物联网技术在家用电器中的应用及其系统设计毕业论文

1、 黄河科技学院毕业论文 第IV页 摘要 随着人们生活收入的不断提高。人们已经不再满足传统的衣食住行，而越来越多的关注如何提高自己的生活质量。本论文研究旨在为人们的家庭生活提供更富人性化的智能家电产品及其系统设计，增进“人与物”、“物与物”、“人与人”之间的交流。且智能家居利用物联网的网络通信技术、自动控制技术、音视频技术等对住宅内的家用电器、灯光照明进行智能控制。因此研究的正是如何构建一个舒适的居住环境，让人们体验方便、快捷、人性化的家庭内部服务智能家居。同时介绍了物联网的基本概念、核心技术以及在物联网背景下智能家居行业的发展与应用。今天在网络时代，人们的生活方式也随之改变，节奏加快，工作时间

2、延长，工作压力不断增加，而空闲的休息时间却不断减少。因此，人们迫切的希望能有智能化的家居产品出现，从而减轻人们日常生活的负担，由此家用电器的智能化将成为未来家电发展的主要趋势。 关键词： 人性化，物联网，智能家居，网络时代 Abstract With the increase of people's life. People are no longer satisfied the basic necessities of life,and more and more attention on how to improve their&#

3、160;quality of life. This paper aims to provide a more rich smart appliances product of people's family life, to promote the "object", "things","people" the emotional exchange between. The use of

4、the Internet of things and smart Home Furnishing network communication technology, automatic control technology, audio and video technology for residential household appliances, lighting intelligent control. It is the study of how to b

5、uild a comfortable living environment,let people experience the convenience, fast,personalized service - intelligent Home Furnishing within the family. We also introduce the basic concept of Internet of things, the core technology and 

6、the networking development and application of intelligent Home Furnishing industry background. Today, in the Internet age,people's way of life has changed, to speed up the pace, work time, work pressure increases,while the fre

7、e time is decreasing. Therefore, people are eager to have intelligent Home Furnishing products, so as to reduce the burden on the people's daily life, household appliances, intelligent home appliances will become the

8、 main trend of the future development of the.Keywords: humanization, networking, intelligent Home Furnishing, network era目 录1 绪论 11.1物联网的起源.11.1.1物联网的概述.2 1.1.2物联网在国内外发展研究的情况. .31.1.3物联网的关键技术. 41.2智能家居.4 1.2.1智能家居的概念.4 1.2.3智能家居应用.5 1.2.4智能家居发展趋势.5 2.智能家居系统设计方

9、案 .73.1 智能家居系统总体设计思想 .73.2 系统工作过程. .93.3 应用技术分析. .9 3.3.1 无线传输技术. .9 3.3.2 GPRS技术. .10 3.3.3 系统控制器技术. .123.4智能家居的系统设计. .13 3.4.1 主处理器的选取 .13 3.4.2模块框架结构 .13结论 .15 致谢 16 参考文献 17 黄河科技学院毕业论文 第17页 1绪论1.1物联网的起源1.1.1 物联网的概述物联网是新时期高科技技术的举足轻重的组合片段，也是“信息化”纪元的重要进化阶段。其英文称谓是：“Internet of things”。顾名思义，物联网其含义是指物与

10、物通过传感设备和红外或无线识别技术与互联网技术紧密地连接起来，实现智能化管理这有两层含义：其一，物联网的着力点和基本还是互联网，是在互联网基础上的拉伸和壮大的网络它概括互联网及互联网上全套的资源，兼容互联网所有的应用，兼容互联网所有应用，其二，其用户端拉开和扩展到了任何物料与物料之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人和物等由此新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，促成信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，如进行全球、国际间、省际间、区域间的物流监控；对环境

11、污染的监控；促成交通管理、家居、路灯控制智能化；各种类型的无障碍扫描收费 ；可进行各种类型数据的智能检索查询服务。也因此被称为继微处理器、互联网之后领域信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的基本，以用户感受为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。很显而易见，就时下的技术水准而言，相当长的一段时间内， “物联网”还将是不得不落实最最简单、最最基本的“物连网”。1.1.2 物联网在国内外发展研究的情况近几年，物联网技术成为发展的热潮打破了人们的传统思维，物联网技术的目标是将所有的物品均与网络连接起来，系统可以自动

