基于物联网的智能家居系统的设计与研究[20191213093445]
摘 要
随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化、自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家装要求的档次越来越高，生活家居要求一种人性化、智能化。而物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。其中物联网中智能电子技术在现实生活中的智能家居电子产品中得到广泛应用。而计算机网络与通讯技术的应用，给人们的家居生活带来了全新的感受。智能家居正在日渐兴起，家居智能化成为一种趋势。
近几年，大量的智能电气设备的使用，使我们急需要一种快速的节点组网认证方式，从而改变智能家居成本高，认证复杂，且每一个节点是固定的，不方面增加新的设备，现在生活中一些电器中的二维码广泛应用和普及，为我们识别二维码技术提供了一个真正地应用场所。基于上述原因，本文提出了一种基于ZigBee技术的智能家居的设计方案，在现在生活中一些大量的智能家居基础之上，我们设计中加入手机二维码识别功能，利用手机识别二维码的功能，把所识别的家用电器节点二维码信息，再利用手机通过GPRS传输到的ZigBee网络之中，从而提供了一个快速识别终端节点功能和节点加入ZigBee网络功能，不仅如此我们还涉及的网关来监控我们的家用电器，从识别到监控，为我们设计智能家居提供了有一个便捷的通道，使我们的现代生活更加智能。
摘 要 1
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关键字:ZigBee；CC2430；智能家居系统；终端节点
目 录
ABSTRACT 2
目 录 3
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2物联网智能家居的概述 2
1.3 二维码技术的发展状况 3
1.4 本论文的主要工作 4
第2章 智能家居系统的总体设计方案 6
2.1智能家居系统解决方案 6
2.2 整个系统流程图设计方案 7
2.3 手机二维码设计 10
第3章 智能家居系统的硬件设计 12
3.1无线通信技术介绍 12
3.1.1 蓝牙技术(Bluetooth) 12
3.1.2 Wi-Fi技术 12
3.1.3 ZigBee技术优势 12
3.1.4 ZigBee协议栈结构和原理 13
3.2系统电路器件设计和选择 15
3.2.1 三星S3C2410处理器简介 15
3.2.2 Flash接口电路设计 16
3.2.3 SDRAM接口电路设计 17
3.2.4以太网接口电路设计 18
3.2.5 串口电路设计 19
3.3 ZigBee节点模块设计 20
第4章 智能家居系统的软件设计与调试 22
4.1软件系统框架设计 22
4.2 ZigBee协调器及终端的软件设计 23
4.2.1开发环境和二维码识别流程图 23
4.2.2 ZigBee软件设计 23
4.2.3主要程序代码 26
4.3 嵌入式 Web 服务器的构建 29
4.3.1 嵌入式 Web 服务器的选择 29
4.3.2 Boa 服务器的特点 29
4.3.3 Boa 服务器的移植 30
第5章 实验结论与展望 33
参考文献 34
致 谢 36
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
蒸汽机的发明掀起了人类历史迈向工业的新篇章，而网络的出现无疑将信息化深深的烙印在了人类文明的璀璨长卷上。电子信息技术，控制技术的日益提升，社会信息化的逐步加快，促使人们的生活、工作、学习以及通讯的关系日渐紧密，信息化社会在改变人们生活习惯和工作方式的同时，也对我们的传统住宅提出了挑战。环视周遭，我们很容易的发现，人们对家居的要求早已不再只是简单的物质空间，更为关注的是一个高度安全、舒适以及美观方便的居住环境，先进的通信设施，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，网络化的资源管理及购物方式等等。现今社会人们日益膨胀的需求使得家居智能化已然成为一种趋势。
近几年以来，伴随着房地产业的火爆，给国内智能领域带来了发展的机遇。众所周知，中国人口众多，城市住宅建设也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区的角度来看智能化，也就出现了目前一统天下、无所不包的“智能小区”的模式。“智能小区”是一个多功能的系统，每个功能子系统都可以单独使用。诸多功能子系统还要具有协同配合的能力。这些系统包括：小区对讲系统、门禁系统、小区周界防范系统、监控系统、背景音乐系统、停车场系统、自动抄表系统等等。所有的这些系统很大的一部分是为整个小区的公共部分提供服务的。而实际生活当中，小区住户内部能够使用到的智能化系统只占很小一部分。这时，专门针对家庭智能化的系统应运而生，这就是“智能家居”。
智能家居在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具。它不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电（如空调、热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、定时控制及电话远程控制、计算机控制等。
智能家居控制系统采用先进的电力线载波通讯技术，其产品部件安装时无须对您家中已有的居住环境进行大幅度的改造，无需复杂的布线及添置新的设备材料，只要将产品模块接入您家中的220V电力线网络既可形成控制系统。该系统采用模块式设计，使用简单的编码指令，可轻松进行扩展。您先以低廉的价格安装了基本系统后，再根据您的需要扩展增置更多的功能设置，进行系统功能添加，以达到您的需求。该系统扩充性非常强大。智能家居是住宅智能化的核心部分。严格意义上讲，智能家居系统也是智能小区系统中的一部分。与智能小区相似，智能家居在住户内部同样也是一个多功能的系统，诸多子系统可协同配合使用。目前最为流行，同时也比较实用的功能子系统有：智能照明系统、智能电器控制系统、电动窗帘系统、家庭安防系统等等。
