智能家居的毕业设计（自己编写）.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.37M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第二章GPRS和蓝牙通信技术介绍

第三章系统的总体设计

第四章嵌入式系统平台的搭建

第五章软件设计部分

第六章总结与展望

参考文献

致谢

河北工业大学硕士学位论文远程智能家居控制系统姓名：薛永江申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：耿恒山20081201

河北工业大学硕士学位论文 i 远程智能家居控制系统摘要随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。电信、Internet、电视网三种网络的合而为一，是未来网络媒体发展的趋势，是当前竞相开发的热点，而文章就是在这样的背景下，实现了三网中移动网与家庭无线网络的结合，提出了一种采用GPRS技术与蓝牙无线技术来完成对智能家居系统的设计，该系统全部采用无线通信技术来完成，省去了重新布线的问题，而且把GPRS远程通信技术加入到智能家居的系统中，从而使用户在千里之外可以随时了解家中的情况并对家用电器进行控制。文章首先分析了智能家居的国内外发展的现状，并对传统智能家居的特点进行分析，提出了基于短距无线网络的现代智能家居系统是将来的发展趋势。接着对智能家居控制的系统构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于蓝牙技术是目前最适合无线家居控制系统的无线标准。分析了GPRS网络的结构以及GPRS的技术优势之后，又从蓝牙协议的体系结构，蓝牙主机控制接口（HCI），蓝牙数据流和控制流，蓝牙技术的应用规范，微微网（piconet）等方面对蓝牙技术进行了研究。然后提出了本系统的总体设计方案，以及各个功能模块的硬件选型方案。再之后根据系统软件环境的需求，构建了嵌入式Linux系统软件平台。最后从系统和应用的角度来研究智能家居控制网络，设计了一个基于近距离无线技术的智能家居控制系统，主要采用GPRS无线通信模块与新一代无线网络通信技术蓝牙相结合，实现了通过手机短信对家庭电器进行控制。关键词:GPRS，蓝牙，智能家居，嵌入式系统

远程智能家居控制系统 ii THE REMOTE CONTROL SYSTEM OF SMARTHOME ABSTRACT Along with the enhancement of national economy and the science and technology level, specially the computer technology, the communication,the network technology,the control technology swift development and the enhancement,urged the family to realize the life modernization comfortably,the environment safely. Smart home also is precisely arised in this situation. Telecommunications,Internet and Television are combined，the network media is the future development tendency.In this context,the achievement of the telecommunications network and home wireless network combined. Using GPRS technology and Bluetooth wireless technology was proposed to complete the smart home system. Wireless communications technology is used in the system which to be completed, eliminating the re-wiring issues. GPRS technology is used in smart home system,so that the user can control the home apparatus thousands of miles away. Firstly, this article analyzes the development of the smart home of the status at home and abroad,and analyzes on characteristic of the smart home,points out the smart home system based on the short distance wireless network modern intelligence is development tendency in the future.After the analysis of the smart home control system architecture and related key technologies, it points out that Bluetooth technology is the most suitable for wireless home control system. After analysis of the advantage of the GPRS network, and the structure of the GPRS technology advantage, and study the Bluetooth protocol architecture, Bluetooth host control interface (HCI), Bluetooth data flow and control flow, the Bluetooth technology specification, piconet and so on. Then it gives the system design program, and the various solution of the hardware modules selection. Then according to the need of the system software environment, construct the embedded Linux system software platform. Then studies on smart home control network from the system and the application aspect,designed the smart home control system based on the short-range wireless technology，mainly completed the GPRS wireless connection module and new generation of wireless network communication Bluetooth combined, has completed the control of the switch of electric equipment by sending text messages. KEY WORDS: GPRS,bluetooth, smart home, embedded system