12、实时的，对物体进行分辨、定位、追踪、监控并触发相应事件。因为物联网技术的发展几乎涉及到了信息技术的方方面面，是一种凝聚。 2009年，中国政府提出了“感知中国”计划，要大力扶持物联网产业发展，并将物联网上升为国家五大战略性新兴产业中的第二位。同年月7日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对微纳传感器研发中心给予高度关注和评价，谈到把物联网中心设在无锡，辐射全国的总体想法。温家宝总理指出“在传感网的发展上，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。目前我国在国家重大科技项目、国家自然科学基金、国家“863”

13、计划中已部署了物联网相关技术的研究。在通信协议、芯片、协同处理、网络管理、智能计算等领域组织开展了技术攻关。且物联网技术除在灾情监测、交通、物流、医疗、环保等领域已经开始应用外，在智能电网、智能安防等方面的应用也开始实施，我国已具有了一定的物联网基础，核心技术自主知识产权的缺乏是存在的问题，标准体系待建立等。同时我国已形成了较完整的敏感元件与传感器产业，产业规模稳步增长。我国形成了RFID低频和高频的完整产业链以及以京、沪、粤为主的空间布局，2009年市场规模达到85亿元并成为全球第3大市场。我国仪器仪表产业连续多年实现20%以上的增长，2009年产值超过5000亿元，企业数量为5000多个，

14、小型企业数量占比达到90%。 国外对物联网的研发一开始仅局限于条形码、 RFID 等技术在商业零售、物流领域应用，如美、欧、日、韩等少数国家。随着远程通信技术以及计算技术等的发展，其应用已拓展到各种环境监测、安防保护、智能型基础设施等领域。 “智能型互联建筑”。可以节约至少 15%的能耗；开发电力、交通、医疗、银行等智能化以及城市间智能化。 2009年1月，在美国总统奥巴马与美国工商领袖的"圆桌会议"上，IBM公司CEO提出"智慧地球"的概念，即把传感器放到电网、铁路、桥梁和公路等物体中，能量极其强大的计算机群，能够对整个网络内部人员和物体实施管理和控制

15、。  目前RFID技术正处于迅速成熟的时期，许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。 1.1.3物联网的关键技术 从专业的角度来看，可以将物联网划分为三层：感知层、网络层和应用层，它们分别对应着物联网的三项关键技术：1.传感器技术 目前数字信号已经在很大范围内取代了模拟信号，而且对于计算机而言，它也只能识别数字信号。如何获取数字信号，或者说如何将模拟信号转换成数字信号，就需要通过传感器技术来实现；传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以

16、至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。2.RFID技术 RFID具有快速读写、距离远、长期跟踪管理等特点，被认为是21世纪最有发展潜力的信息技术之一，因为可以实现点对点的物对物的操作，在物联网发展中起着至关重要的作用。RFID技术用于实现物联网真正意义上的物理性，借助相应的射频设备，各种物品和设备就像携带了一个“电子身份证”，更具智能化；借助无线网络技术，人与物之间可以展开“对话”

17、，物体和物体之间也能进行“交流”。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种环境之下。RFID技术可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID主要包括产业化关键技术和应用关键技术两方面，其中RFID产业化关键技术主要包括：标签芯片设计与制造，例如低成本、低功耗的RFID芯片设计与制造技术，适合标签芯片实现的新型存储技术，防冲突算法及电路实现技术，芯片安全技术，以及标签芯片与传感器的集成技术等。天线设计与制造：例如标签天线匹配技术，针对不同应用对象的RFID标签天线结构优化技术，多标签天线优化分布技术，片上天线技术，读写器

