基于物联网的智能家居系统设计

1、物联网应用于实践课程报告物联网技术在智能家居中的应用学年学期:2014-2015学年下学期专业：电子信息科学与技术学号： 031241108 授课班号： 0312411 学生姓名： 指导教师： 摘 要 随着科学技术的快速发展以及生活水平的不断提高，智能家居的概念开始走向大众并成为一段时间以来科技界的热门话题之一。由于其广阔的应用前景和巨大的潜在市场需求，各大电子厂商纷纷投入到智能家居系统的研发中，并已取得了长足的进步，世界上各种不同的智能家居产品相继问世，极大的方便了人们的生活。 本文研究基于物联网的智能家居系统。文章首先介绍了智能家居和物联网技术，然后介绍了物联网在智能家居中的应用现状。无线

2、传感器节点是组成智能家居系统的基础单元，是本文设计的重点。本文综合考虑智能家居低功耗、低成本、传输距离短等特点，选择zigbee技术搭建智能家居无线网络，选择星型网络拓扑结构作为智能家居网络结构。 硬件方面，本文首先根据各节点的功能确定了各节点的结构框架，选择cc2430芯片为zigbee核心芯片设计zigbee模块，选择stm32f103vet6微控制器设计核心模块，在此基础上完成节点各模块的硬件设计。软件方面，也使用模块化的设计方法，不同模块之间的通信通过通信接口进行，这样做有利于软件系统的开发、维护和更新。 本文设计的智能家居系统能够实现监控、报警、控制等功能，虽然不足以反映现代智能家居

3、系统的全貌，但是在某些方面体现出智能家居的方便性和实用性，以及广泛的应用前景。关键词:智能家居、物联网、无线传感器网络、zigbee, cc2430目 录摘要.第一章绪论. 1 1. 1引言.1 1. 2智能家居概述. 1 1.2.1智能家居起源.1 1.2.2智能家居系统简介. 1 1.2.3智能家居发展现状. 2 1. 3物联网概述. 3 1.3.1物联网的定义. 3 1. 3. 2物联网网络结构. 3 1. 3. 3物联网国内外发展现状. 4 1. 4物联网在智能家居中的应用现状. 4 1. 5课题的研究内容.4第二章智能家居系统总体结构.5 2. 1设计需求.5 2. 2总体设计方案.

4、5 2. 3拓扑结构的选择.7 2. 4系统硬件结构设计.7 2. 4. 1末端节点结构.7 2.4.2家庭网关节点结构. 82. 5软件总体结构设计. 8第三章智能家居系统硬件设计. 8 3. 1硬件设计流程.8 3. 2模块确定和核心芯片的选择. 9 3. 3通信模块设计.10 3.3.1 zigbee模块设计. 10 3. 4采集模块设计. 12 3. 4. 1温度传感器模块. 12 3. 4. 2湿度传感器模块. 13 3. 4. 3火警监测模块. 14 3.4.4煤气检测模块. 15 3. 4. 5红外帘幕传感器模块.16 3. 5末端控制节点. 16第四章智能家居系统软件设计. 1

5、7 4. 1软件设计流程和开发平台. 17 4. 2采集节点软件设计. 184. 3控制节点软件设计.18 4. 4网关节点软件设计.19全文总结. 20参考文献. 20第一章绪论1.1引言 随着科学技术的快速发展，各种高科技家居产品越来越多的被应用到我们的日常生活中，人们对生活质量的要求也越来越高，对家居智能化的要求也越来越高，因此产生了智能家居的概念。智能家居最开始被定义为:将家庭中各种跟信息有关的通信设备、家用电器和安防设备通过hbs chome bus system，家庭总线技术)连接到家庭智能系统上进行集中监视、控制和管理，以保持住宅环境的舒适、安全与和谐。自从自智能家居的概念问世以

6、来，智能家居得到了很大的发展，各种产品相继被推出，被广泛应用于家庭安防、家庭环境控制等方面，给人们的生活带来的很大的方便，具有广泛的应用前景。 相对于的智能家居，物联网的概念出现得更晚，随着ibm公司2008年提出“智慧地球”概念，物联网的概念更加贴近人们的生活。物联网主要是把局域传感网络和目前发展已经十分成熟的互联网连接在一起，从而实现对被感知物体的监测和控制。物联网的出现为智能家居技术带来了全新的解决方案，同时，我国政府推出的三网融合政策也为智能家居的发展提供了政策上的大力支持，随着3g技术的发展和三网融合政策的大力推行，智能家居和物联网的关系也变得更加紧密。 本课题是基于物联网的智能家居

