智能家居系统解析.docx

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1、2023第十届“博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛参赛申明队伍编号：作品名称：基于Zigbee的智能家居控制系统参赛队员：丁祖科柯贤伟杜金航作为第十届“博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛的参赛队伍负责人，根据大赛公平、公开、共享精神，我代表参赛队伍作出如下申明：1、我们理解大赛有关条款并遵守比赛规则。2、我们的参赛作品没有违反有关法律、法规以及社会的道德规范。3、我们的参赛作品是原创作品，未曾授权给其他任何机构。4、我们H勺参赛作品不存在法律纠纷，包括但不限于肖像权、声誉权、隐私权、著作权、商标权等纠纷，否则，我们自愿承担由此而产生的所有法律责任。5、我们将如实提交参赛作品中波及H勺所

2、有源码及资料，并授权北京博创智联科技有限企业拥有使用权。在征得所有人同意后有权将参赛作品及有关资料用于宣传品、有关出版物、指定及授权媒体公布、官方网站浏览及下载、颁奖晚会、展览（含巡展）等活动项目。6、我们认真遵守此申明内容中的所有内容，如有违反，将自动放弃大赛的评奖资格。参赛高校（盖章）指导教师（签字）2014年4月19日2023第十届“博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛作品设计汇报智能家居系统Inte11igentHomeFurnishingsystem队伍编号：参赛学校：中南民族大学作者：丁祖科柯贤伟杜金航指导教师：王文涛组别：E1本科组高职组专题奖：恩智浦专题WINDRIVER摘要

3、家居环境智能化己经成为目前的社会主流，面对某些人为的失误或者不可控的原因所导致的劫难性事故，一次次的惨剧也对家居环境智能化提出了愈加详细的J规定。同步，伴随人们生活节奏的加紧以及生活压力0加大，智能家居越来越成为人们追求舒适生活0必要途径。本文采用Zigbee无线组网技术,结合javaweb网络开发技术设计B智能家居系统具有低成本、低复杂度、可迅速布署B特点，完全满足人们对智能家居系统0基本需求。本文首先结合国内外智能家居系统0设计经验和中国国情制定出了一套合适B无线智能家居系统处理方案。然后，通过对目前主流的无线组网技术进行了研究对比并最终决定采用Zigbee技术作为本系统0无线组网技术。本

4、系统采用星型网络拓扑构造，硬件采用CC2530射频芯片构成终端设备和中心协调器，构建智能家居环境内部网络;结合SQ1数据库和JAVAWEB网络开发技术搭建家庭网站。本文设计的系统可以实现家居环境内部数据传播和远程监控，系统自身的低复杂度、易于布署等特点，对智能家居系统0普及具有一定0应用价值。关键词：智能家居系统、Zigbee协议栈、CC2530、家庭网站AbstractToday,theinte11igenthouseho1dsystemhasbecomethemainstreamofsociety.Somehumanerrorsanduncontro11edfactorscausesoma

5、nydisastrousfai1ures,whichrequesttotheinte11igenthouseho1dsystemforsomespecificrequirements.Atthesametime,becausethesocietypressurebecomesmoreandmoreserious,theinte11igenthouseho1dsystembecomesanecessarychoice.Thispaperpresentsanewinte11igenthouseho1dsystembasedontheZigbeewire1essnetworktechno1ogyan

6、dthejavawebNetworkdeve1opmenttechno1ogy.Thisinte11igenthouseho1dsystemis1esscost,1owercomp1exity,apttomorerapiddep1oyment,whichcanmeeta11therequirements.First1y,thispaperpresentsaso1utionoftheinte11igenthouseho1dsystem,whichbasedonthedomesticandforeignexperienceofdesigningtheinte11igenthouseho1dsyst

7、em.Second1y,basedonthecomparisonofthecurrentmainstreamwire1essnetworkingtechno1ogiesthisinte11igenthouseho1dsystemdecidestoadopttheZigbeewire1essnetworkingtechno1ogy.Theinterna1networktopo1ogyisstartopo1ogy.TheCC2530RFchipisusedtoformthedeviceandthecoordinator,whichisusedtoformtheinterna1wire1essnet

8、work.Fina11ythefami1ynetworkstationisbui1ttheSQ1databaseandthejavawebNetworkdeve1opmenttechno1ogy.Thisinte11igenthouseho1dsystemachievesthedatatransmissionofthefami1yinterna1networkandtheremotemonitoring,whichhasthecharacteristicsof1owercomp1exity,easytomaintain.Thissystemhasgreatva1ueonthedeve1opme

9、ntoftheinte11igenthouseho1dsystem.Keywords:Inte11igentHouseho1dSystem,Zigbeestack,CC2530,FamiIyStation目录第1章绪论伴随电子信息技术和计算机网络技术0发展，人们的生活水平大幅度提高，对生活环境的规定也越来越高，实现家庭信息化、网络化是当今IT产业B重要研究对象，随之而提出了一连串的新概念:家庭自动化，家庭信息化，智能家居等。智能家居是人类住宅的又一场新B革命，它可以为人类提供愈加轻松、有序、高效日勺现代生活方式，是未来居住模式的必然发展趋势。因此，智能家居系统也在逐渐成为一种新兴的J研究领域。

