智能家居系统的设计与实现

1、智能家居系统的设计与实现智能家居系统的设计与实现摘要随着信息化、智能化设备的普及，现在人们也希望在家居环境中添加各 种智能化的设备，能将家电设备、家居环境因数通过无处不在的网络联系起 来，这也是智能家居系统的原始构想。 智能家居系统是一种网络化、 信息化、 智能化的系统，在合适的硬件和软件的组合下，将家居环境中的设备通过网 络实现物物相连的功能，同时也将家居环境中的各种环境因素也添加到网络 中，满足了人们通过网络控制家电设备了解家居环境因素的要求，进而可以 满足人们对家居环境更高级需求，而这些要求是传统家居无法完成的。b5E2RGbCAP智能家居系统中最重要的是核心控制器，它是连接家居家电设备

2、、家居 环境以及终端控制设备的桥梁，目前国内外对智能家居研究中，一般都选择 单片机与 ARM 作为核心控制器。本文选择 Arduino Mega 2560作为核心控制 器，就稳定而言， Arduino Mega 2560比单片机、 ARM 更加稳定实用，而且 Arduino 无论是硬件还是软件都是开源的，这就意味着可以查看和下载其源 码，更加方便用来设计智能家居控制系统。 p1EanqFDPw本论文的设计思想是将家电智能化、家居安防、家居环境监测、局域网 控制以及远程控制等功能集中到一个综合管理系统上。系统选用蓝牙作为局 域网控制的纽带，选用 GSM 网络作为远程控制的媒介，并为解决现在市场上

3、 红外家电设备难以控制的难题，设计了一种红外转发器，代替红外遥控器， 免去了家居环境多遥控、使用必须在一定范围的问题，考虑到智能手机的普 及，本文选用手机作为移动终端控制设备， 而不在设计另外的终端控制设备， 这样既方便又省去了携带的烦恼。此外，该系统还具备良好的可扩展性和对 不同家居环境的适应性，可以根据不同家居的需要，进行功能的裁剪、增添和移植等。 DXDiTa9E3d关键词 智能家居； Arduino Mega 2560 ；蓝牙； GSM 模块；红外转发Design and Implementation of SmartHome SystemAbstractWith the popula

4、rity of information and intelligence equipment,now we also want to add a variety of intelligent devices in the home environment, and it can able to appliances and home environment factor by ubiquitous network link. This is the original concept of smart home system. smart home system is a network tha

5、t information technology and intelligent systems is the right combination of hardware and software.In the home environment to achieve functional that material objects connected to the device through the network and also the home environment in a variety of environmental factors also added to the net

6、work to meet the people through a network control appliances at home understand the requirements of the environmental factors, and thus meet the needs of people are more advanced home environment, and these requirements are the traditional home It can not be completed. RTCrpUDGiTSmart home system is

7、 the most important thing is the core controller, which is connected household appliances, home environment and a terminal control device bridge. At home and abroad for the smart home study, generally choose microcontroller with ARM as the core controller. Paper chooses Arduino Mega 2560 as the core

8、 controller, in terms of stability, Arduino Mega 2560 Microcontroller ratio, ARM is more stable and practical, and Arduino whether hardware or software is open source, which means you can view and download its source code, and more easy to design intelligent home control system.5PCzVD7HxAThis thesis

9、 is to design intelligent home appliances, home security, home environment monitoring, local control and remote control functions to focus on an integrated management system. Bluetooth as a local area network control system selects the link, using the GSM network as a remote control of the media, an

10、d now on the market to solve the infrared appliances is difficult to control the problem, design an infrared repeater, instead of infrared remote control, eliminating the home environment more remote, must be used in a range of issues. Taking into account the popularity of smart phones, the paper se

11、lected as a mobile phone terminal control device, not in the design of an additional terminal control device, which is convenient and eliminates the need to bring trouble. In addition, the system also has good scalability and adaptability to different home environment, according to the needs of diff

12、erent home, cropping functions, additions and transplantation. jLBHrnAILgKeywords Smart Home, Arduino Mega 2560, Bluetooth, GSM Module, Infrared RepeaterxHAQX74J0X目录摘要 L.DIIAYtRyKfEAbstract Zzz6ZB2Ltk第 1 章 绪论 dv7zfvkwMI11.1 本论文研究背景及意义 7.rqyn14ZNXI1.2 智能家居国内外发展状况 E7mxvxOtOco1.3 论文研究的主要内容 S9ixE2yXPq5第

