基于物联网的智能家居实训报告

基于物联网的智能家居实训报告基于物联网的智能家居实训方案【摘要】物联网技术迅速发展，智能家居作为其重要应用部分成为新兴研究领域。本文提出了一种智能家居实训方案，该方案采用CC2530芯片、无线通信技术及传感器组建ZigBee家庭内部局域网，外部接入因特网。覆盖物联网三层结构。使用LED灯成功测试实训平台对灯光控制功能，实验表明有进一步研究智能家居实训平台的价值。【关键词】物联网；智能家居；ZigBee；CC2530SmartHomePracticeTrainingBasedonInternetofThingsZHUKaiJIANGWeiLIUTong（SchoolofMechanicalElectronic&InformationEngineeringChinaUniversityofMining&Technology，Beijing100083，China）【Abstract】Withtherapiddevelopmentoftheinternetofthings，thesmarthomehasbecometheemergingresearchfieldwhichplaysanimportantroleintheinternetofthins.Smarthomepracticetrainingschemeisputforward.InteriorhomenetworkisformedbyCC2530，wirelesscommunicationtechnologyandsensor，includingthreelayers.Exteriornetworkisconnectedtotheinternet.ThelampcontroltestisperformedbyLEDandtheresultconfirmedthatthesmarthomepracticetrainingschemehasanimportantvalueforfurtherstudy.【Keywords】Internetofthings；Smarthome；ZigBee；CC25300引言随着社会的发展，人们对家庭生活、学习、娱乐提出了更高的品质要求。例如，亲人对独生子女的看护，主人对家用电器进行实时远程控制，在主人进门之前，室内已经具有宜人温度。在主人启动汽车之前，车内有合适温度，有按照主人出行计划设计好的行车路线。这些需求是物联网应用中最贴近民生的智能家居方面。高校已陆续设立物联网专业，要把学生培养成适应社会需求的人才需要学生掌握物联网综合技术。智能家居实训平台是物联网典型开放型应用环境之一，学生可在此平台上实现对物联网综合技术的理解，亦可借助此平台进行创新应用。智能家居系统传输数据量小，在红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi等无线通信技术中，ZigBee技术以其有低功耗、低成本、低延时等优势而成为智能家居系统选用的主要组网技术。1系统组成原理系统采用开放的无线传感平台，集合无线通信技术、网络技术、计算机技术等将传感器采集到的环境与设备信息接入互联网。学生借助此平台可以搭建标准的智能家居系统，亦可借助平台开放的接口实现控制程序的编写。系统终端由上位机Web界面显示各种设备的信息读取与控制，终端界面包括信息存储、查询、增删，信息手机查看等模块。开发平台为基于Goldfish内核的Android，主要有上位机的软件开发、手机端的软件开发，其次还有传感器节点的程序开发。提供触摸式应用，覆盖物联网感知层、网络层、应用层三层结构。环境感知设备包括Wi-Fi摄像头、DS18B20温度传感器、湿度传感器及光敏传感器等，控制对象包括51英寸等离子电视机、空调、窗帘及灯光等。（如下图所示）灯光控制包括控制电灯的开关、明暗度，多种灯光情景控制模式：如全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式。电视机、空调不仅要控制开关，还要控制音量。窗帘只控制开关。控制方式有联动控制和定时控制两种，控制途径有触摸屏、网页、遥控器等。摄像头由云台控制：内置RS485控制，水平360度，垂直180度；网络接口：RJ-45，10/100Mb自适以太网接口；无线：Wi-Fi，G；支持IP地址：静态IP地址、动态IP地址、PPPOE拨号，支持P2P技术。（如下图1）2网络实现智能家居可以实现室内家用电器间及室内物体间信息交互，数据量小，数据传输距离多数在20m以内，终端节点数目有限。据此可选用ZigBee网络中星形网络结构，基于Z-Stack协议栈。协调器与PC机之间通过RS-232串口连接。协调器负责创建网络，网络创建完成后处于等待终端节点请求加入状态。终端节点上电后，首先进行初始化，通过原语机制，依次由应用层、网络层和MAC层完成网络寻找，最后由网络层向应用层反馈组网结果。网络通信采用固定帧格式实现，数据帧定义设备类型、设备属性、设备ID、校验类型等信息。网络可分为连接家用电器的内部网络和外部因特网。实际操作中用LED灯代替照明灯，由上位机依据帧格式向协调器发送指令，结果表明协调器可以依据指令在规定时间内完成灯的亮灭。由此推测，系统可以完成对其他家居设备的远程控制，温湿度等的控制需要进一步验证。3主要实验智能家居实训平台综合多种物联网关键技术，使学生在了解、熟悉、学习的基础上，能够运用几种技术做出创新性设计。智能家居实训平台可以完成的实验主要有：建立实验环境IAR、LED跑马灯实验、定时器实验、串口通讯实验、A/D实验、中断实验、温湿度传感器实验、光电传感器实验、压力传感器实验、简单无线收发实验、广播通讯实验、Z-Stack点对点通讯实验、Z-Stack星状网通讯实验、Z-Stack树状网通讯实验、红外传感器实验、继电器控制实验、直流电机控制实验、步进电机控制实验、窗帘远程控制实验、灯光远程控制实验、电视远程控制实验、摄像头远程控制实验、空调远程控制实验。4结束语本文以CC2530芯片等为硬件基础，ZigBee为无线通信技术，覆盖物联网的三层结构，设计了智能家居实训方案，列举方案中可完成的主要实验，对实训平台进行简单测试。