7、的研究，通过大量的传感器采集用户住宅环境，然后分析这些采集到的数据，为用户提供智能服务。与普通家居相比，智能家居提高了人们的生活品质，极大的方便了用户。1.2智能家居概述1.2. 1智能家居起源 智能家居是it技术、控制技术和网络技术向传统的家电产业渗透的必然结果。随着近年来信息化的高速发展、通信的自由化和高层次化、业务量的高速增长和人们对工作和生活环境的安全性、舒适性以及高效性要求的提高，社会对智能家居的需求大大增加;此外在技术方面，电子信息通讯技术和计算机控制技术的发展，也促成了智能家居的诞生。 上个世纪80年代初，大量采用电子技术的家电产品进入市场，产生了住宅电子化的概念。80年代中期，

8、将家电和通信设备以及安防设备的功能综合后形成了住宅自动化的概念。80年代末，在美国出现了通过总线对家居中各种通信设备、安防设备等进行控制和管理的系统，称为smart home，这就是现代智能家居的原型。1.2. 2智能家居系统简介 现代智能家居系统一般可以分为内网、外网和网关三部分。其中内网是负责连接各种家电和其他设施的局域网，外网一般是小区局域网，internet等，功能是实现远距离传输,网关的作用是连接内网和外网，实现外网对内网的控制智能家居系统结构如图1.1所示。图1.1智能家居系统结构图 目前智能家居系统的功能主要由以下几个方面:家电智能控制:对家电进行自动控制,如根据室内温度自动幵关

9、空调或调解空调的工作状态。 灯光智能控制:根据室内的光线强度自动调节照明设备的开关或照明强度。以保持室内光线在合适的亮度。 家庭智能安防功能:目前家庭安防系统的主要功能是监控火警、煤气泄漏和非法闯入等。一旦出现以上情况，安防系统将有助于事件得到紧急处理以降低损失。此外，智能家居还包括家居布线系统、家居网络系统等方面。由于技术和成本等方面的限制，目前还没有出现真正意义上完全的智能家居系统，但是利用无线传感器技术强大的扩展能力，只要在设计系统时预留相应的扩展接口，在需要添加设备或更新技术时不需要对现有系统进行改造，只需要通过firmware升级和节点的扩充即可实现系统的升级。 1.2.3智能家居发

10、展现状 自从世界上第一幢智能建筑于1984年在美国出现以后，美国、欧洲、澳大利亚等很多国家先后提出了智能家居的解决方案，智能家居在这些国家有着很广泛的应用，虽然智能家居技术是一个新兴的概念，而且刚处于起步的阶段，但是它的其市场前景已经被很多大公司一致看好，intel, ibm, microsoft, sony等世界著名企业早己涉足该领域，它们陆续成立了研究智能家居技术的子公司。美国硅谷也己经把网络信息服务技术融入到家庭的应用作为当前技术发展的重点方向。很多世界知名的风险资本公司和各大电子公司都纷纷开始进行密切合作，以巨额的研发经费来支持智能家居的研发和设计。同时，很多规模较小的电子企业也将研发

11、重心放在智能家居领域，希望以快速推出产品和创新来抢占市场，以在市场竞争中占得先机。从小规模的产品如很小体积的支持流媒体和各种视频格式的网络浏览器，到较大规模的智能家居系统，各种智能家居产品相继问世，给人们的生活带来了极大的方便。 在国内，经过十余年的发展，智能家居技术正在走向成熟，出现了智能小区的概念。随着科学技术的发展和数字化时代的到来，家用电器越来越智能化，以及人们生活水平的提高，智能小区的概念为越来越多的人所接受，智能家居将得到更大的发展。1.3物联网概述 1.3. 1物联网的定义物联网的概念最早是在1999年被提出的，它的英文名是internet of things(iot)，也称为w