10、智能家居系统概述智能家居可以定义为一种过程或者一种系统。运用先进日勺计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的多种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活愈加舒适、安全、有效f21。与一般家居相比，智能家居不仅具有老式0居住功能，提供舒适安全、高端且宜人的家庭生活空间;还由本来的被动静止构造转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息互换功能，协助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，协助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性,甚至为多种能源费用节省资金。国际上对智能家庭网络的研究起于20世纪70年代，重要集中在发达国家。由于这些研究都是各国独立进行，并具有不

11、一样的目0和市场战略，因此并没有形成统一0原则。20世纪80年代初，伴随大量采用电子技术的!家用电器面市，开始出现了住宅电子化(HE,HomeE1eCtrOniCS)日勺概念;80年代中期，将家用电器、通讯设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体，形成了家居自动化概念(HA,HomeAUtOn1ation)O80年代末，由于通信与信息技术0发展，出现了对住宅中多种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为智慧屋(WH,WiseHome),在欧洲称为时髦屋(SH,SmartHome)o近几年，在各大企业和媒体B强大概念宣传攻势下，我国智能家居行业逐渐形成，可用

12、日勺、靠近现实需求的产品不停增长，集成商、开发商以及装修企业已经积累了诸多经验。怎样建立一种高效率、低成本的智能家居系统己成为目前社会一种热点问题。而国家政府机构及各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家庭网络0原则化制定工作，为中国智能家居0发展提供了一种开放0原则化平台，指明了智能家居研究领域对日勺的发展方向。第2章系统方案2.1智能家居系统功能需求分析一种智能家居系统应具有的特性重要包括如下几方面：1、全面细致的环境状态监控：系统能实时采集室内和室外温湿度、光照强度、空气质量等数据，让顾客足不出户理解室内外环境状况。2、可靠的安防监控：安防监控应包括门窗防盗、煤气和火灾的防止等功能

13、，这些都对系统可靠性有很高规定。3、便捷人性日勺开关控制：实现家居设备0远程开关控制或定期开关，如窗帘可以实目前床上打开,晚上自动关闭；家中的保险柜锁只有自己可以使用手持终端打开，其他人均无法打开。根据上述需求分析的成果，从系统功能实现的角度，智能家居系统的功能可以概括为如下三个方面:对传感器节点环境状态信息0精确读取；对安防监控节点报警信息0及时获取；对控制节点所连家居设备的开关控制。2.2智能家居系统构成智能家居系统可选择0网络拓扑构造有三种：星型、树状和网状。在本系统中网络协调器的通信距离可以覆盖正常的家庭居住环境，所有终端节点均可直接与协调器通信，终端节点与传感器和控制器连接，传播环境

14、数据和控制命令，数据量都很小，采用星型网络拓扑构造完全可以满足系统规定，并且有控制简朴，故障诊断轻易，不波及路由寻址等长处。在ZigBee网络中协调器和路由节点规定是全功能设备，信息采集和控制节点则只需是精简功能设备，它们只能与ZigBee网络协调器通信，互相之间不能通信。结合上一节概括0智能家居系统0功能，一种基于ZigBee技术0智能家居系统应包括下面几种部分：1、网络协调器：重要负责建立和管理网络，接受从终端节点获取到的数据或向终端节点发送控制命令，以及与智能网关或上位机通信获取网关或上位机发送来的控制命令或上传终端节点采集到的数据。2、信息采集节点：网络终端节点分为采集节点和控制节点两

15、种，采集节点负责采集多种传感器或门磁等装置的状态变化信息。3、控制节点：控制节点通过执行接受网络协调器发送来0命令实现对所连接0家居设备0控制。4、路由节点：路由节点负责扩展网络覆盖范围及数据转发功能，可使更多0设备加入网络。5、PC机：用于扩展系统功能，PC机可以显示网络协调器接受到的信息或向网络协调器发送控制命令。6、智能网关：智能网关除实现上位机功能外，还可以接入短信模块，实现ZigBee网络与广域的无线网的融合，顾客可以通过手持终端接受信息或发送控制命令。本系统需要设计0功能模块包括ZigBee无线通信模块、温湿度采集模块、光照采集模块、可燃气体监测模块、空气质量监测模块、红外入侵监测

16、模块、窗帘无线控制模块。2.3智能家居系统的网络构造图在本智能家居系统中，由于终端节点数目较多，多种终端节点同步发送数据也许导致数据丢失现象。因此应根据各节点详细任务的不一样设置不一样的任务优先级，以保证优先级高的任务的可靠性。波及安防监控的节点的优先级应当最高，包括红外入侵监测、门磁感应、可燃气体监测等；控制节点的优先级次之，包括窗帘无线控制和电子锁无线控制；温湿度采集、光照采集、空气质量监测等环境状态信息采集任务的优先级设置为最低。在本系统中，网络协调器通过电源直接供电，信息采集节点和控制节点大多采用两节干电池供电，因此在设计和使用中应尽量减少使用电池0节点的工作时间，以延长节点0使用寿命。第3章功能与指标3.1实现功能自动报警：包括门禁系统，火灾、煤