基于物联网的智能家居监控系统的设计与实现初稿

1、 xx大学硕士学位论文 VI学校代码 分类号 学号 密级 公开 xx大学硕士学位论文基于物联网的智能家居监控系统的设计与实现作者姓名：一级学科：软件工程二级学科：软件工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称： 学院：软件学院提交日期：2017年9月Designandimplementationofintelligent homemonitoringsystembasedonInternet of thingsBySupervisor: Title: Professor学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的

2、研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得xx科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名： 日 期： xx大学关于论文使用授权的说明本人完全了解xx大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于xx大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保

3、证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为xx大学。保密的学位论文在 年解密后适用本授权书。本人签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘要所有页眉全部是双实线，罗马数字页码需重新排序 随着物联网(Internet Of Things)（简称IOT）、无线传感器网络(Wireless SensorNetworks)（简称WSN）、嵌入式单片机、移动通信等现代网络信息技术的发展，智能家居将以专业化、整体化、低成本的特点迎来高速发展的机会。当智能家居走进我们的生活时，安全会成为人们对智能家居的必然要求，并促使安防系统成为智能家居的关键部份。 为解决传统智能家居安防系统中存在的功

4、能单一、误报率高、不能实现实时远程网络报警、不能记录现场情况和犯罪证据等不足，以及满足人们对现代家居的智能化新需要，本文基于成熟的嵌入式单片机技术基础，结合目前现有的IOT、第三代移动通信(Third-Generation Mobile System)（简称3G）、全球定位系统(Global PositioningSystem)（简称GPS）以及位置服务(Location Based Services)（简称LBS）等新技术，提出了一套智能家居安防系统解决方案。该解决方案依据现代人的个性化需求，将与家居生活有关的各个安防子系统如智能门禁、WSN环境监控、移动物体定位和远程监控等有机的结合在一起

5、，通过无线网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活安防体验，本文设计并实现了一整套基于物联网的智能家居服务系统的解决方案，并完成了该客户端的设计、实现以及测试工作。主要工作包括：（1）本文首先简要介绍了整个项目的背景是为了改变人们的生活和娱乐方式，为人们的起居生活提供便利，并且论述了该课题研究的意义和目的，以及国内外现状。（2）其次重点介绍了WSN 环境监控模块系统结构与路由算法设计与实现。该模块主要是为家居环境提供实时环境监控与报警处理。通过燃气、火焰、烟雾、人体感应红外、温度、湿度、光等传感器以及中央控制器构建了 WSN 环境监控子系统；同时为提高系统实时性，在LEACH

6、协议基础上设计和实现了一种实时阈值路由算法(Real-time Threshold Routing Algorithm)(简称 RTTRA)。 （3）介绍了智能门禁模块系统控制策略及身份识别设计与实现。该模块主要是为了保证用户进入家居的安全性，通过监控模式设计了智能门禁控制策略；通过特定人图像身份识别和特定用户声音身份识别设计了用户身份识别方法。（4）然后详细描述了整个系统的结构设计。对智能家居监控系统的模块设计实现进行了分析总结。（4）最后阐述了智能家居系统具体的实施，经过测试，达到需求分析的要求。作者依据测试得出的错误信息进行了系统优化。实现了智能家居服务系统的远程控制功能，整个系统性能基

7、本符合预期目标，具有较高的实用价值;同时，对将来的工作做了探讨和展望。关 键 词：物联网， 智能家居， 监控系统，软件设计xx大学硕士学位论文xx大学硕士学位论文ABSTRACT所有奇数页页眉为章节名偶数页 为xx大学硕士学位论文With IOT (Internet Of Things (IOT), Wireless sensor network (Wireless SensorNetworks) (WSN), the embedded microcontroller, mobile communications, such as the development Of modern netwo

8、rk information technology, intelligent household will with the characteristics Of specialization, integration and low cost in the high-speed development opportunities. When smart home comes into our life, security will become the necessary requirement for smart home, and promote the security system

9、to become a key part of smart home. To solve the problem existing in the traditional intelligent household security System of single function, high rate of false positives, cannot alarm, real-time remote network cannot record the site condition and criminal evidence is insufficient, and meet the nee

10、ds of modern household intelligent, in this paper, Based on the embedded microcontroller technology base, combining the existing IOT, the Third Generation Mobile System (Third Generation) Mobile communication (3 g), Global positioning System (Global PositioningSystem) (GPS), and Location service (Lo

