基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)報(bào)告基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)方案【摘要】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，智能家居作為其重要應(yīng)用部分成為新興研究領(lǐng)域。本文提生了一種智能家居實(shí)訓(xùn)方案，該方案采用CC2530芯片、無線通信技術(shù)及傳感器組建ZigBee家庭內(nèi)部局域網(wǎng)，外部接入因特網(wǎng)。覆蓋物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)。使用LED燈成功測(cè)試實(shí)訓(xùn)平臺(tái)對(duì)燈光控制功能，實(shí)驗(yàn)表明有進(jìn)一步研究智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；ZigBee;CC2530SmartHomePracticeTrainingBasedonInternetofThingsZHUKaiJIANGWeiLIUTong(SchoolofMechanicalEle

2、ctronic&InformationEngineeringChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China)AbstractWiththerapiddevelopmentoftheinternetofthings,thesmarthomehasbecometheemergingresearchfieldwhichplaysanimportantroleintheinternetofthins.Smarthomepracticetrainingschemeisputforward.Interiorhomenetworkisformed

3、byCC2530，wirelesscommunicationtechnologyandsensor,includingthreelayers.Exteriornetworkisconnectedtotheinternet.ThelampcontroltestisperformedbyLEDandtheresultconfirmedthatthesmarthomepracticetrainingschemehasanimportantvalueforfurtherstudy.【KeywordsInternetofthings;Smarthome;ZigBee;CC25300引言隨著社會(huì)的發(fā)展，人

4、們對(duì)家庭生活、學(xué)習(xí)、娛樂提生了更高的品質(zhì)要求。例如，親人對(duì)獨(dú)生子女的看護(hù)，主人對(duì)家用電器進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制，在主人進(jìn)門之前，室內(nèi)已經(jīng)具有宜人溫度。在主人啟動(dòng)汽車之前，車內(nèi)有合適溫度，有按照主人由行計(jì)劃設(shè)計(jì)好的行車路線。這些需求是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最貼近民生的智能家居方面。高校已陸續(xù)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，要把學(xué)生培養(yǎng)成適應(yīng)社會(huì)需求的人才需要學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)。智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)典型開放型應(yīng)用環(huán)境之一，學(xué)生可在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)的理解，亦可借助此平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。智能家居系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量小，在紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi等無線通信技術(shù)中，ZigBee技術(shù)以具有低功耗、低成本、低延時(shí)等優(yōu)勢(shì)而成

5、為智能家居系統(tǒng)選用的主要組網(wǎng)技術(shù)。1系統(tǒng)組成原理系統(tǒng)采用開放的無線傳感平臺(tái)，集合無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等將傳感器采集到的環(huán)境與設(shè)備信息接入互聯(lián)網(wǎng)。學(xué)生借助此平臺(tái)可以搭建標(biāo)準(zhǔn)的智能家居系統(tǒng)，亦可借助平臺(tái)開放的接口實(shí)現(xiàn)控制程序的編寫。系統(tǒng)終端由上位機(jī)Web界面顯示各種設(shè)備的信息讀取與控制，終端界面包括信息存儲(chǔ)、查詢、增刪，信息手機(jī)查看等模塊。開發(fā)平臺(tái)為基于Goldfish內(nèi)核的Android,主要有上位機(jī)的軟件開發(fā)、手機(jī)端的軟件開發(fā)，其次還有傳感器節(jié)點(diǎn)的程序開發(fā)。提供觸摸式應(yīng)用，覆蓋物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)。環(huán)境感知設(shè)備包括Wi-Fi攝像頭、DS18B20溫度傳感器、濕度傳

6、感器及光敏傳感器等，控制對(duì)象包括51英寸等離子電視機(jī)、空調(diào)、窗簾及燈光等。（如下圖所示）燈光控制包括控制電燈的開關(guān)、明暗度，多種燈光情景控制模式：如全開全關(guān)模式、家庭影院模式、會(huì)客模式、聚餐模式、夜間模式、起早模式。電視機(jī)、空調(diào)不僅要控制開關(guān)，還要控制音量。窗簾只控制開關(guān)?？刂品绞接新?lián)動(dòng)控制和定時(shí)控制兩種，控制途徑有觸摸屏、網(wǎng)頁、遙控器等。攝像頭由云臺(tái)控制：內(nèi)置RS485控制，水平360度，垂直180度；網(wǎng)絡(luò)接口：RJ-45,10/100Mb自適以太網(wǎng)接口；無線：Wi-Fi,G;支持IP地址：靜態(tài)IP地址、動(dòng)態(tài)IP地址、PPPOE撥號(hào)，支持P2P技術(shù)。（如下圖1）2網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能家居可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)