18、智能波束扫描天线阵技术，以及RFID标签天线设计仿真软件等。RFID标签封装技术与装备：例如基于低温热压的封装工艺，精密机构设计优化，多物理量检测与控制，高速高精运动控制，装备故障自诊断与修复，以及在线检测技术等。RFID标签集成：例如芯片与天线及所附着的特殊材料介质三者之间的匹配技术，标签加工过程中的一致性技术等。读写器设计：例如密集读写器技术，抗干扰技术，低成本小型化读写器集成技术，以及读写器安全认证技术等。目前RFID技术的应用范围非常广泛。3.网络技术物联网在感知层获得大量数据后要进行远距离的传输，此时移动网络将是最主要的接入手段。互联网络作为物联网的通道，要保证信息有序正确的流送，就

19、依赖于安全可靠的中间传输机制。随着物联网应用的发展、终端数量的增长，会产生非常庞大的数据流，在应用层就需要引入云计算中心处理海量信息，进行辅助决策。云计算作为一种虚拟化、硬件/软件运营化的解决方案，可以为物联网提供高效的计算、存储能力，为泛在链接的物联网提供网络引擎。此外，物联网中涉及关键技术还有中间件、客户端软件、用户卡鉴权和安全、远距通信（移动网/互联网等）、安全和隐私等。1.1.4物联网发展的未来趋势 互联网和移动通信网的发展，改善了人与人之间的交流方式和交流效率，缩短了时间和空间的距离；而“物联网”引入了人与物之间的交流，成为改变人类生活的技术首选，其发展目标就是使人们在任意时间、任意

20、地点都可以与任何物品相联，无疑为人类生活带来了革命性的变化。如何立足国民经济和社会发展对物联网技术的重大需求，构建物联网新型体系结构，突破物联网设计和实施的关键技术，并以应用为导向来带动物联网技术的发展，需要继续加大对物联网基础平台和关键技术的投入，加快物联网标准的建立，并以需求来驱动物联网应用。相信物联网的推广将会成为推进经济发展和社会进步的驱动器。 中国物联网产业的发展是以应用为先导，存在着从公共管理和服务市场，到企业，行业应用市场，再到个人家庭市场逐步发展成熟的细分市场递进趋势。目前，物联网产业在中国还是处于前期的概念导入期和产业链逐步形成阶段，没有成熟的技术标准和完善的技术体系，整体产

21、业处于酝酿阶段。此前，RFID市场一直期望在物流零售等领域取得突破，但是由于涉及的产业链过长，产业组织过于复杂，交易成本过高，产业规模有限，成本难于降低等问题使得整体市场成长较为缓慢。物联网概念提出以后面向具有迫切需求的公共管理和服务领域，以政府应用示范项目带动物联网市场的启动将是必要之举。从而随着公共管理体制和服务市场应用解决方案技术的不断成熟、技术的不断整合和提升逐步，将形成比较完整的物联网产业链条，从而将可以带动各行各业大型企业随之的应用市场。待各个行业的应用逐渐成熟后，带动各项服务的完善、流程的改进，应用市场才会随之成熟起来。1.2 智能家居1.2.1智能家居的概念智能的定义：从感觉到

22、记忆到思维这一过程，称为“智慧”，智慧的结果就产生了行为和语言，将行为和语言的表达过程称为“能力”，两者合称“智能”。智能是知识与智力的总和。智能家电的定义就是具备智能化和信息网络的功能，将现代信息技术、数字化技术、计算机技术应运于传统家电的产品，它具有远程控制、远程维护、自动报警和模糊记忆等特性。 智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居目前在世界上尚未有一个统一的定义，家居智能化到什么程度，也是一个随着科学技术和智能化产品的不断发展而发展的概念。要构建智能家居系统，首先需要在整个家庭范围内组建一个信息交互网络，打通数据交互的通道；其次设计一个集中控制器，通过它去控制和监测整个家庭内

23、部网络里的设备；最后需要采取一定的技术手段，将家庭内部的集中控制器与外界Intemet相连接，实现整个家居的真正意义上的网络化，达到能够在网络远端对家庭内部设备实现监控的目的。当然，智能家居的出发点和最终目的都是为了改善人们的生活环境，使人们生活得更加舒适便捷，从而提高生活水平的质量，并提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。1.2.2 智能家居的应用智能家居最初的发展主要以灯光遥控控制、电器远程控制和电动窗帘控制为主，随着行业的发展，智能控制的功能越来越多，控制的对象不断扩展，控制的联动场景要求更高，其不断延伸到家庭安防报警、背景音乐、可视对讲、门禁指纹控制等领域，可以说智能家