13、 2 章 智能家居系统的总体方案设计 160ewMyirQFL2.1 智能家居系统的基本组成 1k0avU42VRUs2.2 智能家居系统总体设计方案 1y06v3ALoS892.3 智能家居系统中的硬件平台 1M22ub6vSTnP2.3.1 Arduino 介绍 102YujCfmUCw2.3.2 GSM 模块 SIM900A13Uts8ZQVRd2.3.3 无线模块 1.4sQsAEJkW5T2.3.4 传感器模块 1G5MsIasNXkA2.4 本章小结 1.7. TIrRGchYzg第3章 智能家居系统的硬件设计与关键技术实现 187EqZcWLZNX3.1 智能家居继电器控制系统硬

14、件设计 1. 8lzq7IGf02E3.2 红外转发系统的关键技术与实现 1. 9zvpgeqJ1hk3.2.1 红外遥控系统的关键技术 1. 9NrpoJac3v13.2.2 红外转发系统的设计与实现 221nowfTG4KI3.3 传感器采集电路设计 2f5jnFLDa5Zo3.3.1 烟雾传感器电路设计 2tf6nNhnE6e53.3.2 红外人体传感器电路设计 2. 6HbmVN777sL3.3.3 温湿度传感器 DHT11 电路设计2.6V7l4jRB8Hs3.4 蓝牙控制电路设计 2.683lcPA59W93.4.1 蓝牙模块的主要功能 2.7mZkklkzaaP3.4.2 蓝牙串

15、行端口链接流程与硬件连接 27AVktR43bpw3.5 GSM远程控制系统设计 28ORjBnOwcEd远程监控系统串口通讯 2.82MiJTy0dTT3.5.2 远程监控系统硬件电路 2g9IiSpiue7A3.6 本章小结 2uE9h0U1Yfmh第 4 章 智能家居系统的软件设计与实现 30IAg9qLsgBX4.1 Arduino 集成开发环境 3W0wghWvVhPE4.2 智能家居控制系统软件设计 3a0sfpsfpi4k4.2.1 继电器控制系统软件设计 3. 2ooeyYZTjj1红外转发系统软件设计 3B3keGuInkxI传感器信号采集软件设计 3P4gdO0sRlMo4

16、.3 智能家居蓝牙控制系统软件设计 335cdXwckm154.4 智能家居远程控制系统软件设计 3h78c52WOngM441 GSM系列协议简介 37bdyGious442 AT 命令详解TqMpJ94.4.3 UCS2 编码介绍38XVauA9grYP4.4.4 短信息接收和发送流程 3b9R9C6TJscw4.5 本章小结 4.0. pN9LBDdtrd第 5 章 系统测试 4.1. DJ8T7nHuGT5.1 智能家居软件设定 4.1QF81D7bvUA5.2 智能家居控制系统测试 4.14B7a9QFw9h5.2.1 继电器控制系统测试 4.2ix6iFA8xoX5.2.2 红外转

17、发系统测试 4.2wt6qbkCyDE5.2.3 传感器控制系统测试 4.3Kp5zH46zRk5.2.4 远程控制系统测试 4Y5l4HdOAA615.3 本章小结 4.6. ch4PJx4BlI结论4.7.qd3YfhxCzo参考文献 4E8836L11DO5攻读硕士学位期间发表的学术论文错误！未定义书签。 S42ehLvE3M致谢错. 误！未定义书签。 501nNvZFis第1章 绪论1.1 本论文研究背景及意义随着现代化电子技术和网络技术的飞速发展， 现在已经进入了信息化的时代。 如今可以把 电子信息技术、 自动化控制技术和网络通信技术结合起来应用于家居住宅， 于是出现了智能住 宅。

18、1984 年，世界上的第一座智能化办公大楼在美国康涅狄格州哈德福特市建成，由此掀开 人类智能家居的第一页。 jW1viftGw9随着信息化、智能化的普及， 现在人们也希望在家居环境中添加各种智能化的设备， 能将 家电设备、家居环境因数通过无处不在的网络联系起来。这也是智能家居系统的原始构想1 ，智能家居系统是一种网络化、信息化、智能化的系统，在合适的硬件和软件的组合下，将家居 环境中的设备通过网络实现物物相连的功能， 同时也将家居环境中的各种环境因素也添加到网 络中，满足了人们通过网络控制家电设备了解家居环境因素的要求， 进而可以满足人们对家居 环境更高级需求，而这些要求是传统家居无法完成的。