11、cation) -based Services (LBS), and other new technology, puts forward a set of intelligent household security System solutions. The solution based on the personalized needs of modern people, will be related with the household life of the various security subsystems such as intelligent entrance guard

12、, WSN environment monitor, the moving object localization and the remote monitoring and other organic unifies in together, through the wireless network integrated intelligent control and management, implement people-oriented new household life security experience, this paper designs and realizes a s

13、et of smart home service system based on iot solutions, and completes the clients design, implementation and testing work. The main tasks include:(1) this article first briefly introduces the background of the whole project is to change peoples life and entertainment, provide convenience for Peoples

14、 Daily life, and discusses the meaning and purpose of the research, as well as the status quo at home and abroad.(2) secondly, the design and implementation of WSN environmental monitoring module system structure and routing algorithm are introduced. This module mainly provides real-time environment

15、 monitoring and alarm processing for the home environment. The WSN environmental monitoring subsystem is constructed by gas, flame, smoke, human induction infrared, temperature, humidity, light and other sensors and central controller. At the same time, a real-time Threshold Routing Algorithm (RTTRA

16、) is designed and implemented on the basis of LEACH protocol to improve the real-time performance of the system.(3) introduced the control strategy and identification design and realization of intelligent access control module. The main purpose of this module is to ensure the security of users to en

17、ter the home and design the intelligent access control strategy through monitoring mode. The user identification method is designed through the identification of the identity of the special person and the identification of specific user voice. (4) then detailed the structural design of the whole sys

18、tem. The realization of the module design of smart home monitoring system is summarized.(4) finally, the implementation of the smart home system is introduced, and the requirements of demand analysis are met. The author systematically optimizes the error information obtained from the test. Realizing

19、 the remote control function of the intelligent home service system, the whole system performance is basically in line with the expected goal, and has high practical value. At the same time, the future work is discussed and prospected.Key words: Internet of things, smart home, monitoring system, sof

20、tware design表格索引表格索引未显示页码TOC f t 题注,1 h HYPERLINK l _Toc29812 表 3.1 智能家具功能性需求表 HYPERLINK l _Toc4227 表3.2 系统非功能性需求表格 HYPERLINK l _Toc2880 表 5.1 家居控制模块测试表 HYPERLINK l _Toc14978 表5.2 通信性能测试表符号对照表 XI XVIII符号对照表符号 符号名称ppm 浓度单位 II缩略语对照表 XIII缩略语对照表缩略语 英文全称 中文对照CCA Common Communication Adapter 公用通信适配器UDP Us

21、er Datagram Protocol 用户数据报协议IM Instant Messaging 即时通讯USB Universal Serial Bus 通用串行总线GPS Global Positioning System 全球定位系统SDK Software Development Kit 软件开发工具包SAP Satellite Automation System 卫星自动控制系统 HYPERLINK /link?url=bKd5Zf81zZ-HMYMJRvxmcO5dowog6_ph6MP8la2dVWE-mJ93Fvo3IAmi52NZokUUbHDUYRLLI6dBmX8FhHi

22、4mq t /_blank UI User Interface 用户界面 HYPERLINK /link?url=-MHenrg3JJF17GVMdtNOS7U1x797kz8V-QgP7KYG43kh-sJTAoUJ4sdbbSQTnVdrXAIofzbTmQaIxq2QMMF2Da t /_blank CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物半导体 HYPERLINK /link?url=jg_eqobXIh8M-pWgkPElyRor9w-Wp7a8VlXdHQtY4cWFXDCRYk7bVOCHPKI32kCvInRzd4

23、b_ydl6eLmTsCw0BqtowcSTwEwkmWCPOErMeom t /_blank E-R图 Entity Relationship Diagram 实体-联系图 II目录 XIXxx大学硕士学位论文目录页码需更新TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc16971 摘要 PAGEREF _Toc16971 IV HYPERLINK l _Toc13318 ABSTRACT PAGEREF _Toc13318 V HYPERLINK l _Toc29471 表格索引 PAGEREF _Toc29471 IX HYPERLINK l _Toc10381 符号对照表