12、eb of things 2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟在于突尼斯举行的信息社会世界峰会上，发布了itu互联网报告2005:物联网，正式提出了“物联网”的概念。博欣将物联网定义为通过各种信息传感设备、装置和技术，实时采集所有需要监控、连接、互动的物体和过程，采集其光、声、热、电、力学、生物、化学、位置等各种人们需要的信息，再结合互联网形成一个巨大的网络，以实现物体与物体，物体一与人、物品与网络之间的连接，方便识别、管理和控制。 1.3. 2物联网网络结构目前一般讲物联网网络架构分为三个层次，分别为感知层、网络层和应用层。其结构如图1.2所示。图1.2物联网网络架构感

13、知层的主要作用是完成数据的釆集,包括传感器和短距离传输m络两个部分。传感器部分实现了对数据的采集,而短距离传输网络负责将传感器釆集到的数据传输到网关。网络层的主要作用是传递信息,它是基于现有的通信网络和互联网建立的,包括接入单元和接入网络两个组成部分。接入单元负责接收感知层发送过来的数据，并将数据传输至接入网络。接入网络即为现有的各种通信网络，包括有线电话网、移动通信网等。用户通过接入网络将数据传入互联网。应用层的主要作用是对数据进行管理和处理，并与物联网的各种应用相结合。物联网应用层包括中间件和物联网应用两个部分。中间件是一个独立的软件或服务程序，用于将一些公用能力统一封装以提高应用的开发效

14、率。物联网应用即各种供用户使用的应用，如家庭安防等。 1.3. 3物联网国内外发展现状自物联网的概念问世以来，物联网已经得到了很大的发展，被应用于交通、物流、电力、工业等很多领域。目前美欧及日韩等发达国家在物联网应用的广度和深度等方面处于领先地位。在国内，物联网的应用总体还处于发展初期，虽然国内开展了一系列物联网有关的项目，在电力、医疗卫生、公共服务等领域取得了一些进展，但总体来说，国内物联网技术跟发达国家相比还有很大差距。1.4物联网在智能家居中的应用现状目前物联网在智能家居中的应用主要集中在家庭自动化和家庭智能安防系统等方面。所谓家庭自动化，即在传统的家用电器如冰箱、空调中嵌入传感器和执行

15、器，使之成为智能家电，成为传感器网络的一个节点，并通过internet与外部网络互联，使用户可以很方便地对家电进行远程操作。所谓智能安防系统，即在住宅中安放一些监测火警、煤气泄漏等状况的传感器节点，一旦发生意外状况，这些节点会将危险信息发送给终端，并及时发出警报，以使险情能够及时得到处理。1.5课题的研究内容本文研究基于物联网的智能家居系统，首先研究了智能家居和物联网技术的特点和国内外研究现状，对系统的原理和设计需求进行了阐述，确定了组成系统所需要的三种节点(采集节点、控制节点、网关节点)，并对每种节点的功能进行了描述，然后根据节点功能对各节点硬件电路进行了设计。论文采用cc2430芯片作为终

16、端节点(采集节点和控制节点)的主芯片，采用stm32f 103 vet6芯片作为网关节点的主芯片，对系统所需要的各个模块，如各个传感器模块、通信接口模块及其外围电路进行设计。软件设计方面，本文选用iar system的iar embedded workbench ide开发平台进行开发，介绍了软件开发流程并在各节点功能的基础上介绍了各节点软件工作流程。第二章智能家居系统总体结构2. 1设计需求本文设计一种基于物联网的智能家居系统，根据智能家居系统的特点，该系统需要具有如下几种功能:1)室内舒适度自动调节功能:监测室内空气舒适度(温度和湿度)并能够根据室内温度和湿度度的变化自动控制空调(或窗户)

17、以使室内温度和湿度达到用户设定的范围; 2)安防功能:监测住宅内火灾、煤气泄漏、人员非法闯入等状况并及时发出警报(通过蜂鸣器报警); 3 ) internet/gsm通信功能:由于在现代生活中常常发生家中无人的情况，当住宅内发生火灾、煤气泄漏等情况而用户不在住宅内使上述功能2不足以通知用户时，系统还应能够通过短信或者internet向用户发出警报; 4)控制功能:系统应当可以接受用户通过短信或者网络发送过来的指令并执行相应的操作。根据以上功能，系统需要有以下功能模块:舒适度检测模块(湿度传感器模块和温度传感器模块等)，安防监控模块(火警监控模块、煤气泄漏监控模块、非法闯入监控模块等)，通信模块

