基于物联网的智能家居设计课程设计

吉林工程技术师范学院

信息工程学院《物联网的智能设计》课程设计报告题目:基于物联网的智能家居设计专业：电子信息工程班级：姓名：学号：指导教师：时间：2014/3/17 —2014/3/28目录TOC\o"1-5"\h\z第一章绪论. 11．1智能家居的目的与意义 11．2智能家居的内容. 11．3智能家居的前景. 1第二章智能家居的设计方案 22．1智能家居的设计思想 22．2智能家居主要实现功能 52．3智能家居系统的工作过程 7第三章智能家居的实物仿真 113．1实物仿真编程. 113．2WIFI模块调试 123．3仿真硬件设置. 14第四章课程设计总结. 16参考资料：. 17附录I:智能家居实物仿真程序 18第一章绪论智能家居的目的与意义智能家居又称智能住宅，英文名称为“SmartHomg'。是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目标是，将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术 （HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。要完整地理解智能家居，有必要先对几个智能家居发展过程中有着重大影响的系统进行介绍。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。由于智能家居受产品生产厂家的限制，在短时间内还没有统一的标准协议，所以一般都是一个厂家单独做系统研发方案的。其中较为有影响力的一次是2007年微软推出的“未来之屋”，是物联网技术应用于日常生活的一个样板[5]。进人房屋时，安全系统会对来访者的面部进行扫描，确认身份后自动打开房门。客厅冰箱上的液晶显示器能列出保存的食物清单，厨房水槽能够根据使用者的身高调节高度，而排风机会根据油烟浓度自动开启。此外，每个房间的墙壁颜色、装修风格和温度,都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换。这一概念的提出在推广普及上还需加以时日，但是随着技术的革新，我们这里将把能够实现远程监控、智能照明、以及智能音响的智能家居。我们可以考虑将物联网技术应用到智能家居的设计中，使我们的家居环境更加智能化、人性化、高效化。1.2智能家居的内容近几年金融危机之后的复苏时期，物联网概念迅速风行，受到各国政府的重视。物联网技术得到越来越多的应用，但关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义从字面上解释，物联网就是“物物相连的互联网”。可以从两方面去理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络，物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。研究这项技术的重大意义在于这将使我们周围的一切物体联系到一起，社会变得更加智能，更加方便安全。智能家居的概念早在上世纪80年代初就已经提出。以“住宅电子化”实现，到了80年代末，逐步提出了"住宅智能化"，也就是现在所说的智能家居的原型。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。它的研究与设计将优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目标是：将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。