24、PAGEREF _Toc10381 XI HYPERLINK l _Toc16026 缩略语对照表 PAGEREF _Toc16026 XIII HYPERLINK l _Toc5527 目录 PAGEREF _Toc5527 XVI HYPERLINK l _Toc17124 第一章 绪论 PAGEREF _Toc17124 1 HYPERLINK l _Toc27423 1.1 研究背景 PAGEREF _Toc27423 1 HYPERLINK l _Toc19770 1.2 课题研究意义及目的 PAGEREF _Toc19770 2 HYPERLINK l _Toc5362 1.3 国

25、内外研究现状 PAGEREF _Toc5362 2 HYPERLINK l _Toc14431 1.3.1 国内研究现状 PAGEREF _Toc14431 2 HYPERLINK l _Toc20558 1.3.2 国外研究现状 PAGEREF _Toc20558 4 HYPERLINK l _Toc27666 1.4 课题研究内容及技术路线 PAGEREF _Toc27666 5 HYPERLINK l _Toc28544 第二章 系统设计与实现 PAGEREF _Toc28544 7 HYPERLINK l _Toc7348 2.1 系统设计目标 PAGEREF _Toc7348 7 H

26、YPERLINK l _Toc31631 2.1.1 智能家居安防系统功能需求分析 PAGEREF _Toc31631 7 HYPERLINK l _Toc17615 2.1.2 系统组成及模块设计方法 PAGEREF _Toc17615 7 HYPERLINK l _Toc11270 2.2 系统体系架构 PAGEREF _Toc11270 8 HYPERLINK l _Toc4135 2.2.1系统体系结构 PAGEREF _Toc4135 9 HYPERLINK l _Toc11877 2.2.2系统硬件与软件架构 PAGEREF _Toc11877 12 HYPERLINK l _To

27、c27642 第三章 智能家居系统硬件设计 PAGEREF _Toc27642 14 HYPERLINK l _Toc16831 3.1 智能家居系统总体框图设想 PAGEREF _Toc16831 14 HYPERLINK l _Toc20120 3.2 CC2430核心电路设计 PAGEREF _Toc20120 16 HYPERLINK l _Toc4229 3.3 电源电路设计 PAGEREF _Toc4229 19 HYPERLINK l _Toc6276 3.4 窗帘控制节点硬件设计 PAGEREF _Toc6276 21 HYPERLINK l _Toc16800 3.5 温湿度

28、传感器电路设计 PAGEREF _Toc16800 22 HYPERLINK l _Toc17330 3.6 GSM模块电路设计 PAGEREF _Toc17330 23 HYPERLINK l _Toc17209 3.7 万能遥控器控制节点硬件设计 PAGEREF _Toc17209 24 HYPERLINK l _Toc31138 3.8 LCD液晶屏接口电路 PAGEREF _Toc31138 24 HYPERLINK l _Toc9440 3.9 本章小结 PAGEREF _Toc9440 26 HYPERLINK l _Toc12134 第四章 智能家居系统软件设计 PAGEREF

29、_Toc12134 27 HYPERLINK l _Toc17410 4.1 智能家居系统软件开发 PAGEREF _Toc17410 27 HYPERLINK l _Toc7899 4.1.1 系统软件简介 PAGEREF _Toc7899 27 HYPERLINK l _Toc25784 4.1.2 系统软件架构 PAGEREF _Toc25784 27 HYPERLINK l _Toc28311 4.1.3 网络协议算法介绍 PAGEREF _Toc28311 28 HYPERLINK l _Toc25217 4.2 ZigBee协调器模块 PAGEREF _Toc25217 28 HY

30、PERLINK l _Toc9822 4.2.1 协调器 PAGEREF _Toc9822 28 HYPERLINK l _Toc16232 4.2.2 协调器节点组网 PAGEREF _Toc16232 29 HYPERLINK l _Toc15383 4.3 系统应用子功能模块 PAGEREF _Toc15383 30 HYPERLINK l _Toc19863 4.4 本章小结 PAGEREF _Toc19863 31 HYPERLINK l _Toc22214 5.3.1 系统稳定性测试 PAGEREF _Toc22214 39 HYPERLINK l _Toc21060 5.3.2

31、断电恢复测试 PAGEREF _Toc21060 40 HYPERLINK l _Toc13049 第六章 总结和展望 PAGEREF _Toc13049 42 HYPERLINK l _Toc18301 6.2 本文后续工作的展望 PAGEREF _Toc18301 42 HYPERLINK l _Toc5491 参考文献 PAGEREF _Toc5491 44 HYPERLINK l _Toc15040 致谢 PAGEREF _Toc15040 47 HYPERLINK l _Toc18495 作者简介 PAGEREF _Toc18495 49第一章 绪论 第一章 绪论正文的一级标题居中排