24、居几乎可以涵盖所有传统的弱电行业，市场发展前景诱人，因此和其产业相关的各路品牌不约而同加大力度争夺智能家居业务，市场渐成春秋争霸之势。1.2.3 智能家居的趋势智能家电控制系统已经有 20 多年的历史，虽然已经有很多成熟的解决方案，可是还不足以推出市场，主要是因为传统的智能家电系统存在一些不足：市场上智能家电系统都是采用有线介质的方式通信，采用这些方式设计的智能家电系统的兼容性比较差，而且大多数系统的网关还是采用比较传统的 PC，不方便移动和携带，功耗也很大。许多厂家设计的智能家电系统还是沿用以前的一些功能，像用于探测的红外装置，用于安全的监控摄像头，用于预防和检测的感知烟雾探头，具有在发生紧

25、急事件的求助按钮等，这些设计已经能满足用户的基本需求，但普遍存在报警不及时、重复投资率大等缺点。随着科学技术的发展，智能家电系统也采用了先进的的通信技术、增强了系统的扩展功能、减少系统的成本和削减或去除人工操作等。 任何一个新概念、新问题的提出，也必将伴随着一门新技术的产生去解决这个问题。智能家居同样如此，应当通过何种方法、何种技术手段去实现智能家居系统。为了解决这一问题，物联网技术应运而生，它的出现为智能家居的实现提供了一个很好的技术手段。目前，智能家电系统需要克服几个困难：由网络和监控等给业主带来的隐私保密问题、控制设备的灵活控制问题、互联和扩展性问题、技术和设备的复杂性带来的易用性问题、

26、安防系统中的安全可靠和可维护性问题、设备的配置和其配件带来的成本问题等。要想解决这些问题，必须引入新的科技，遵循绿色、生态、环保的核心理念，结合生物电子、软件工程、高新材料、环保生态等学科，带领智能家电控制系统进入一个新的辉煌时代。在未来的几年甚至是十几年中，随着物联网和各学科的发展，智能家电也将迎来一个快速发展的时期。新的高科技产品和芯片产品将会源源不断的出现，所以智能家电的未来将会着下面这些方向发展：1.感知更加智能化  随着传感器技术的发展，智能家居传感终端将具备对环境的判别自我适应、自我诊断及自我修复的机能，有效提升智能家居各应用的智能协同感知。另外，随着国内电信运

27、营商对网络技术及其应用的快速发展，依靠当前最新的4G网络技术优势，结合智能家居应用的新特点，通过4G手机上网可实现可视对话、远程家电控制、安防监控、远程医疗等众多业务，满足用户任何时间地点对住宅的智能掌控。  2.业务更加融合化  现有的智能家居业务多呈现出一种孤岛状，各业务的互通性和融合性较低，这样不利于为用户提供更全面、更人性化的服务。因此，通过促进智能家居业务传输协议的IP化，提升业务之间及相关平台的融合度，同时结合电信运营商以家庭网关构建的家庭网络及电信大网能力，借助智慧社区的驻地网，打通、融合智能家居各子网应用，提升整体业务体验。 &

28、#160;3.终端更加集约化   随着智能家居业务融合度的提升，家庭网络中的智能家居终端功能将更加集中。同时为提升安装的便捷性及使用的可靠性，智能家居终端的体积将日渐缩小，耗电将降低。另外，在保证安全性的基础上，通过终端模块化加载和自动发现协议，终端接入家庭网络会更加自动化，实现即插即用。  4.终端接入无线化  目前，在智能家居的施工中，因房屋在建设初期考虑不足而未能预留网络管线，只能考虑通过打墙、挖地等方式重新铺设管线，造成了施工造价较高且用户体验较差的问题。而通过无线传输的灵活性、移动性和可扩展性满足了人们对于灵活、便携、无所不

