基于无线网络平台的智能家居系统的研究_图文

1、燕 山 大 学大学生创新性实验计划项目开 题 报 告项 目 名 称：基于无线网络平台的智能家居系统的研究 项 目 来 源：（）国家级、 （ ）校级项 目 编 号：20091021609 负 责 人：魏占朋 联 系 电 话所 在 院 系：电气工程学院 专 业 年 级：07级电力系统 指 导 教 师：卢志刚 课题性质、来源： 独立课题 导师的子课题其他 项目起止时间：2009.112010.10 教 务 处 制2009年10月一、课题论证（可另附页）1课题的立项背景、目的和意义（明确指出学生自己对课题的理解）无线传感器网络是新一代的传感器网络，是当今国内外研究的一大热点，

2、很多大学和研究机构都开展了相关的研究。发达国家如美国、日本非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，它在军事和民用领域都具有广阔的应用前景，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。而无线传感网络的核心则是无线数据的传输。本设计通过对芯片的特殊选择和软件设计实现对功耗的特殊要求，在稳定性上和数据传输率上也具有相当优异的性能。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，家庭要求的档次越来越高，生活家居要求一种人性化、智能化。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

3、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。目的和意义：本项目的最终目的是通过无线网络与智能家居相结合，实现个性化、自动化，快节奏，充满乐趣的生活方式。无线网络摆脱了有线连接的限制，通过项目的完成，进一步提高提高自身对科学实验研究的兴趣与爱好，扩宽自己的知识面，提高自己的动手能力，专业技能和创新意识。将所学的电子技术、编程、自动控制理论、信号处理等方面的知识应用于实践并更为深刻的理解与掌握。对无线网络的研究不仅锻炼了学生的编程能力还开发学生的科研方面的内在潜质。对于研究各种工业工程及控制有着推动作用。本项目的意义在于使人们的生活更加多样化，更加智能化。智

4、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、定时控制等。通过网络化实现智能控制和管理，体验“以人为本”的全新家居生活。2课题研究现状评述有些发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(Boston Unversity还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium，期望能促进传感器联网技术

5、开发。美国的技术评论杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，商业周刊 预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。国内无线传感网络的研究与国际上相比具有同发优势、同等水平。传感网络是当前信息技术的前沿领域：1999年，上海微系统所率全国之先，启动无线传感器研究，中科院在“十五”开始全面部署传感网络的研究，科技部在“十一五”计划中列入大量的传感网络项目计划，国家自然基金委设立传感网络研究领域，国家中长期科技发展规划中重大专项、优

6、先发展主题、前沿领域三个层面均列入传感网络。目前绝大多数工科院校都已经开展了有关无线传感器网络方面的研究工作，一些高科技企业，如中国移动、华为、中兴、诺基亚、阿尔卡特等大型企业，也加入了研究行列。现阶段多数智能家居系统的布线工程比较费事，所以在一些新的智能家居商家所研发的系统，就立足实现无线智能控制。部分系统采用的蓝牙技术，其产品更为昂贵且在国内也并不常见。目前美国有一种占据市场主流的产品X-10，但这些产品技术限制较多、较复杂，并不适合在我国原样照搬使用应用。还有国内自主研发的产品也都大大减少了布线施工量。但就目前的技术而言，让无线传感器网络真正的大量投入使用还面临着许多问题：比如网络内的通

7、信质量问题，成本问题和高功耗等问题，通过改善节点之间的通信协议我们可以提高通信质量问题，我们项目一个创新点就是低功耗，通过改善硬件和软件我们极大的降低了整个系统的功耗。参考文献：1数字电路技术基础 清华大学出版社2电路电子技术基础华中科技大学出版社3蒋仙华，智能家居系统的研究与开发学位论文，浙江大学4龙邦贵，一个智能家居网络系统的研究和初步实现学位论文，广东工业大学，5郑娴，姚铭 智能家庭网络的研究现状与发展趋势 智能建筑与城市信息，6张浠，王德银，张晨 MSP430单片机C程序设计与实践 北京航空航天大学出版社7沈建华，杨艳琴 MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践 北京航空航天大学

8、出版社8胡大可 MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机 北京航空航天大学出版社9(美 Edgar H. Callaway, Jr 无线传感器网络体系结构与协议 电子工业出版社10李晓维 无线传感器网络技术 北京理工大学出版社 11黎连业, 郭春芳, 向东明 无线网络及其应用技术 清华大学出版社12郭晓林，彭放 一种实用智能温湿度传感器 传感器世界13 高鹏，安涛，寇怀成 电路设计与制作protel99入门与提高 人民邮电出版社14魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统技术实例 北京航空航天大学出版社3课题主要内容与基本思路，分析难点和创新点主要内容：本项目重点研究超低功耗的无线

9、网络平台及无线网络平台在智能化家居系统中的应用。基本思路：一、设计并制作智能家居的模型用合适的材料按照现实中的住宅做一个智能化家居的模型，研究硬件电路，搭建硬件平台，把搭建好的硬件平台嵌入到智能化家居的模型中。二、搭建无线网络平台本系统拟采用超低功耗的MSP430系列单片机和低功耗的CC1100无线模块搭建无线网络平台，采用星型网络实现平台内各节点的通信。三、把搭建起的无线网络平台成功的应用到智能家居上本智能家居系统主要包括室内灯光的控制，太阳能热水器水温和水量的检测及自动上水，窗帘的自动开合的控制，厨房油烟、天然气的监测报警及自动排烟，室内温度湿度检测及控制，时间显示及无线设定修改。通过无线