18、(包括通过internet与用户通信和通过gsm网络与用户通信)，系统还需要有一定的数据处理功能，此功能需要使用mcu模块来实现。2. 2总体设计方案 目前常用的智能家居系统采用的网络架构多为基于互联网的采集控制系统。典型的基于物联网的采控系统结构如图2.1所示，网络分为局域网和互联网两部分，连接方式有有线连接和无线连接方式两种。在如图2.1所示的智能家居系统中，带有传感器的末端节点负责监测和采集相应的数据，并通过zigbee网络将采集到的数据传送到家庭网关，网关通过短信将信息转发到用户手机或者通过internet将数据发送至用户pc机。反之，用户可以通过同样的方法将命令发送至家庭网关，由网关

19、转发至相应的末端节点。图2.1物联网采集控制系统本文主要介绍该系统的局域网部分，局域网部分主要包括家庭网关和一些末端节点，末端节点为带有功能各异传感器的监控节点或者控制相应智能家电操作的榨制节点，这些节点被安放在住宅内重要的位置，监控节点主要有室内舒适度监控节点和家庭安防系统监控节点。室内舒适度监控包括主要温度传感器模块和湿度传感器模块等,而家庭安防系统监控包括或火警监测模块。空气煤气含量检测模块和红外幕帘传感器模块等。图2.2展示了智能家居系统的各个监控模块。 图2.2智能家居系统中的监控模块2. 3拓扑结构的选择 在zigbee技术简介部分我们已经介绍过了zigbee的三种网络拓扑结构，分

20、别为星型、簇状和网状网络拓扑。本文设计的智能家居系统用于普通住宅，网络规模很小，点数日有限，要求的覆盖范围也不大，所以本文选用星型结构网络。家庭网关节点就是星型网络中的网络一协调器，各种末端竹点一般为半功能设备。2. 4系统硬件结构设计 本文所介绍的智能家居系统中,根据作用的不同将节点分为采集(监控)节点、控制节点和家庭网关节点。这些节点是整个网络的基本组成单元,在系统的硬件设计部分,我们主要介绍这些节点的设计。 2. 4. 1末端节点结构 采集节点和控制节点都属于末端节点,他们既可以是两个分幵的独立的节点,也可以将功能集成在同一个节点上,本文将节点的采集和控制功能分幵,作为独立的节点。由于这

21、两种节点工作的环境多变，有时候还有一些体积上的特殊要求，所以一般采用电池供电。采集节点的主要作用是监测相应的环境变量的变化并及时将相应的数据发送给家庭网关进行处理，具有采集、接收、处理和发送数据等功能。部分采集节点还具有路由的功能，可以对其他节点转发过来的数据进行处理。控制节点主要负责接收上层网络发送过来的控制指令，控制节点需要能够识别这些指令并且根据这些指令通过自身集成的继电器做出相应的操作。采集和控制节点的结构框图相似，如图2.3所示。其中执行机构(继电器)模块为控制节点所独有，采集节点没有这一部分。与此相反，传感器模块为采集节点特有，控制节点不包括这个模块。图2.3末端节点结构图2.4.

22、2家庭网关节点结构 网关节点是整个系统中最重要的节点,几乎所有的功能都要有该节点的参与才能够完成,一旦该节点失去作用,整个网络将陷入瘫痪,网关节点对于数据的处理和通信能力要求很高,而且一般不需要移动,工作环境稳定,所以网关节点一般采用持续供电而非电池供电方式。网关节点的主要功能是接收采集节点釆集到的数据并经处理后发送到互联网,相反,它也接收用户通过互联网发送过来的指令并发送给相应的控制节点。同时,网关节点还需要有一定的数据存储能力,其结构如图2.4所示。 图2.4网关节点结构图2. 5软件总体结构设计 在系统的软件设计中，应当尽量采用模块化的设计，不同模块之间的通信通过通信接日进布于，这样做有