29、在的诉求。因此对于智能家居应用终端在家庭网络内的接入方式在未来从有线走向无线的总趋势是无法逆转的。  物联网的问世让智能家居生活方式逐步发生变化。智能家居已从一个集中控制系统转变为一个家庭智能秘书，从一个强调以“控制”为中心转变为以“管理”为中心，它对人们从“衣、食、住、行”等方面进行全方位的管理和服务。它可以通过基于物联网的衣物管理系统，方便地为家人提供衣物基本信息跟踪与定位、穿衣顾问及购物指南，满足人们对于“美”的追求。它也可以通过饮食管理系统，为家人方便地提供安全的食物来源信息追踪、合理的饮食搭配及便捷的在线订购服务。另外，在基于传统的灯光、家电、安防等本地控制的基础

30、上，通过基于物联网的智能家居系统，能够为家人提供对灯光、窗帘、家电的智能联动及远程管控，提供安防报警与视频联动及多种方式的报警通知，如通过彩信方式将报警视频信息推送给用户手机或接警中心。同时，结合智慧电网与家电在线服务系统，为用户提供家电的智慧用电和全时故障信息监测与处理。3 智能家居系统设计方案3.1 智能家居系统总体设计思想我们应用智能家居的基本目标是使我们的生活环境更加舒适、安全、方便和高效。因此智能家居系统的硬件和软件都应具有先进性，避免短期内因技术陈旧造成整个系统性能不高和过早淘汰。与此同时，应立足于用户对整个系统的具体需求，具有实用性。不管是系统中的设备、软件还是网络拓扑结构，都应

31、具有良好的开放性。网络化的目的在于要实现设备资源和信息资源的共享，由于计算机网络本身具有开放性，和共享性。因此我们应设计提供标准接口。用户可根据其需求，对系统进行更新和升级。这个系统采用GPRS技术和短消息的方式来实现无线传输短消息，并且控制器将把短消息分析翻译成为可以识别的命令编码。这样可以通过手机操控的方式来实现家居监控。用GPRS接入的好处是可以满足部分Internet普及率不是很高的现状，同时用手机 图3-1 系统总结构图对家庭进行监控弥补了通常智能家居控制器的操作距离短、地域限制等问题。并且以短消息的方式对系统进行控制，提高了效率降低了成本，同时本系统可以扩展应用于多种无人职守地区的

32、监控安防等场所，如图3-1所示。系统主要实现功能：(1)防盗警报当家庭遭到非法入侵的时候，例如玻璃被打破、门窗被撬等，相应传感器将检测到情况，立刻通过室内的无线网络，将采集到的信号发送到家庭控制器，再经过家庭控制器处理，最后将警报信息通过GPRS模块以短消息的方式发送到主人的手机上，从而实现了家庭的安防功能。(2)家电远程控制 当我们需要远程控制家用电器的开关时，只要用手机发送指定命令的短信息，通过GPRS模块的接收，并将短信息翻译成为可以识别的命令传输给家庭控制器，控制器经过处理，通过Zigbee模块的无线传输将命令发送到与家电相连接的单片机上，通过对单片机的控制实现了对家电的控制。(3)火

33、灾监控安装在室内的感温探测器及感烟探测器将实时监控各个房间内有无火灾的发生。当检测到的火灾存在，将把采集到的信息通过无线Zigbee模块发送到家庭控制器，家庭控制器通过GPRS模块将信息以短消息的方式发送到主人的手机。3.2 系统工作过程智能家居的系统主要有GPRS模块、基于单片机的主控制模块、ZigBee无线传输模块、家电端的控制模块、和传感信号采集发送模块几部分组成。其中，GPRS模块的主要功能是接收用户手机所发送的短消息，并将短消息解析成为一段可以识别的命令传输给主控制器。基于单片机的主控制器的作用是将接收到的命令做出响应。ZigBee模块是将主控制器所下达的命令通过无线的ZigBee网