智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案，使住户的控制更便捷，更高效，更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。而且在现在这个注重绿色环保的世界里，智能的为住户控制好空气的湿度、温度等，检查分析空气成分，让住户安心入住。同时，智能家居控制器可以根据住户的要求调整方案，加强紧急处理，危机救护等急救控制，充分达到只要是“用户想要的，就是我们追求的”宗旨。
1.2物联网智能家居的概述
家居智能化系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在90年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。
所谓智能家居是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家居智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、协调。与普通的家居相比，智能家居不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。
智能家居集成是利用综合布线 技术、网络通信技术、安全防范技术 、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波 ，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通 等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、 智能家居主机
家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐 、家庭影院等方面。智能家居是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术 于一体的网络化智能化的家居控制系统 。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家触摸屏 、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。
许多国家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系统包括：安防报警、可使对讲、三表抄送、监控、家居控制、智能布线箱、宽带网络接入等。而现今的智能化家居系统拥有更加优越切复杂的配置。例如，网上购物、远程报警、紧急求助等新功能就是根据现在社会的发展，人们日益暴涨的需求而开发设计的。
1.3 二维码技术的发展状况
条码技术自20世纪70年代初问世以来，发展十分迅速，仅仅20年时间，它已广泛应用于商业流通、仓储、医疗卫生、图书情报、邮政、铁路、交通运输、生产自动化管理等领域。条码技术的应用极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，提高了工作效率，并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。在传统行业的信息管理和信息交换领域发挥了巨大作用。如果说一维码对工业发展产生了巨大贡献的话，二维码的明天无疑就是一维码的今天，甚至由于其具有的独特优势，能够对社会的经济发展贡献更多。
二维码技术是在一维码无法满足实际应用需求的前提下产生的。由于受信息容量的限制，一维码通常是对物品的标识，而不是对物品的描述。所谓对物品的标识，就是给某物品分配一个代码，代码以条码的形式标识在物品上，用来标识该物品以便自动扫描设备的识读，代码或一维码本身不表示该产品的描述性信息。
因此，在通用商品条码的应用系统中，对商品信息，如生产日期、价格等的描述必须依赖数据库的支持。在没有预先建立商品数据库或不便联网的地方，一维码表示汉字和图像信息几乎是不可能的，即使可以表示，也显得十分不便且效率很低。
随着现代高新技术的发展，迫切需要用条码在有限的几何空间内表示更多的信息，以满足千变万化的信息表示的需要。因此二维码技术应运而生。
不过，随着二维码的日益普及，二维码的应用正在迅速扩大，条码及条码技术逐渐渗透到人们的生活中，把人们从繁琐和重复的工作中全面解脱出来，本文试从二维码的起源、编码原理、技术标准、与一维码进行比较及二维码应用等方面阐述二维码技术的发展及应用。该技术使用的范围日益增大，逐渐的扩大到智能家居里面了，该技术和手机结合，即可把二维码信息直达互联网，为我们提供了有效的识别方法，从而在生活中得到了极大的应用，从而更加完善了我们的ZigBee网络智能化和自动化。
作为智能家居的核心系统的智能家居的控制系统，手机二维码技术的引入的设计功能的完善必将推动住宅智能化更智能化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，我想全人类的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒服温馨的的家庭生活。
1.4 本论文的主要工作
本文提出的一种手机二维码识别系统，该功能的加入是我们的智能家居更加便捷，一些新的设备快速加入，是我们的ZigBee组网技术更加便捷，新兴的ZigBee技术和GPRS技术相结合的无线通信智能家居技术，构建了一种无线智能家居系统，将现代通信技术和计算机技术结合在一起，不但避免了现场布线所带来的一系列问题，而且能够及时、准确、全面地反映用户所用电器使用情况，同时很好的弥补传统的布线方式的缺点。设计采用了GPRS技术，使得用户可以采用熟悉的标准TCP/IP通信模式通过互联网与用户的计算机和手机直接交换数据，而无须关心数据具体是如何传送的。因此，很多基于有线通讯的类似系统很容易就被本系统所替代，系统的适用范围也更加广阔。本论文的结构如下:
第1章:绪论。介绍了课题的研究背景及意义，阐述本课题的国内外研究现状、发展趋势提出课题以及本文所完成的主要工作。
第2章: 智能家居总体设计方案。本章主要完成了智能家居的总体设计流程图，并简要介绍了该系统各部分主要功能。提出完成该任务所需要的硬件和软件的要求，最重要的是本设计所加入的手机二维码，快速识别功能。

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