23、利于软件系统的开发、维护和史新，任意一个模块的修改不会影响到其他的模块的功能。此外，由于各个采集节点的功能相似，只是监测和采集的变量小同，这些模块的软件之间有很强的相似性，经过简单.的修改就能得到其他模块的软件。第三章智能家居系统硬件设计3. 1硬件设计流程在本文第三章中我们己经确定了组成系统的几种节点以及各节点的功能，本章分别设计这几种节点的硬件电路。通常硬件电路的设计流程如下:第一步，根据各节点的功能确定实现各节点功能所需的模块;第二步，为各模块选择合适的芯片，选择芯片时要考虑芯片功能、参数、成本等因素;第三步，设计各模块原理图并画出pcb图;最后加工电路板并调试电路。整个设计流程如图3.

24、 1所示。图3.1硬件设计流程3.2模块确定和核心芯片的选择在本文的系统硬件结构设计中给出了各节点的结构框图，根据这些结构图，本文系统需要设计mcu电路模块、通信模块(包括zigbee模块和gsm模块)、各传感器模块、电源模块、通信接口模块等模块，本章将一一介绍这些模块的硬件电路设计。 核心芯片即末端节点和网关节点都需要使用到的微控制器(mcu )，由于末端节点采用电池供电，故能耗问题是我们设计一电路时需要重点考虑的方面，考虑到大部分耗能都与mcu有关，所以低耗能的mcu是必须的till。此外，mcu必须有足够的接口与其他模块相连，且必须支持相应的接口，最后，成本方面的考虑也是必须的。综合以上

25、条件考虑，本文选用意法半导体公司(st)生产的一款基于arm cortex-m3的32位处理器芯片stm32f 103 vet6作为各节点的微控制器。这是一款专门为低功耗需求设计的mcu，工作电压为3.3v,工作频率为72mhz，具有休眠模式和省电模式，耗电量很低。该芯片可以直接与高频芯片进行通信，采用lqfp 100封装价，价格便宜，成本较低。内部具有512 kb flash,64kbram,且有多达80个io口，完全能够满足本文中系统各节点的要求。3. 3通信模块设计3. 3. 1 z i gbee模块设计 在本文设计的系统中，无论是末端节点还是智能网关都要用到zigbee模块，智能网关和

26、末端节点之间的通信主要通过zigbee实现，故zigbee模块是本文系统中重要的组成部分，zigbee模块的性能和可靠性直接影响到整个系统的系能和可靠性。 本设计选用chipcon公司生产的符合zigbee标准的soc片上系统cc2430作为zigbee模块的核心芯片，它内部集成了8051微控制器器，功能强大，具有很高的接收灵敏度和很强的抗干扰能力，工作电压为2.0-3.6v，本文中工作在3.3 v，该芯片只需要极少的外围电路就可以工作，设计简单，在低成本、低功耗等方面表现卓越。cc2430主要有如下特点： (1)芯片内部集成了高性能低功耗的8051微控制器核; (2)具有良好的无线接收灵敏度

27、和很强的抗干扰能力; (3)硬件支持csma/ca功能; (4)功耗很低，在休眠模式时电流仅有0.9必，外部的中断或r丁c能够唤醒系统;在待机模式时电流很小，外部的中断能唤醒系统; (5)较宽的电压范围(2.0-3.6 v); (6)数字化的rssi/lqi支持和具有强大 dma功能; (7)具有电池监测和温度感测功能; (8)内部集成14位adc模块以及aes安全协处理器; (9)带有两个强大的支持几组协议usart，以及1个符合ieee 802.15.4规范的mac计时器，1个16位计时器和2个8位计时器。 cc2430内部结构如图3.2所示:图3.2 cc2430内部结构图 cc2430

28、外围电路很简单,如图3.3所示。其中i/o 口通过总线由接口引出(图中并未画出),电路设计时主要考虑以下几个方面: (1)电源的去稱和滤波:射频电路对电源的要求很高,为了保证系统的性能,减少电源中的干扰,需要在电源端加接耦电容,最好在每个电源引脚接一个去耦电容,此外,为了布局方便,去稱电容的大小越小越好,所以一般采用0402封装的电容作为电源去稱电容(图中没有画出)(2) 阻抗匹配:rf的输入/输出是高阻和差动的,用于rf最合适的差动负载是(115+jl80)。本设计中采用的天线为单极天线,单级天线是非平衡天线,使用非平衡天线时,为了优化电路性能应当使用非平衡变压器。非平衡电压器可以使用低成本