原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：

河北工业大学硕士学位论文 1 第一章绪论 §1-1课题研究的背景近年来计算机、自动控制和通信技术的发展，己经深刻地改变了人们的工作方式，极大地提高了企业的生产效率，为社会创造了巨大的财富，相比之下带给个人和家庭生活的好处却十分有限，传统的居家方式并没有因信息时代的到来而产生多大变化。家电产品种类日益增多，分散控制给人们带来了极大的不便，作为社会组成的基本单元——家庭几乎成为信息时代的孤岛。在这样的背景下，人们开始关注居住环境，注重家居环境的安全、健康、便捷和舒适，如何有效地在家居环境中组建家庭信息网络，将各种家电产品结合成一个有机整体，并通过它对家电设备进行集中或异地的智能化控制与管理，并且能够与外界进行信息交流，更好地为人们提供家居环境的各类信息，开发网络化、智能化、数字化的新型住宅。从而引发了一个极具吸引力的市场：智能家居系统。 “智能家居”(smart home)，又称智能住宅，它利用先进的计算机技术、嵌入式系统技术、网络通讯技术和传感器技术等，将家中的各种设备(照明系统、环境控制系统、安防系统、智能家电等)有机的连接到一起。智能家居让用户采用更方便的控制家用设备，根据场景设定设备动作，使多个设备形成联通的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网等。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，从而在最大程度上给用户提供高效、便利、舒适与安全的居住环境和工作环境[1,2]。智能家居是近几年产生并迅速崛起的一种新型家居住宅，而家居的智能化是其最重要最基本的内容，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代技术的完善综合。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。但是，当前的智能家居产品大都基于有线通信技术，系统成本高，设计周期长，维护不方便，较难适应当前的发展形式，同时智能家居技术在我国还是刚刚起步，许多技术标准都还不统一，还有很多工作需要做。随着智能家居的发展和人民生活水平的提高，人们对于智能家居系统的要求也不断提高，如何实现家庭设备网络化综合管理是智能家居系统要解决的首要问题，智能家居远程控制系统正是为了实现这一目标。然而目前在智能家居中的远程控制系统在设备的管理以及设备之间的联动上仍存在不少问题。因此加强这方面的研究，如何选取合适的技术，进行合理的方案设计，进而组建一种符合我国国情的、具有自主知识产权的智能家居系统己成为当前智能家居领域中极富挑战的课题。本设计课题就是在这种背景下，经导师悉心指导下选定的。

远程智能家居控制系统 2§1-2智能家居及其控制系统的发展现状 1-2-1 智能家居系统国外发展现状世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅迪格州出现，当时只是对一座旧式大楼进行了一定程度的改造，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。从那以后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家和地区先后提出了各种智能家居方案。1998年5月，新加坡举办了“亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”，在会上展示了模拟的“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。该系统提供了以下功能：三表抄送、安防报警、可视对讲、集中化监控、家电控制、有线电视接入、电话接入、住户信息留言、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入、系统软件配置等。 2000年，在新加坡有近30个社区的近5000户家庭采用了这种家庭智能化系统；美国则有近4万户家庭安装了这类系统。资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000～9000美元之间，而目前的费用已经大大降低。就目前的发展趋势分析，预计今后两年内将有近1亿的家庭构建家庭网络，根据美国一家权威市场调查机构资料显示，2003年，建设网络化家庭所带来的市场总值高达4500亿美元，其中3700亿美元是智能信息家电硬件产品的价值，其余是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统已日趋成熟，预计到2010年，50％以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。同时，由于技术的标准化，这些新型家居将比比尔。盖茨耗资6000万美元建造的高科技别墅便宜得多[3]。在智能家居发展过程中，美国一直处于领先水平。近来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际知名企业，先后挤身于智能家居的研究与开发中，例如：微软开发的“梦幻之家”、IBM公司开发的“家庭主任”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”等。3COM公司也一直在通过因特网向用户宣传智能家居这一概念，并正在研发家用无线网关等网络产品。此外Intel公司、日本松下电器公司、新加坡科技电子公司、韩国三星公司等知名企业也正致力于智能家居系统的研发工作。智能家居的市场已经启动，其诱人的前景和巨大的市场潜力吸引了大批厂商争先恐后地涉足这一市场，虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的信念：山那边遍地是金。 1-2-2 智能家居系统国内发展现状目前我国正处于智能家居的萌芽发展期，政府有关部门已经将建设智能化小康示范小区列入重点发展方向，这必然促使智能化从智能大厦建设向智能化住宅小区，乃至向家庭智能化的方向发展。去年8月，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，信息网络技术体系研究及产品开发已经被作为国家技术创新的重点专项计划。据悉，国家将投资15亿元人民币支持该项目的实施。目前，建设部已批准7个普及型网络社区，而北京市已经计划建设30个网络社区，总户数将达3万户。到2010年，我