32、列，字体为黑体， 字号为三号，行距为固定值 20 磅，段落间距为段前 24 磅，段后 18 磅在二十一世纪中，全世界的科技日新月异，经济快速发展，财富逐年增长。越来越多的人已经把生命定义为生存，他们更多的是享受生活，希望获得更好的生活水平，追求人类的生活。智能家居严格说来，它是一个以计算机为基础、多学科的体系，主要用于住宅和农村的住宅，为用户提供多方位的生活服务体系。在智能家居系统中，每个节点需要使用智能综合布线技术连接各节点，利用网络通信技术与对方沟通，所有的防治技术、技术支持、自动控制技术、使用功能完善，将在家居生活中的集中管理，操纵生活设施的各个方面，提高用户的整体安全性和舒适性。有了智

33、慧的城市，智慧的社区，这些理念继续扎根在人们的心中，社区居民逐渐对自己的居住环境有了更高、更好的要求。因此，智能家居 1 作为一种新生事物，逐渐被广大市民所接受。 1.1 研究背景二级标题不 缩进，字体为宋体加粗，字号为小三号，行距为固定值 20 磅，段落间距为段前 18 磅，段后 12 磅上世纪90年代中期，智能建筑的新概念是由美国人提出的，理解是环保、节能。二十人在第二十世纪开始，有关学者和专家表示，智慧在智能家居上的“家”可以定义的定义：智能家居不仅可以用在房子里，而且在酒店领域，在其系统中，大量的网络通信技术、嵌入式技术和物联网技术的相互渗透、相互联系的统一的必然结果。物联网技术二千零

34、一十是美国政府两年来制定的新学科、新产业支持。这是另一部具有划时代意义的新节目。物联网技术将本地传感器网络与互联网相结合，对感知对象进行智能监控的理论，为家庭的实现提供了新的方法和理论支持。智能家居也慢慢地以“三网融合”政策向用户呈现综合方式。在目前的发展趋势下，2012-2017年，世界上80%的家庭将安装智能家居系统。因此，智能家居市场得到了一致乐观的认可。整个智能家居产业链的上下游也在整合创新，发展智能家居产品。 目前，智能家居的控制系统主要采取以下几种方案：一是通过触摸板直接通过WiFi发送指令，红外遥控到433通信协议的传递命令控制整个家庭系统平台。但在整个系统中，这些控制终端相对来

35、说成本比较高，用户设置比较复杂，但也需要提供相应的支持控制器的缺点。二是通用个人计算机使用因特网以网页的形式访问整个家用电器。当大多数智能家居采用这种控制方式时，控制终端存在体积大、成本高、携带不便等缺点。 三是使用手机控制家庭系统。随着物联网手机的普及，智能手机用户提供了WiFi、蓝牙等方式对家庭系统的控制，这种控制方式打破通过控制系统具有较强的可操作性、经济、实用的优点，方便、快捷，以物联网手机作为智能家居系统操作终端，具有较好的市场前景。1.2 课题研究意义及目的近年来，通信技术飞速发展，信息技术逐渐融入人们生活的方方面面，智能家居以其安全、人性化、舒适化的特点，迅速发展起来。在未来的智

36、能家居中，主机可以远程打开家里的空调在回家的路上，以确保他能得到舒适的他回家时，合适的温度；也可以远程控制热水器、电饭煲等，你可以回家，也可以远程监控家庭环境后立即享受美味食品，并保持家庭内外的安全形势。 本文所开发、设计和测试的智能家居系统是基于目前的手机操作系统物联网系统，物联网将以手机为载体实现的。大大避免了由用户安装节点的困难，不仅不需要破坏原有的建筑，而且还需要在原有装修的基础上加以扩展。安装方便，操作方便。同时，考虑到系统的后续维护和扩充，软件功能在物联网系统中也得到了补充，而不需要重新设计、开发和保存软件的软件成本。此外，物联网界面简洁大方，而且拥有庞大的用户基础，用户体验有效果