10、网络平台将这些功能有机的组合起来，能够正常有序的工作。难点和创新点难点： 1、 无线传感器节点的组网。2、 主机从机通讯协议的制定。3、 无线传感器节点与家具模型的结合。创新点：一、本系统的超低功耗本系统拟采用MSP430系列单片机和CC1100无线模块来搭建无线网络平台。从硬件方面来说，MSP430系列单片机是目前业界功耗最低的16位单片机，电源采用的是 1.83.6V 电压，芯片的电流在 200400uA；CC1100 无线模块也是低功耗的，工作电压也是1.83.6V，正常工作时的电流仅为15mA。从软件方面来说，对于MSP430系列单片机，通过软件编程可以设定当在高速处理信息时启用高频时

11、钟，这样可以缩短消息处理时间，减小数据包的延时，当单片机处于待机模式时可以启用低频时钟用于内部定时器的时钟源，并且同时提供给实时时钟模块作为基准时钟。采用两个时钟协调工作大大降低了单片机以及系统的功耗。而CC1100有三种工作模式：正常工作模式、空闲模式和睡眠模式。通过软件编程可以实现三种不同的工作模式的切换，可以节省大量的资源。二、避免无线网络平台之间的干扰本系统拟采用CC1100无线模块，CC1100的数据包协议已经固化在芯片中，使用起来非常方便，但是CC1100的数据包格式能被软件配置，可根据自己的实际情况对数据包格式进行删减，通过前导和同步词汇的设定可以实现无线网络平台之间的干扰，接着

12、可以对地址设定，这样就可以解决无线网络平台内部节点之间的信号干扰问题。并且还可以通过设定地址滤波和最大长度滤波实现外界信号对本系统的干扰，CRC校验还可以提高信息的准确度。三、星型的网络结构本系统采用星型无线网络结构，星型网络是由一个控制终端和若干个传感器终端组成。每个传感器终端上都安装上一个处理器和一个无线芯片，主控制端通过广播的方式呼叫其他传感器终端和执行终端。传感器终端和执行终端只有在接受到与自己地址匹配的数据包才会接受数据。能有效解决网络冲突问题。可行性分析：本团队都是由无线电爱好者协会骨干人员组成，对电子产品设计有浓厚的兴趣，从进入大学我们就开始学习电子知识，完善自己的知识结构，提高

13、自己的科技研发能力，注重理论与实践相结合。植根于学校各技术社团，充分利用大学的各种资源，经常和技术类社团成员进行交流探讨，互相学习。经过近两年的学习能熟练应用AT89S52和AVR各种系列型号的单片机，还能很好的设计连接单片机的外围电路模块。每位成员都积极参加各种科技类活动与研发。现已获得“世纪杯”、“电子制作大赛”、“单片机大赛”、“慧鱼机器人大赛”“秦皇岛市高校单片机程序设计大赛”等各种科技比赛的优秀成绩。完成校级科研立项两项。本团队于08年11月份开始着手进行“飞思卡尔”杯智能车的研究，期间我们不断尝试新方法，对智能车的软件结构，硬件设计和机械结构等进行了深入的研究，历时7个多月的研究我

14、们对如何提高智能车的整体性能有了一个更高层次的理解。于今年7月代表学校参加了东北赛区的“飞思卡尔”杯智能车大赛，经过激烈的角逐最终取得东北赛区一等奖的好成绩，并成功晋级全国总决赛，又经过近半个多月的认真准备，8月在北京总决赛中取得全国二等奖的优异成绩。通过本次比赛我们不仅对单片机编程，电路设计，PCB板的制作有了更好地理解，更让我们认识到团队合作的重要性，要敢于尝试勇于创新。我相信我们一定有能力很好地完成这个项目。4课题预期成果1. 用超低功耗的MSP430F436和CC1100无线模块成功的搭建起一个稳定的无线网络平台。2. 将搭建起的无线网络应用到智能家居上，实现对智能家居的无线控制。3.

15、 做出一个智能家居的模型，届时会在大家面前呈现一个无线控制的智能化住宅。二、研究进度及具体时间安排起止日期主要研究内容预期结果2009.112009.12搜集资料，咨询老师完成整体规划2010.12010.2根据整体模块的设计，选购器件，并对项目进行细化。搭建一个基本的实验平台，进行点对点的基本调试。2010.32010.4对各模块分别进行实验，进行数据处理与分析实现各部分模块独立正常运行2010.52010.8搭建整体硬件平台，调试软件程序，对各个模块进行整合实现模块间的通信2010.82010.9把产品嵌入到家居模型中，优化整个系统。初步实现家具模型基本功能2010.92010.10系统的整体调试，相关文件的归档处理，准备答辩。做出最终智能家居模型。三、现有条件及经费预算现有条件：电气工程学院学生创新性实验室，实验室中有几台电脑，电源，示波器等等。研究过各种电机驱动电路板，信号发生和调理电路。项目拨款：10000元。 资料费 500 购买图书和光盘资料、打印文档等购买实验耗材 8600 MSP430系列单片机开发板：500*1=500（元）MSP430芯片：80*12=960（元）CC1100无线模块：60*12=720（元）家居模型：500（元）触摸屏（3.5寸）：420*2=840（元）电机：80*6=480（元）各种元器件：1500（元）PCB