34、传输到家电端。传感信号采集发送模块的作用是通过实时的监控，不断确认是否达到预订的警报值，如果达到了预定值，就将警报信号发送给主控制器，主控制器通过分析判断出该警报信号是从哪个家电终端发送的，在经过GPRS模块发送给用户手机，从而实现了对家庭各个方面的防护。3.3 应用技术分析3.3.1无线传输技术室内无线传输采用基于ZigBee射频芯片CC2430设计的终端节点，通过覆盖在家中的无线网络把信息发送到总控制器。此射频收发模块的特点如下：(1)低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。(2)低成本。通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8

35、051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。(3)低速率。ZigBee工作在20-250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHZ)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。(4)近间隔。传输的距离一般在20到80米之间，在增加发射功率后，还可扩展到2到4千米。这指的是邻节点之间的长度。(5)短延时。ZigBee的响应速度很快，一般从休眠转入工作状态只需几毫秒，节点连接进入网络只需三十毫秒，进一步节省了电力资源。而且相比较而言，蓝牙需要35秒、W

36、iFi需要更多。(6)高容纳。ZigBee可采用行星、网络状的结构，由一个主要节点管理许多个子节点，同时最多一个主要节点可管理256个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成几万个节点的大网。(7)高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括安全设定、使用接入控制清单，防止非法获取数据以及采用高级加密标准的密码，以保证确定其安全性。(8)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。 CC2430芯片的特点如下：l 高性能和低功耗的8051微控制器核。 l 集成符合IEEE802.15.4标准的2.4

37、GHz的 RF无线电收发机。 l 优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。 l 在休眠模式时仅0.9 A的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6 A的流耗，外部的中断能唤醒系统。 l 硬件支持CSMA/CA功能。 l 较宽的电压范围(2.03.6 V)，强大和灵活的开发工具。 l 数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能。 l 具有电池监测和温度感测功能。 l 集成了14位模数转换的ADC，集成AES安全协处理器。带有2个强大的支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE 802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。从这些特点我们看出，

38、此ZigBee射频模块组网可以满足我们对信号传输的要求。CC2430模块本身集成了51内核的单片机，在基于ZigBee协议的基础上可以进行简单编程对传感器发出来的数据进行分析处理发送到主控制器，同时可以对接收到的数据进行处理。3.3.2 GPRS技术智能家居的控制系统与用户手机的通信是通过GPRS技术来实现的。GPRS网络是在现有的GSM网络基础上引入SGSN(GPRS业务支撑节点)、GGSN(GPRS网关节点)、和PCU(分组控制单元)。在这个系统中，我们选用了TC35i来实现。西门子公司的TC35i模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在900MHz和1800MHz双频段，可以传

39、输语音和数据信号。TC35i的数据接口通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS。它由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF(零插拔力)连接器、天线接口等6部分组成。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35i主要特性与技术指标包括以下几点： l 频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)； l 支持数据、语音、短消息和传真； l 高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm)； l

40、 质量为9g；l 电源电压为单一电压3.34.8V； l 可选波特率300bps115kbps，动波特率 4.8115kbps； l 电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值； l 温度范围 正常操作-20+55，存放-30+85；l SIM电压为3V/1.8V。 系统的工作原理是：将系统分成监测和控制两大类。当系统开始运行时，MCU一边侦听监测端口的报警信号，一边等待接收从GSM网络传来的短信控制指令。当系统的监控传感器发现危险情况，立即触发MCU的外部中断，然后MCU将向TC35i发送AT指令，从而控制TC35i向指定的移动用户

41、发送预先存储在SIM卡中的报警短信。当TC35i模块接收到用户发来的短信时，会触发MCU的串行中断，MCU立即读取接收到的短信并进行解析处理，当判断是否包含有效的控制命令后，再对家用电器控制装置进行相应的控制。短消息收发规范GSM07.07规定了短消息命令，表3-1中列出了与SMS相关的主要命令。TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。表3-1 SM

42、S常用的AT指令AT指令 功能AT+CMGC Send an SMS command(发出一条短消息命令)AT+CMGD Delete SMS message(删除SIM卡内存的短消息)AT+CMGF Select SMS message format(选择短消息信息格式：0-PDU：1-文本)AT+CMGL List SMS message from preferred store(列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text：0/”REC UNREAD”为未读，1/”REC READ”为已读，2/”STOUNSENT”为待发，3/”STO SENT4”为已发，4/”ALL”为全部的)AT