37、。物联网的智能家居服务系统实现了对家庭的实时监控，实现了“走出去，围绕在家”的境界。 1.3 国内外研究现状我们国家对智能家居的研究相对西方国家较晚，主要开始与20世纪九十年代，在早期的应用研究发展缓慢，而到了九十年代后期迅速发展 REF _Ref478913790 r h * MERGEFORMAT 16。我国为了规范智能化住宅小区的建设，针对智能家居领域颁布了智能建筑设计标准 REF _Ref479281393 r h * MERGEFORMAT 17，这个规范的颁布为智能家居在我国的发展奠定了坚实的基础。在2004年，长城、海尔、清华同方等集团合作组建了我国的家庭网络标准产业联盟e-Ho

38、me，联盟为家庭网络指定相关行业标准 REF _Ref478913793 r h * MERGEFORMAT 18，同时根据家庭网络特点，将其分为低速控制信息传输网络和高速媒体信息传输网络。我国的家居环境与国外并不相同，国外家居多以别墅式和独体式的房屋建筑为主，所以国外在家居领域的发展更倾向于信息网络的通信和家居多媒体的应用，而我国的居住环境多以社区式的楼房建筑为主，所以我国发展的中心主要是家庭安防系统，这就切实体现出本课题研究的意义所在。我国的智能安防产业发展的较晚，70%的智能安防产品主要来自于美国、日本和韩国，这些国家的智能安防技术很成熟、性能稳定可靠，但是在平安城市、城市报警与监控系统

39、(3111工程”)以及奥运会、世博会等大型安防项目等的推动下，我国的智能安防产业发展进入了前所未有的高峰期，现在市场的规模己经超过了1500亿元 REF _Ref480035924 r h * MERGEFORMAT 3。普通家庭的智能安防领域在我国是一个巨大的市场，渐渐成为了我国智能安防行业的发展方向，其中最主要的产品还是在家用门禁和家庭实时图像监控以及智能防盗报警系统方面。我国智能安防行业的牵头企业是厦门青年网络，该企业推出的小门瞳安防解决方案颠覆了传统安防的设计理念，将传统的以电话报警为主流的家居安防系统引向了一个全新的领域，那就是进入了全无线安装、实时图像报警为核心的智能安防新模式。小

40、门瞳智能安防方案把安防报警系统、家用电器的远程监控以及家居内的各种信息的采集和处理等物联网应用结合起来，并且还把老人关怀和小孩看护等人性化服务理念集于系统中，凭借着该智能安防系统的全天候无线实时在线、电脑集中控制和GPRS实时图像监控等先进技术，该系统方案大量应用于我国的普通家居中并远销全球各地。在中国2010年国际物联网(传感网)博览会上，神州数码思特奇智能家居解决方案亮相江苏有线展台，该系统在物联网和三网联合等战略趋势的基础上，通过家居网关来连接红外感应、门磁、温感、烟感、视频摄像机等方式，实现了对家居7*24小时的智能防护，该设计采用了物联网的理念满足高档楼盘开发商的细分营销需求。在我国

41、三网融合的趋势下，我国的安防企业充分利用电脑、网络、电信三方面的综合布线技术，通过家庭监控平台将安防相关的各子系统结合，实现了安防系统的智能化和网络化，人们的家居将会更加地安全和舒适，但是我国安防企业要充分开拓智能家居安防市场则需要对产品做出根本性革命性的改变。在2013年1月1日，国家住建部与国家发展改革委员会联合颁布绿色建筑行动方案，对城镇的新建建筑提出严格的强制节能标准，而根据大量应用实践证明采用智能家居对实现建筑节能效果显著，对节能减排的实现具有重要作用。于此同时，在2013年9月紧接着颁布了物联网发展专项行动计划，将“推动智能家居应用”作为国家发展的重点任务 REF _Ref4789

42、13798 r h * MERGEFORMAT 19，根据计划，在各大中型城市中选取超过1万个家庭作为智能家居应用和推广的试点，这些政策的颁布并实施使得智能家居在我国具有非常大的发展潜力。虽然我国的家居安防产品10年前就开始进入市场，而且安防报警主机的价格己经低至几百元，但是还是无法打开这个潜力巨大的市场，究其原因主要有四点:一是系统的误报警，这是安防系统无法进入普通家庭的最主要因素，一般的用户都无法接受在3个月内出现一次误报警，但是作为电子产品来说要达到完全无误报警难度确实很高，这就需要安防技术的革新;二是安防系统撤防不方便，家居内如果有人在的时候就不需要某些安防系统开启，防止误报警，所以需