29、的电感和电容来组成,图3.2中l1、l2、l3、c3就组成了简单的非平衡变压器,它们与一根印制在电路板上的微波传输带线(x/2偶极)配合即可匹配rf的输入/输出阻抗50。图3.3 cc2430应用电路 (3)天线的选择问题:cc2430芯片可以使用各种天线,比如差动天线或者单机天线等,使用差动天线时不需要使用非平衡电压器,只需要直接将脚接在cc2430的rf_p和rf_n上即可,本文中使用单级天线,需要使用非平衡变压器,如前文所述,本文中使用电容和电感来组成简单的非平衡变压器。非平衡变压器还需要与一根印制在电路板上的微波传输带线(x/2偶极)相连才能匹配rf输入/输出阻抗50f2,偶极天线长度

30、可以由下式求出:l=14.25/f式中f单位为ghz,l单位为cm,如f=2.4ghz时,l=5.94cm,图中每个入/2的长度为2.97cm。3. 4采集模块设计 3.4.1温度传感器模块本文选用ds18b20温度传感器芯片,其外形和典型封装如图3.4所示,我们选择图中最左边的封装。这种温度传感器芯片非常简单,只有三个引脚,使用时1脚接地,3脚接mcu电源,2脚接mcu i/o口。爆接的时候千万要注意不能接反,一旦接反就会发热,很可能烧毁。ds18b20应用电路如图3.5。其中 dq 接到 cc2430 (或 mcu)的 i/o 口。图3.4温度传感器ds18b20 图3.5温度传感器模块电

31、路3. 4. 2湿度传感器模块同室内温度一样，室内空气的湿度也是住宅舒适度的一个重要的方面，监测和采集住宅内空气湿度是本系统的一个重要功能。本文选择dht 11芯片作为湿度传感器测量空气湿度。dht 11数字温湿度传感器是一中含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它采用专门的数字模块采集技术和温度湿度传感技术，确保该产品具有很高的可靠性和很强的长期稳定性。dht 11内部包含一个电阻式湿度传感器和一个ntc温度传感器，湿度传感器为hr202湿敏电阻，温度传感器则为100k士1%的热敏电阻湿度传感器。这里我们只需用到它的湿度传感器功能。其电路图3.6所示：图3.6湿度传感器模块电路3.4.3

32、火警监测模块 本文选用用气体传感器mq-7来检测空气中co浓度的变化，根据空气中一氧化碳气体浓度的变化来判断火警。这种传感器具有灵敏度高、价格低廉、寿命长、外围电路简单等优点。芯片采用高低温循环检测方式，低温时(1.5v电压加热)检测空气中co的浓度，传感器的电阻随着co浓度增加而减小，高温时(5.0v电压加热)清洗传感器吸附的杂散气体。图3.7为该传感器的灵敏度特性图。 图中纵坐标为传感器的电阻比( rs/ro )，横坐标为气体浓度。rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值r。表示传感器在1 000ppm氢气中的电阻值。mq-7组成的检测电路很简单，考虑到mq-7工作时要用到sv和1.5v两种

33、电压加热，本文使用继电器来给芯片提高低电压，原理图如图3.8。如图3.8所示，p1输入低电平时，继电器线圈导通，此时继电器1脚与2脚相接，dq-7芯片h端接sv电源，此时为高温加热，加热60秒后，p1输入高电平，继电器线圈不导通，此时继电器1脚接在3脚上，r4分压，假设传感器自身电阻为r(约为31欧)，此13寸加热电压为:s xr/(r+r4)=1.5。将r=31代入可求得r4约为72欧。p2为传给mcu的输出信号。图3.7 mq-7灵敏度特性曲线图3.8 dq-7电路3. 4. 4煤气检测模块现在家庭厨房中使用煤气非常普遍,由于人们的疏忽或者设备本身的问题导致的煤气泄漏乃至中毒事件时有发生,