河北工业大学硕士学位论文 3国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备。按照建设部的要求，到2010年，大中城市中50%的住宅要实现智能化。由于智能家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活环境，因此已经成为房地产商追逐的热点。在未来，没有智能家居系统的住宅将像今天不能上网的住宅那样不合潮流。就像对任何新生事物一样，人们对智能家居的认识也存在误区，最常见的有以下几种：一是认为简单地堆砌监控设施、网络设施，便是实现了家庭信息化和智能化，如安装可视电话、可视门铃等；二是认为智能化深不可测，一打手机热水器便开了，甚至认为冰箱、微波炉等都上网。据调查，在拥有个人电脑的美国家庭中，有37%的家庭希望拥有家庭网络，但很少有消费者需要带电子邮件功能的冰箱、微波炉等。国内有关专家认为，在建设智能化住宅时，应从人的需求出发，不应盲目追求大而全。建设一个社区智能网络系统，每建筑平方米将增加造价100元左右，如果再增加一些高档、豪华的设施，所需费用将更多。且不说一些不实用的设施所造成的资金浪费，仅是社区智能网络的维护就需要不少的人力、财力，由此带来的物业费增加也是房地产开发商应该考虑的问题。一项调查显示，在住宅智能化系统中，紧急呼叫系统的需求量最大，有近50％的购房者认为这是必备的设施；其次是门铃对讲系统；紧随其后的是计算机网络系统、三表抄送系统以及对家电设施的综合控制系统等[4,5]。在国外各大企业研发智能家居产品的同时，国内厂商也己开始智能家居产品的研发和生产，特别是一些大型IT企业利用自身在资金与技术方面的优势，在低端产品市场上占据了相当重要的地位。比如：清华同方e-home事业部、南京普天楼宇智能有限公司、中美科龙公司等都正加紧研发智能家居系统的相关产品。虽然在今天，人们理想中的智能家居还是一个梦想，但是它已经不太遥远了。 §1-3研究开发的必要性智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术，将各种家用设施(如照明、安防、家电等。通过家庭网络连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活。传统的智能家居系统一般是通过有线线路布线进行各种控制和通信的，人们难以脱离各种线缆的羁绊，而且系统的可扩展性能也很差。现代近距离无线通信技术的发展，使得人们能够冲破这种束缚，营造更舒适的家居生活。家居网络可以大致分为数据网络和控制网络两大部分，从数据通信功能上来划分，智能家居网络可以分成家庭数据网络和家庭控制网络两种。家庭数据网络完成家居中的以下功能: (1)提供家庭内部共享上网能力； (2)提供多媒体家电互相通信能力，共享影音、文件。如电脑和电视、VCD、音响、PDA，MP3播放器等；

远程智能家居控制系统 4(3)实现机器和机器之间大批量、高速率的数据传输。家庭控制网络完成家居中的以下功能: (l)灯光照明控制； (2)家居环境监测和控制； (3)家居安防； (4)家庭应急功能。智能家居控制系统可以归纳成是一个各种家庭设备互连和控制网络，互连是满足人们的数据通信的基础，控制是家居自动化、智能化的根本[6,7]。传统智能家居控制系统的特点和不足:传统的智能家居控制系统一般是有线的方式来组建的，如Lonworks，X-10，RS485，CANBus，Ethernet等。其中X-10是智能型家庭网络系统中最被广泛采用之技术，主要是因为价格便宜及部分消费者可自行装设(do-it-yourself)；而Lonworks虽然品质及性能都较X-10好，但偏高的售价却造成难以普及，至于Lonworks目前主要市场还是在工、商业界，而且通常需要专业人员协助装设。RS485，CAN Bus用于自动化工业控制场合，技术发展己经比较成熟。Ethernet适合高速数据传输网络标准，用于家庭自动化控制也受到电缆布线的限制。一些技术发展己经相对比较成熟，而且在行业己经具有一定的标准性和通用性，但普遍还存在以下缺点: (l)基于有线的方案具有明显的缺点:布线麻烦，增减设备需要重新布线，而且影响美观；另一方面系统可扩展性差，系统安装和维护成本高，移动性能差。 (2)智能家居内部设备的通信和控制没有一个国际上统一的通信接口标准。 (3)家居设备在家庭内部的编码方式随便混乱。针对以上提出的目前智能家居控制领域存在的不足，我们从技术发展的角度来考查设计中要考虑的要素。与家居数据通信网络的核心目标不一样，家居控制系统需要的是低速率低成本的控制手段。音视频等大数据传输可能需要高速的通信接口来维持，而控制网络在于设备的互连和控制功能，不需要高速率、高QOS的通信技术来支撑。从实用的角度来看，控制系统需要的是能提供更为便利的低成本组网。在家居网络中，我们要考虑以下特点: (l)低成本：家庭控制网络中控制的对象主要是大量的家电和传感器终端节点，这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。 (2)标准化：需要各个家居组成部件之间互相通信，标准化工作很重要。 (3)跨平台：使用环境是一个家居环境，整个系统中有着形形色色的平台。 (4)自组织：不能期望用户能够对系统进行复杂的配置和管理，网络环境下各种资源的自组织和协同工作显得十分重要。 (5)可扩展性：系统不做改动的情况下，能够自动地进行软件升级和功能扩张。

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