43、要选择性地撤防，一般都采用的是输入密码的方式来撤防，一旦密码输入错误又会造成系统误报警;三是我国大部分的普通家庭都没有安装门禁系统，而使用万能钥匙打开普通机械锁并非难事，所以盗贼可以侵入家居破坏报警主机，整个系统就无法正常工作;四是为了弥补误报警的缺陷就需要安装视频监控和图像采集远传系统，但是成本较高而且图片的传输速度较慢。如果我国的安防企业想在家居安防领域占得一席之地，需要对产品做出根本性的改变，而物联网技术的出现就为产品的发展开辟了一片新天地。物联网技术己成为国际新一轮信息技术竞争的关键点和制高点，使用该技术构建的智能家居安防系统价格更低、更稳定可靠、实现更简单。物联网基于互联网和物联网，

44、通过给予被监控物体的自动识别属性构建出一个使物与物之间可以进行主动信息互联和共享的大网络，其中互联网实现了虚拟的网络信息共享平台，而物联网则延伸到了实际的物理世界，感知物理世界的信息，两者的结合则实现了世界上包括人在内的“物物相连的互联网”。本文即采用低功耗、低成本、高可靠性的Zigbee物联网技术与互联网和GSM无线通讯网相结合的家居网络架构设计了智能家居安防系统，该系统集智能门禁系统、智能门窗防盗、煤气泄漏监测、居室内人员定位和远程视频监控以及数据库系统于一体，以低成本、低功耗、高可靠性的家居安防系统为目标，满足我国普通家庭的安防需要，为家居中的人员构建一个安全、舒适、绿色的家居。在201

45、4年以后，由于相关的通信、计算机等技术的成熟，使得智能家居系统普及率增大，形成一个爆发性的发展期，在智能家居市场中，不仅有像长城、海尔、清华同方等老牌的企业继续研究开发智能家居市场，同时还有像小米和美的等企业作为新血进入智能家居市场，在未来智能家居的发展也将成为一不衰的热点。1.3.2 国外研究现状智能家居这一家居概念较早就被提出，但是直到1984年美国联合科技公司（United Technologies Building System）在其修建位于美国康涅狄格州（Connecticut)哈特佛市（Hartford）的城市广场大厦（City Place Building）时应用智能家居概念，使

46、这座建筑成为第一个应用智能家居概念的建筑案例，建筑中采用计算机系统对建筑中的空调、电梯和照明等设备进行监控，同时通过语音通信和E-mail等方面对用户提供这座建筑的信息。世界上首座“智能型建筑”City Place Building的出现后，智能家居建筑得到大量的研究，在欧洲和澳洲等的发达国家和地区出现了一大批各色的智能家居方案，揭开了全世界范围内的智能家居建设狂潮的开端 REF _Ref478913772 r h * MERGEFORMAT 11。早先建成的智能家居案例中最为著名的成功案例为Bill Gates的豪华住宅，这个豪华住宅基于智能家居理念进行设计，住宅中使用的所用门窗、电器、照明

47、和监控均采用智能系统进行控制，同时采用一个高性能的服务器对这些子系统构成的整体智能家居系统进行管理。美国在2000年以后，由于基于X-10协议的智能家居系统技术的成熟，因其可以在实际应用中根据不同用户进行个性化设计部署而飞速发展，迅速的占据了美国智能家居市场，同时也成功的在其他国家得到很好的应用 REF _Ref478913776 r h * MERGEFORMAT 12。新加坡智能家居系统应用在“未来之家”计划中，这个计划主要面向居民住宅，计划中采用的智能家居系统较为全面，其中还包括如电表抄送、留言和安防警报等诸多便捷功能 REF _Ref478913781 r h * MERGEFORMA

48、T 13。在日本的东京有一座应用智能家居系统的现代化房屋，在房屋中安装了大量的传感器对房屋的环境情况进行监测，通过通信技术将各个传感器监测到的环境数据传输到计算机系统，通过系统对这些数据进行分析诊断，根据诊断结果对房屋中的门窗和家电进行控制 REF _Ref478913784 r h * MERGEFORMAT 14。智能家居技术在欧洲的应用研究稍晚，但是其应用智能家居在建筑能源综合利用方面发展非常突出，比如西班牙由于其国内建筑艺术氛围非常浓厚，因此在对智能家居系统进行设计时充分反映这一特点，其设计的智能家居系统可以对自然资源进行充分利用，使用这一系统不仅可以引导室外光线进入室内，还可以根据室