34、成为家庭安全事故的重要原因,因此监视煤气泄漏现象变得越来越重要。煤气检测模块通常安装于厨房中用于监测煤气泄漏,在事故发生时发出警报,及时作出处理。煤气泄漏中最严重的当属co泄漏,因为co与血红蛋白结合的能力远强于氧气,因而吸入过量co会导致呼吸困难,严重的会导致窒息而亡。因此，监测厨房中的co含量，防止中毒事件的发生是家庭安全的重要部分。本系统选用mq-5气体传感器来监测煤气泄漏的发生，mq-5用的mq-7芯片外形和封装完全相同，应用电路也相似，mq-5芯片加热时只需要sv电源即可，无需高低电压，跟mq-7与上节中所使所不同的是，故电路更加简单。与火警监测模块相同，此模块上同样安装一个蜂鸣器，

35、以及时发出警报。3. 4. 5红外帘幕传感器模块 红外幕帘传感器是家庭中安装在住宅门窗旁边用来监测是否有人从门窗闯入的产品。红外幕帘传感器原理是通过检测人体发射的红外线来触发报警，它的探测区域就如同像一个窗帘一样把整个门窗范围罩住，一旦发现有非正常情况模块就会触发报警功能，保障住宅内人员的生命和财产安全。 本文选用科立信公司产品ks-306flt红外幕帘。它的特点有:(1)采用智能识别技术;(2)抗干扰能力强,灵敏度高,且具有温度自动补偿功能;(3)可以设置不同的报警方式;可以选择不同的安装方式;(4)报警模式可设置(单向或双向);在单向报警模式下,识别方向和返回时间可以调整;(5)流线型设计

36、,安装灵活简便。3. 5末端控制节点 在本设计中,末端控制节点的作用是根据智能网管系统发送过来的指令控制智能家电的开关,一般控制节点的结构图如图3.9所示(其中实际使用时mcu直接使用cc2430芯片中集成的mcu)。图3.9末端控制节点结构图本文中通过mcu控制继电器以控制智能家电开关的通断,执行模块(继电器模块)的电路非常简单,如图3.10所示。图3.10控制节点继电器模块电路图第4章 智能家居系统软件设计4. 1软件设计流程和开发平台节点的软件设计，一般有安装开发平台、编写代码、生成可执行文件、烧写程序、调试、修改代码等步骤，具体开发流程如图4.1所示。图4.1节点软件幵发流程 本文中幵

37、发平台选择 iar system 的 iar embedded workbench ide (ew),釆用c语言编程。iar embedded workbench适用于大量的8位/16位/32位的微处理器和微控制器,使用户同一种幵发环境中对各种不同的微处理器进行幵发。4. 2采集节点软件设计 本节以温度传感器(ds18b20)模块为例介绍采集节点的软件设计，采集节点负责数据的采集、转发等工作，由于采集节点一般以电池供电，为了降低能耗，延长电池的使用寿命，所以采集节点一般工作在较为节能的休眠模式，节点每隔一定的时间被唤醒，采集数据，判断数据需不需要被发送至网关，然后再度进入休眠状态。节点每次被唤

38、醒之后要搜索并加入网络，如果没有搜到网络，节点进入休眠状态直到一卜一次被唤醒。节点加入网络之后，便会采集相应的数据并与程序中预先设定的温度范围进行比较，并将比较的结果发送至网关，完成数据发送后，节点再度l1-入休眠状态，等待下一次被唤醒，节点工作流程如图4.2 图4.2温度传感器节点工作流程4. 3控制节点软件设计 控制节点的软件设计相对简单，它的作用是接收网关的命令并进行操作，与采集节点为了节能而周期性休眠唤醒不同，控制节点必须时刻处于正常工作状态，以及时对发送过来的命令作出反应，其工作流程如图4.3所示。图4.3控制节点软件流程4. 4网关节点软件设计网关节点的作用包括接收数据、数据处理和发送命令等方面，接收的数据包括采集节点发送的数据和用户通过网络(gsm, internet)发送的命令，网关需要对这些接收到的数据进行分析以决定下一步操作。网关节点工作流程如图4.4所示。图4.4网关节点软件流程全文总结 随着社会的进步、科学技术的不断发展以及人们生活水平的不断提高，人们对家居环境的要求也越来越高，智能家居系统得到了越来越广泛的应用。本文对基于物联网的智能家居系统