1.3智能家居的前景相比于国外，我国对智能家居系统的相关产品的研发起步较晚。从目前中国的国情来看，实用型与舒适型应当成为家庭住宅建设的主流，舒适型面向中等偏上收入者。但是住宅是一项使用寿命较长、一次投资较大的特殊商品，因此，建设时的标准必须具有一定的前瞻性。目前在我国，智能家居系统被定义为：利用4C（自动控制、计算机网络、无线通信、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、安全防护与物业管理、住宅智能化系统集成，提供高技术的智能化住宅小区的服务于管理为手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。目前智能家居系统一般要求有三大功能单元：第一，必须要有一个功能非常强大的智能家庭系统平台；第二，必须要有一个完整的综合性的家居布线系统；第三，必须要有家庭内部进行控制的互联网、连接外网的宽带互联网和家庭内部各种家电进行控制的家庭控制网络这三种网络支持的系统才能叫做真正的智能家居系统[3]叫做真正的智能家居系统[3]第二章智能家居的设计方案2.1智能家居系统的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监控安防等场所，如图2-1所示家电控制模块Zigbee模块Zigbee模块主控制模块GPRS模块户手机家电控制模块Zigbee模块Zigbee模块主控制模块GPRS模块户手机图2-1系统总体结构图智能家居主要实现功能(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。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。火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。智能家居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。第三章智能家居的实物仿真3.1实物仿真编程首先，用C语言编一段程序，让他能够控制单片机接口，使单片机上的小灯按控制进行亮和灭，打开keil软件编程并运行如图3-1所示编程界面:jHwinraJ［翫 Qstwyfl®*崛族ii能 爭C5业P-vjiEl apK^c-i-1rsij«.JT丘 jfdjp1曲-Afi］QT&li-c逵ai口jP-vjiEl apK^c-i-1rsij«.JT丘 jfdjp1曲-Afi］QT&li-cBdpfinipiiiint intUEti* FJI島UEtur t刖苇；//3WK: "计戢卿detwlnsfluilituj //1fulnt畑for}/耳星鼻电鼻鼻鼻目事4事耳聿•■罢冨鼻事早耳•爭事县鼻耳鼻耳w皿冨冨鼻耳犀鼻_HH鼻4#unl・n4lin(}<ECtHrTie”■怙TH1-flKFC；:ILI-flxhfi-TM-1:I<iwi电*|［加ri|pdAi■【片［}Ccss?C睦HF胪Q-1t駆叱"I■□•如IiX<l駆叱"I■□•如IiX<lEt-^rvTil-aIWULbus:■"«"HftmwDommnEE址II舒al前丐益柯»址ID诵S^UMSSRuMnpfbm取»如卄H取511ns^gF»3 - iAmti帧聊「tj上三匾!1・«|"显3：零*©昭阿草・|皿~三I图3-1运用keil软件编程界面再将编好的程序通过STC52下载到单片机里如果3-2所示:hIIMl.-TH* M«|a-MMMi.FtK¥IanH电|lhH..Ml-1-'Ki■*»|X4.f些『•神Mlf・l KUPit・鼻鼻■崎rm号■■Ee if«««-frnw-nr ，|maWf.p.^12FiU.!盯i^WWErt*HC<1Ki矗・H1 .…■ r呻讪PFT寄r«・Hl■釋jjpafih^^TFf•«Iauifwiimmttwiiamiibfokj±l『」T輛寅申rFRTOKJKh事卉.片艸护¥皿豪"闰FJM*呂如巳・1两忌广月盃骨嗟土审期.■-動卧•门月FMyt)>Mr：■■n=-■口!下(WSmtn厂可图3-2STC52的操作界面3.2WIFI模块的调试为了测试串口到WIFI网络的通讯转换，我们将模块的串口与计算机连接,WIFI网络也和计算机建立连接。由于需要同时具有 WIFI和串口的特殊要求,图3-3WIFI模块连接示意图当连接完成后，进行网络调试，先在台式机上插上USB网卡后，安装驱动，注意只安装驱动，搜索网络，如图3-4的HF-A22X_AF即是模块的默认网络名称（ssid）。

图3-4模块的默认网络名称最后在进行收发测试，网络设置区选择TCPClient模式，服务器IP地址输入10.10.100.254，为此WIFI模块默认的IP地址，服务器端口号8899,为此模块默认监听的TCP端口号，点击连接建立TCP连接如图3-5所示进行设置图3-5WIFI模块的设置3.3仿真的硬件设置将把编好的程序安装在手机上，待所有的软件调试完毕之后，将所有实物进行连接。连接正确的口图3-6所示*图3-6所示连通的硬件连接通的硬件表现在，手机能够自由控制任意一个小灯的亮灭，也就是说手机上的APP选中一个小灯点一下吸合，小灯的亮起来，反之，当选中任意一个小灯选中断开，小灯灭，也可以使四个灯同时都亮起来。如图 3-7所示手机的APP操作界面。图3-7手机APP操作界面用手机APP控制小灯全部亮起来如图3-8所示。图3-8所示APP空制小灯全亮第四章课程设计的总结短短的几天课设马上快要结束了，但是通过课程设计，让我明白了一个电子产品的产生是多么的复杂，与复杂的电路相比我更明白如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。认真的求知比什么都重要，在以后的日子里我会更加注重自己的在学习方面的的培养。改掉以往的粗心大意。思路即出路。当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。实践出真知。文革之后，关于真理的大讨论最终结果是“实践是检验真理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化生成的教条。时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上。同样十分感谢老师在此次实验中给我提出的建议与不足，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节