49、外光线情况自动调节室内灯光，达到节约电能的目的。随着信息技术的飞速发展，近几年智能家居领域以其巨大的发展潜力吸引大量电信和互联网企业进入并迅速抢占市场，比如德国电信与EnBW、三星等企业共同合作设计一个主要为普通用户提供终端服务及为企业用户提供多方向集成应用软件开发服务的多功能智能家居业务平台 REF _Ref478913786 r h * MERGEFORMAT 15。其中一直都处于家居自动化技术领先地位的是Honeywell公司，该公司采用先进的综合布线技术把家居的数据、语音、控制等模块结合到一起，实现了数字网络家电、紧急呼叫、智能门禁系统、灯光控制模块、火灾探测器、红外探测器、电子门锁等

50、终端的连接，把安防系统、信息家电控制、可视化对讲以及远程通信系统整合到一起，实现了真正的智能家居，但是该智能家居的安装费用较高，适用于国外别墅式的高档家庭，并不适合于我国社区式的普通家居。日本Sony公司不久前推出了用于安防监控的第一款一体化变焦摄像机SSC-ET181P/ET180P，借助VISCA协议的命令集，SSC-ET181P/ET180P的所有功能可以通过RS -485接口实现远程控制，并且Sony的新型监控混合IP解决方案可以帮助用户在原有系统上，建立IP网络环境，监控系统已经走向了网络化和智能化，方便了用户进行远程的监控。Sony的安防监控方案虽然先进，但是其成本对于我国的普通的

51、家庭来说还是较高，对于家居高消费人群来说比较适合。虽然美国的智能家居系统的研究最早，但是普及程度最高的还是韩国，这同韩国先进的电子技术是分不开的，同时也要归功于韩国政府对智能小区和智能家居安防系统的政策扶持，因为安防系统能有效地减少犯罪率，加强政府的管理，因此出现了三星、LG等知名的智能家居品牌，其实现的系统主要是通过机顶盒和宽带网络来监控整个智能家居，保证家居人员的生命财产的安全。由于历史的原因，以色列在国防和安防工业技术领域一直都处于世界上最先进的国家之一，其中EL公司是该国安防行业生产厂家中的佼佼者，该公司的智能报警探测器性能非常可靠，误报率很低，而且针对不同的应用场合推出了多种有线和无

52、线产品，还与GSM网络通信实现了报警系统的网络化，既保证了安防的可靠性，而且还提供了与其它应用领域相结合的可能性。安防市场发展迅速，带动了安防技术的提升，智能家居安防系统将向着智能化、网络化、个性化、移动化的方向发展。1.3.1、研究意义随着社会快速发展，人们在生活得到基本保障的同时，从安全性、舒适性、便捷性等方面对所处的家居环境提出更高的要求，这就要求家居产品在具备基本使用功能的同时不仅具有智能化，还要求整个智能家居系统满足操作简便、高安全性和高度智能化等要求 REF _Ref480036174 r h * MERGEFORMAT 1- REF _Ref480035924 r h * MER

53、GEFORMAT 3。随着建筑、计算机、机械自动化、信息与通信等技术不断发展，将智能技术应用于家居逐渐增多，同时智能化程度越来越高，极大了改变了我们的生活方式 REF _Ref480037070 r h * MERGEFORMAT 4- REF _Ref480037072 r h * MERGEFORMAT 6。美国在2000年最先提出物联网 REF _Ref480037851 r h * MERGEFORMAT 7- REF _Ref480037853 r h * MERGEFORMAT 8的概念，在当时也称之为传感网，它是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息

54、传感设备，按约定的协议，把任何物品通过物联网域名相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。将物联网应用于家居中就形成了智能家居，通过物联网技术将家居环境中的的各种家居产品（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段，智能家居系统简图如图1所示。图1 智能家居系统结构图智能家居与普通家居相比，其在具备基本使用功能的同时还有通信、信息化及自动化功能，可以进行全面的信

55、息交互，不仅仅提高家居的应用价值，还可以通过智能系统控制以节约资源。使用基于物联网的智能家居，使得用户可以在任何能够接通网络的位置掌握家中的动静，如通过使用智能开关可以不必担心忘记关灯、使用智能门窗系统可以不必担心出门忘记关门及陌生人撬门而入和使用空气探测器可以随时掌握房间内空气情况而不必担心空气污染及煤气泄露等，这不仅增加了我们对家居的体验舒适度，还可以实现对能源的合理利用及提高家的安全系数，这一切基于物联网的智能家居都可以为我们实现 REF _Ref478913723 r h * MERGEFORMAT 9。目前社会中出现很多智能家居，这些智能家居除了实现基本功能外，主要用于对老年人和具有