智能家居是物联网一个重要应用，前景广阔。目前，物联网仅为高端别墅和私人豪宅拥有，普通百姓仍没有条件享受，这是智能家居推广过程中亟待解决的问题之一。基于物联网的智能家居实训方案【摘要】物联网技术迅速发展，智能家居作为其重要应用部分成为新兴研究领域。本文提出了一种智能家居实训方案，该方案采用CC2530芯片、无线通信技术及传感器组建ZigBee家庭内部局域网，外部接入因特网。覆盖物联网三层结构。使用LED灯成功测试实训平台对灯光控制功能，实验表明有进一步研究智能家居实训平台的价值。【关键词】物联网；智能家居；ZigBee；CC2530SmartHomePracticeTrainingBasedonInternetofThingsZHUKaiJIANGWeiLIUTong（SchoolofMechanicalElectronic&InformationEngineeringChinaUniversityofMining&Technology，Beijing100083，China）【Abstract】Withtherapiddevelopmentoftheinternetofthings，thesmarthomehasbecometheemergingresearchfieldwhichplaysanimportantroleintheinternetofthins.Smarthomepracticetrainingschemeisputforward.InteriorhomenetworkisformedbyCC2530，wirelesscommunicationtechnologyandsensor，includingthreelayers.Exteriornetworkisconnectedtotheinternet.ThelampcontroltestisperformedbyLEDandtheresultconfirmedthatthesmarthomepracticetrainingschemehasanimportantvalueforfurtherstudy.【Keywords】Internetofthings；Smarthome；ZigBee；CC25300引言随着社会的发展，人们对家庭生活、学习、娱乐提出了更高的品质要求。例如，亲人对独生子女的看护，主人对家用电器进行实时远程控制，在主人进门之前，室内已经具有宜人温度。在主人启动汽车之前，车内有合适温度，有按照主人出行计划设计好的行车路线。这些需求是物联网应用中最贴近民生的智能家居方面。高校已陆续设立物联网专业，要把学生培养成适应社会需求的人才需要学生掌握物联网综合技术。智能家居实训平台是物联网典型开放型应用环境之一，学生可在此平台上实现对物联网综合技术的理解，亦可借助此平台进行创新应用。智能家居系统传输数据量小，在红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi等无线通信技术中，ZigBee技术以其有低功耗、低成本、低延时等优势而成为智能家居系统选用的主要组网技术。1系统组成原理系统采用开放的无线传感平台，集合无线通信技术、网络技术、计算机技术等将传感器采集到的环境与设备信息接入互联网。学生借助此平台可以搭建标准的智能家居系统，亦可借助平台开放的接口实现控制程序的编写。系统终端由上位机Web界面显示各种设备的信息读取与控制，终端界面包括信息存储、查询、增删，信息手机查看等模块。开发平台为基于Goldfish内核的Android，主要有上位机的软件开发、手机端的软件开发，其次还有传感器节点的程序开发。提供触摸式应用，覆盖物联网感知层、网络层、应用层三层结构。环境感知设备包括Wi-Fi摄像头、DS18B20温度传感器、湿度传感器及光敏传感器等，控制对象包括51英寸等离子电视机、空调、窗帘及灯光等。（如下图所示）灯光控制包括控制电灯的开关、明暗度，多种灯光情景控制模式：如全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式。电视机、空调不仅要控制开关，还要控制音量。窗帘只控制开关。控制方式有联动控制和定时控制两种，控制途径有触摸屏、网页、遥控器等。摄像头由云台控制：内置RS485控制，水平360度，垂直180度；网络接口：RJ-45，10/100Mb自适以太网接口；无线：Wi-Fi，G；支持IP地址：静态IP地址、动态IP地址、PPPOE拨号，支持P2P技术。（如下图1）2网络实现智能家居可以实现室内家用电器间及室内物体间信息交互，数据量小，数据传输距离多数在20m以内，终端节点数目有限。据此可选用ZigBee网络中星形网络结构，基于Z-Stack协议栈。协调器与PC机之间通过RS-232串口连接。协调器负责创建网络，网络创建完成后处于等待终端节点请求加入状态。终端节点上电后，首先进行初始化，通过原语机制，依次由应用层、网络层和MAC层完成网络寻找，最后由网络层向应用层反馈组网结果。网络通信采用固定帧格式实现，数据帧定义设备类型、设备属性、设备ID、校验类型等信息。网络可分为连接家用电器的内部网络和外部因特网。实际操作中用LED灯代替照明灯，由上位机依据帧格式向协调器发送指令，结果表明协调器可以依据指令在规定时间内完成灯的亮灭。由此推测，系统可以完成对其他家居设备的远程控制，温湿度等的控制需要进一步验证。3主要实验智能家居实训平台综合多种物联网关键技术，使学生在了解、熟悉、学习的基础上，能够运用几种技术做出创新性设计。智能家居实训平台可以完成的实验主要有：建立实验环境IAR、LED跑马灯实验、定时器实验、串口通讯实验、A/D实验、中断实验、温湿度传感器实验、光电传感器实验、压力传感器实验、简单无线收发实验、广播通讯实验、Z-Stack点对点通讯实验、Z-Stack星状网通讯实验、Z-Stack树状网通讯实验、红外传感器实验、继电器控制实验、直流电机控制实验、步进电机控制实验、窗帘远程控制