43、+CMGR Read SMS message(读短消息)AT+CMGS Send SMS message(发送短消息)AT+CMGW Write SMS message to memory(向SIM内存中写入待发的短消息)AT+CMGS Send SMS message from storage(从SIM内存中发送短消息)AT+CNMI New SMS message indication(显示新收到的短消息)AT+CPMS Preferred SMS message storage(选择短消息内存)AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址)AT+C

44、SCB Select cell broadcast message messages(选择蜂窝广播消息) TC35模块的编码指令用的是AT指令。AT命令即Attention，AT命令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的DTE-DCE接口标准，是从终端设备TE(Terminal Equipment)或数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)向终端适配器TA(Terminal Adapter)或数据电路终接设备DCE(Data Circuit Terminating Equipment)发送的。通过TA，TE发送AT命令来控制移动台MS(Mo

45、bile Station)的功能，与GSM网络业务进行交互。AT命令包括一般命令，呼叫控制命令，网络业务命令，安全性命令，电话本命令，短消息(SMS)命令，补充业务命令，数据命令，传真命令和串口命令。本设计主要用的是短消息命令，对GSM中的短消息业务进行操作。3.3.3 系统控制器技术当用户发送短信息时，信号通过GPRS模块接收并解析，传送到了家庭总控制器中进行命令解析和响应。这个部分我们选用的是AT89S52作为总控制器。AT89S52是一种低功耗、高性能COMS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚

46、完全兼容，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有8位CPU和在系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择。节电模式、空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内存被保存，振荡器被冻结。单片机一切工作停止，直到下一个终端或硬件复位为止。3.4智能家居

47、的系统设计本智能家居监控系统是基于AT89S52芯片作为总控制器开发和设计的。主要任务是处理和接收各个ZigBee节点传来的信号以及TC35i收发的信号，对其进行分类，解析，并判决信息类型，及时处理。3.4.1 主处理器的选取智能家居的系统的主要目的是为实现对家中电器的开关控制及家庭安防的报警功能。要处理的数据量相对较低，并且考虑到成本问题，而采用了AT89S52单片机作为主处理器。并且与主处理器相连的ZigBee芯片CC2430内部也集成了MCU，可以起到辅助处理的作用，而且每块ZigBee节点都有一个MCU，所以主处理器只要起协调作用和处理简单数据量信息功能，从而可以完全满足我们的设计需要

48、。3.4.2模块框架结构 GPRS模块采用TC35i，TC35i是GPRS模块，价钱比较便宜。采用插槽代替排线，通过AT指令完成GPRS短信息接收和传送到主控制器中。ZigBee模块的型号是CC2430，该芯片是Chipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片。该芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。模块的总体结构框图如图3-2所示：图3-2模块结构框架图 CC2430使用1个8位MCU(8051)，具有128KB可编程闪存和SKB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器、AES128协同处理器、看

49、门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。该芯片采用0.18µmCMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。设计中考虑到处理器只有一个硬件串口，和ZigBee部分连接采用模拟串口方式通信，减少硬件成本，主要电路包括：连接TC35i的外部晶振电路、复位电路、与AT89S52连接电路组成，TC35i负责建立GPRS网络，使室内与外部可以进行通信，接受外界的指令同时将室内的状况及时通知外界，ZigBee网络是室内的一个局部网络，负责室内各个家电及报警装置与主控制器的无线通信，ZigBee的协调器负责家中网络的正常运行。 结论 通过阅读参考大量的关于物联网技术的参考文献以及研读许多的关于单片机的文献，我对与物联网以及家居设计有了大致的学习和掌握。进行了相关的理论知识的学习，阅读了大量国内外相关领域的文献资料，从各个单独模块设计，到最后整体组合，前后经历的大量思考和修改，基本确定了模块的设计并且在老师的指导下我完成了大体的家居设计方案。信息社会的飞速发展促进