19、智能家居是在原有家居环境的基础， 结 合无线通信技术、智能控制技术、物联网技术等现代化电子信息控制技术，实现家居智能化， 提高家居环境的安全性、高效性、舒适性、便利性等。智能家居概念的提出远远早于手机的诞 生，可是发展却远远落后于手机，近年来，物联网技术的诞生与发展才促使了智能家居系统相 对较快发展，物联网技术使得家居中的各种家电设备、家居环境可以相互连接在一起，实现了 家电自动控制功能、局域网无线控制功能、远程控制功能、环境监测功能、红外转发功能等。 智能家居相比普通家居最主要的特点就是智能化， 在原始家居的基本功能上引入了核心控制器 2，它的主要作用不仅具有传统家居的功能，还具有信息交互功

20、能，监控家居环境内的家电的 运行情况以及家居环境， 在用户需要了解家居情况时将信息发送给用户， 按用户的要求去控制 家电的运行， 在家居环境异常时自动处理并将报警信息发送给用户。 物联网技术的诞生与发展 解决了智能家居中物物相连的难题， 这个难题的解决， 使得智能家居在未来必将得到广大用户 的期待，未来的市场将会高速发展智能家居系统，其应用前景非常广阔。 xS0DOYWHLP 随着信息化时代的到来， 人们对生活的追求越来越高， 对自身居住的环境也提出更高的要 求。智能家居的出现就是在人们的这些要求下产生的， 传统的家居只能满足人们简单的居住功 能，对于除了居住功能以外的一些要求根本不可能实现，

21、 智能家居的出现就是为了满足人们对 自身居住环境的要求， 这也是传统家居与智能家居的根本区别。早在上个世纪末期，智能家居 的概念就被提出来， 但是由于当时的技术水平很难实现， 智能家居并没有像预期那样发展起来， 后来随着科学技术的发展，市场产品出现多元化的趋势，各类产品标准不一，不能互相兼容， 智能家居也没有普及开来。 所以综合智能家居发展的情况来看， 现在有必要研究一种成本低而 且兼容性较好的智能家居系统。 LOZMkIqI0w1.2 智能家居国内外发展状况智能家居经历了家庭电器化、家电自动化、 家居智能化三个阶段。 早期随着电子技术的发 展，各类家电设备问世，从而掀起了在传统家居中引入家用

22、电器的热潮；后来由于网络信息技 术的普及，各类家用电器进入了自动化的阶段，家居系统也进入了家电自动化的阶段；近几年 由于物联网技术的提出与发展， 使得智能家居系统的实现成为可能， 世界各大公司也纷纷加入 智能家居系统的研究中。 ZKZUQsUJed在了解智能家居技术之前， 先必须了解物联网这个概念， 因为现在的智能家居是在物联网 的基础上发展的，物联网是在 1999 年就提出来了，当时叫传感网。物联网技术 3 就是通过互联网技术、信息传感技术等来实现物物相连的技术，它摆脱了互联网所统治的虚拟化的时代， 使得虚拟化的操作能与实际操作相对应， 促进了智能技术渗透到我们生活的各个方面， 从而使 得智

23、能家居技术得到了迅猛发展。在这里介紹下国内外的智能家居行业发展情况。 dGY2mcoKtT 国际：智能家居的研发在国外起步比较早，美国等一些欧美国家一直处于领先地位4 。近年来，美国的微软公司以及摩托罗拉公司等国外著名的大型企业， 先后投入到智能家居系统的 研发中。现在比较知名的有微软公司研发的“梦幻之家” 、摩托罗拉公司的“居所之门” 、IBM 公司的“家庭主任”等，这些研发的智能家居系统均已占据了家居市场，亚洲地区如日本、新 加坡等国的一些龙头企业也纷纷加入了智能家居系统的研发队伍中，对家居市场更是跃跃欲 试。智能家居之所以能受到关注，除了能构建快捷、方便、舒适、安全的家居环境外，它还能

24、带动小区甚至是城市的建设发展，这也是我们未来将看到的智能小区、智能城市。 rCYbSWRLIA 智能家居系统现在在国外主要有 X-10系统、EIB系统、8X系统。X-10系统主要应用在 美国，该系统的主要特点是利用电力线缆作为网络交流平台，采用集中控制的方式，省去核心 控制的设计，缺点是价格昂贵，实施难度大； EIB 系统主要应用在德国，该系统采用预设总线 及中央控制方式实现对家居环境和家电的控制， 但是对实施工程要求复杂严苛， 而且造价较高； 8X 系统主要应用在新加坡，该系统主要采用总线与集中控制想结合的方式来实现智能家居的 功能，但是系统的架构大，产品价格高。 FyXjoFlMWh纵观国

