端的功能与结构..............................................................................................224.2客户端网络通信的设计与实现..............................................................................224.3数据库的设计与实现..............................................................................................234.4各功能模块的设计与实现......................................................................................24总结.........................................................................................................................................26致谢.........................................................................................................................................27参考文献.................................................................................................................................281摘要近年来，物联网成为全球关注的热点领域，被认为是继互联网之后最重大的科技创新。物联网的发展为智能家居引入了新的概念和发展空间，而智能家居是物联网的一个重要的应用。本文将物联网的关键技术引入智能家居系统中，设计并实现一套完善、实用、可移植性好、方便易用、成本低廉的智能家居系统。本文在充分研究物联网的体系结构、关键技术及应用领域的基础之上，针对物联网的重要应用——智能家居，采用ZigBee无线传感器网络技术和计算机网络通信技术，提出了基于物联网的智能家居系统的总体功能结构和网络拓扑结构；依据家庭内部网络的功能需求，采用TI公司的CC2530设计并实现了协调器、路由器和终端节点的硬件部分；采用ZigBee2007协议栈设计并实现了家庭内部网络的组网程序；在充分研究和分析ZigBee路由算法的基础上，采用了ADOV路由算法设计并实现了路由程序；依据各个终端节点不同的控制方式和功能，设计并实现了终端节点的控制程序；对远程控制端的需求和功能进行了深入的分析，利用VC++6.0设计并实现了具有友好的人机交互界面、简单的操作方式和较强适应性的远程控制端。经过家庭内部网络的组网测试和系统整体测试，本次设计的家庭内部网络能进行正常的网络的组建和维护，路由选择功能正常，各个终端节点工作稳定，可以通过远程控制端对微波炉、电动窗帘、智能插座进行远程控制，能通过报警器节点和环境信息采集节点实时的采集家庭的报警信息和温湿度信息，通过不同的情节模式对家电及传感器进行及集中控制。总体而言，本系统基本满足了智能家居的功能需求，工作稳定可靠。关键词：物联网，智能家居，ZigBee，CC2530，远程控制端物联网综合应用课程设计2前言人类自身对日常生活舒适化和智能化需求永无止境地追求，一次次地推动着信息产业的发展和革新。物联网在智能家居领域的应用也正是伴随着新兴技术的不断涌现应运而生。物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次革命，是一种全新的计算模式的革命。如果说计算机、互联网停留在信息世界，那么物联网将实现信息世界与物理世界的融合。物联网将会带来巨大的产业发展机遇，引发信息技术的重大变革。基于物联网环境的智能家居系统是大量先进技术融合的结果，其目的是将具有无线通信能力，处理能力和感知能力的微型芯片嵌入到日常的生活用品中去，从而建立一个对用户透明的普适计算环境。通过感知、计算和无线通信无时无刻地为用户提供服务；通过自主学习用户的行为习惯，智能地为用户控制各种电器，创造更为舒适的环境；同时提供各电器耗能的实时反馈机制，在不影响用户使用的前提下，帮助实现节能减排的目标，使得智能家居系统在智能化的同时也成为一个能源节约型系统。在用户体验方面，智能家居系统也应提供多种不同方式、不同平台来迎合不同用户的需要。智能家居系统相较之传统的家居系统，更加强调用户的使用体验，旨在提供给用户能够随时随地又随心所欲地调节家居环境的使用体验。因此，物联网的发展为智能家居引入了新的概念和发展空间，而智能家居是物联网的一个重要的应用。智能家居是通过计算机技术、布线技术、网络通信技术将家庭中零碎的、无序的子系统组织在一起，通过网络化技术对家居环境进行管理和控制。但是目前大多数智能家居产品采用有线通信方式，存在布线麻烦、安装困难等缺点。随着新一代信息技术物联网技术的兴起，可以将物联网技术融入智能家居系统，解决了传统智能家居系统的弊端。本文以STM32为核心处理器，基于ZigBee无线通信技术组建无线传感网络，与GSM/GPRS和以太网技术融为一体，实现用户对智能家居的远程监控。物联网综合应用课程设计3第一章物联网的背景及发展历程1.1物联网介绍物联网是顾名思义是物与物之间相互联系的互联网。物联网将传感器技术、网络通信技术、识别技术融为一体，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，这意味着人与物之间、物与物之间都可以通过网络进行信息的交换和处理。物联网具有三层构架：第一层是用来识别和采集信息的感知层；第二层是网络信息汇聚层；第三层是应用服务层。物联网是实现物物相连的互联网络。但需要声明的是，虽然物联网由传统意义中以人为网络主题转换为以物为网络主题，但物联网的核心基础仍然是互联网，可以说是某种意义上互联网的进一步延展。在数据感知方面，打破了物体完全被动感知的固有思维，它们被赋予了感知官能，可以主动与任何其他物体实现信息交换和数据传输。物联网与计算机之间有较大的联系，其中，在计算机中的一些框架跟协议，同样适用于物联网，因此，物联网在某种程度上来说，也被定义为能够自主进行网络结构框架配置的一种新型技术。由于其与计算机的渊源，该协议能够与标签、识别码、智能卡、一卡通等进行一些互动，而往往这种互动是通过空间的电磁波实现的。由物联网的特殊属性不难发现，所谓的物联，就是传统意义上的物体之间的连接，包含数据、信息、以及其他的以物质或者物体存在的参与者之间的通信，这类通信过程往往以非接触的方式来进行。也正是这种非接触的通信方式，能够使物联网不受外在环境的影响，而仅仅通过空问上的“耦合”或者电磁波的传递、接收而连接起来，因此如果物联网物体间通信的安全性能够得到保障，那么，可以预计，不久的将来，物联网的应用将使人类的生活方式发生质的改变，比如安装了智能家居系统的房屋能够提供更为符合现代人生活节奏的安全、舒适等智能化服务，因此，研究基于物联网技术的智能家居系统，具有一定前瞻性。1.2物联网的发展历程随着计算机技术、芯片技术以及网络技术的发展，物联网也正在逐步壮大，由于物体的连接都是通过非接触的空间连接，加之人工智能的发展，在物联网中，物品能够自主地进行数据交换、