56、身体障碍的残障人士的监测及保护，现在已经被开发出来很多智能家居。其功能实现主要是在各种电器上安装传感器、执行器和生物医学监视器，同时将这些仪器同时连接到同一个网络或者远程数据收集及处理中心，根据各类仪器得到的信息汇总分析进行诊断，根据诊断结果采取相应的应对措施 REF _Ref478913728 r h * MERGEFORMAT 10。随着智能家居的普及，人民越来越多的选择在家中安装具有门禁、视频监控、烟雾探测和火灾预警等功能的安全防护智能家居设备，当出现非法入侵和火灾等情况时会触发智能家居中相关探测器，并通过互联网将警报信息发送至用户，使用户可以及时掌握家中安全情况，提高居家安全性。高科技

57、产品的应用使我们的生活更加地便利，但是便利生活也给我们的家居带来了不少安全的隐患，比如说各种电器的燃烧和爆炸、电线短路造成的触电、煤气管道的泄露等等，对人们的生命安全造成了很大的威胁。而且当今社会中仍然有很多的不法分子在活动，抢劫盗窃犯罪现象屡见不鲜，而且犯罪的手段也趋向于更职业化和高智能化，所以作为智能家居中最重要的安防系统的研究具有迫切的意义。网络化的家居系统已经渐渐走入我们的生活，通过家居网络我们可以实现三表的网络化管理、家居内环境参数的远程监视、家用电器的远程监控、家居视频监控以及安全防盗网络系统等等。网络化的家居系统具有环保、安全、可靠、低成本、可扩展性强的特点，是未来家居发展的方向

58、。对于一个安防系统来说，最重要的就是系统的可靠性和稳定性。可靠性就是安防系统有警必报无警不会误报，稳定性就是系统可以长时间无故障地工作。本文采用低功耗、低成本、自组织、短距离的物联网技术来组建智能化家居网络，系统无须布线，灵活性和可扩展性都大大增加，节点大范围地分布于家居内并采用一系列的应答机制和算法来处理安防数据以提高系统的可靠性，某一个节点的损坏并不会影响系统的整体性能保证了系统的稳定性。基于物联网的智能家居安防系统从功耗、成本、稳定性和可靠性都拥有不可比拟的优势，对于更好地保障人们的生命财产安全具有重大的意义。为了提供用户全面、可靠的环境信息，本文以智能家居安防监测子系统为研究对象，实现

59、对家庭居住环境的安全进行实时监测。从图1可看出，家庭安防子系统是智能家居系统中其必不可少的一部分，通过该系统，用户可以实时获知居住环境的的安全信息，如：门窗开关信息、有害气体浓度、火灾信息和非法入侵监视等。同时，该系统还可将采集到的家庭信息作为其他家庭设备运行时的参数，实现对家庭安全的智能化控制，例如，当采集到外出时门窗处于未闭合状态时，通过对门禁系统传递到智能家居系统控制管理中心（以下简称：管理中心）进行分析诊断后控制门禁系统自动将门窗封闭并及时告知户主；又如，当房屋内烟雾浓度大于警戒值时，管理中心控制通风设备进行工作，降低房屋内烟雾浓度。因此，智能家居安防监测子系统是实现智能家居系统功能的

60、重要组成部分与基本条件，是提供用户安全、舒适、便捷生活的重要手段。设计好安防监测子系统对于构建智能家居系统和提高用户的生活环境质量具有重要的意义。1.4 课题研究内容及技术路线本文主要介绍了一种基于物联网的智能家居服务系统的设计与实现，通过部门的系统可以实现监测的外部环境和内部环境的家庭和控制家电设备的“出门在外，家在身边”。 本文共七章，内容组织如下: 第1章，绪论。本章简要介绍了整个项目的背景，在此基础上论述了该课题研究的意义和目的，同时详细分析了目前该课题在国内、国外有实力的学院、企业、研究机构的研究现状，为后继研制开发提供参考资料。 第2章，相关技术介绍。考虑到智能家居系统平台是基于物