25、外智能家居的发展， 绝大多数采用的是集中控制， 只有一个核心控制器来实现多个 家庭的智能家居系统， 这样的好处的方便控制，省去了多家庭多核心控制器的麻烦，但是缺点 是实施难度大、价格高，最重要的是不符合我国家电市场多品牌、功能各异的特点，采用集中 控制方式可能只适合某种固定品牌的家电，并不适合所有品牌的家电设备。 TuWrUpPObX 国内：智能家居系统在国内起步比较晚， 直到上个世纪末期才正式被提出， 但是各方面因 素的制约，并未形成较大的规模。近几年由于物联网技术的迅猛发展，智能家居技术才得以发 展。目前国内在智能家居系统方面比较领先的有海尔公司的u-home,广东数码科技股份有限公司的安

26、居宝等。 智能家居在中国的发展经历的四个阶段 6 ，分别是萌芽期、 开创期、 徘徊期、 融合演变期。 7qWAq9jPqE1 萌芽期（ 1990 年-1999 年）我国最早的智能家居系统开始于上世纪末, 新加坡一家公司在中国推出了一款叫 “万智能” 的智能家居系统, 它的核心技术就是通过电脑实现了对一台电视机的关断, 但是当时并没有掀 起智能家居系统使用的高潮,主要原因是当时电脑还没有普及而且价格高,使用起来不方便。 这也算是中国最早的智能家居系统,也算是在中国智能家居系统的萌芽期。 llVIWTNQFk 2开创期（ 2000年-2005 年）这段时期由于电子技术的发展, 各大电子厂商纷纷研发

27、出各式各样的家电产品, 形成了家 用电器“百花争鸣,百花齐放”的局面。各大电子公司也纷纷投入到对各类家用电器的管理阶 段,各大厂商希望研发出一种控制器,能够统一管理家居环境的家用电器。 yhUQsDgRT1 3徘徊期（ 2006年-2010年）由于上个阶段家用电器的多元化发展, 加上各类家用电器没有统一的标准, 使得出现的智 能家居系统很难适应所有的家用电器设备, 这严重阻碍了智能家居行业的发展, 导致很多智能 家居的生产企业纷纷退出了这一市场。 MdUZYnKS8I4融合演变期近几年随着物联网技术的发展, 智能家居开始有了迅猛发展, 各类智能家居系统也纷纷出 现,智能家居行业也结束了徘徊期。

28、 09T7t6eTno目前我国的智能家居市场需求大, 但真正能满足市场要求的产品非常少, 其主要原因是涉 及行业多,包括家电行业、通信行业、电子传感器等,缺乏统一标准 7,8,各个子系统不能统一 控制、相互协调,各类家电产品之间不能兼容。 e5TfZQIUB51.3 论文研究的主要内容本文主要的研究内容是智能家居系统的设计与实现，重点是设计家居环境中各种家电设备 与以 Arduino mega 2560 为核心的主从控制器间，各种传感器设备与主从核心控制器间、终端 控制设备与主核心控制器间的信息交互功能， s1SovAcVQM 本文研究内容主要如下：1智能家居系统的组成与基本功能，主要针对智能

29、家居系统中各个子系统的功能，以及 所采用的技术进行展开研究。 GXRw1kFW5s2针对现有的智能家居系统进行研究，分析现有智能家居系统中存在的不足，提出一种 星型网络结构的智能家居系统，经过分析，此系统具有扩展性好、可操作性强、易于维护等优 点。 UTREx49Xj93为了解决家居环境中红外遥控家电设备，有多遥控、使用必须在一定范围、难以从内 部控制其运行的缺点， 设计了一套红外转发系统， 并对各类红外家电的红外协议进行深入研究。 8PQN3NDYyP4将日常生活中人们对家居环境中的一些处理经验加入到系统中，形成一个高效、稳定、智能的家居系统。第2章 智能家居系统的总体方案设计2.1 智能家居系统的基本组成智能家居系统相比传统家居最主要的特点是引入了现代化电子信息技术，它结合电子技 术、传感器技术、通信技术、 网络信息技术、 自动控制技术等，营造了一种安全、高效、快捷、 舒适的家居环境。智能家居是众多现代化技术融合的体现。 mLPVzx7ZNw智能家居系统应该具有的基本功能是对家电设备的精确控制、 对家居环境的精准监控、 与 用户信息的交流包括处理用户的命令以及在特定情况下将家居