7、家用電器間及室內(nèi)物體間信息交互，數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)傳輸距離多數(shù)在20m以內(nèi)，終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限。據(jù)此可選用ZigBee網(wǎng)絡(luò)中星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于Z-Stack協(xié)議棧。協(xié)調(diào)器與PC機(jī)之間通過RS-232串口連接。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建完成后處于等待終端節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入狀態(tài)。終端節(jié)點(diǎn)上電后，首先進(jìn)行初始化，通過原語機(jī)制，依次由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和MAC層完成網(wǎng)絡(luò)尋找，最后由網(wǎng)絡(luò)層向應(yīng)用層反饋組網(wǎng)結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)通信采用固定幀格式實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)幀定義設(shè)備類型、設(shè)備屬性、設(shè)備ID、校驗(yàn)類型等信息。網(wǎng)絡(luò)可分為連接家用電器的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部因特網(wǎng)。實(shí)際操作中用LED燈代替照明燈，由上位機(jī)依據(jù)幀格式向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令，結(jié)果表明協(xié)調(diào)

8、器可以依據(jù)指令在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成燈的亮滅。由此推測(cè)，系統(tǒng)可以完成對(duì)其他家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，溫濕度等的控制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。3主要實(shí)驗(yàn)智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)綜合多種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，使學(xué)生在了解、熟悉、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，能夠運(yùn)用幾種技術(shù)做由創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以完成的實(shí)驗(yàn)主要有：建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境IAR、LED跑馬燈實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)、A/D實(shí)驗(yàn)、中斷實(shí)驗(yàn)、溫濕度傳感器實(shí)驗(yàn)、光電傳感器實(shí)驗(yàn)、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)、簡(jiǎn)單無線收發(fā)實(shí)驗(yàn)、廣播通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack星狀網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack樹狀網(wǎng)通訊實(shí)驗(yàn)、紅外傳感器實(shí)驗(yàn)、繼電器控制實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、窗

9、簾遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、燈光遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、電視遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、攝像頭遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)、空調(diào)遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)。4結(jié)束語本文以CC2530芯片等為硬件基礎(chǔ)，ZigBee為無線通信技術(shù)，覆蓋物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了智能家居實(shí)訓(xùn)方案，列舉方案中可完成的主要實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試。智能家居是物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要應(yīng)用，前景廣闊。目前，物聯(lián)網(wǎng)僅為高端別墅和私人豪宅擁有，普通百姓仍沒有條件享受，這是智能家居推廣過程中亟待解決的問題之一?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居實(shí)訓(xùn)方案【摘要】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，智能家居作為其重要應(yīng)用部分成為新興研究領(lǐng)域。本文提生了一種智能家居實(shí)訓(xùn)方案，該方案采用CC2530芯片、無線通信技術(shù)及傳感器組建ZigBe

10、e家庭內(nèi)部局域網(wǎng)，外部接入因特網(wǎng)。覆蓋物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)。使用LED燈成功測(cè)試實(shí)訓(xùn)平臺(tái)對(duì)燈光控制功能，實(shí)驗(yàn)表明有進(jìn)一步研究智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；ZigBee;CC2530SmartHomePracticeTrainingBasedonInternetofThingsZHUKaiJIANGWeiLIUTong(SchoolofMechanicalElectronic&InformationEngineeringChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China)AbstractWiththerapiddevelo

11、pmentoftheinternetofthings,thesmarthomehasbecometheemergingresearchfieldwhichplaysanimportantroleintheinternetofthins.Smarthomepracticetrainingschemeisputforward.InteriorhomenetworkisformedbyCC2530，wirelesscommunicationtechnologyandsensor,includingthreelayers.Exteriornetworkisconnectedtotheinternet.

12、ThelampcontroltestisperformedbyLEDandtheresultconfirmedthatthesmarthomepracticetrainingschemehasanimportantvalueforfurtherstudy.【KeywordsInternetofthings;Smarthome;ZigBee;CC25300引言隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)家庭生活、學(xué)習(xí)、娛樂提生了更高的品質(zhì)要求。例如，親人對(duì)獨(dú)生子女的看護(hù)，主人對(duì)家用電器進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制，在主人進(jìn)門之前，室內(nèi)已經(jīng)具有宜人溫度。在主人啟動(dòng)汽車之前，車內(nèi)有合適溫度，有按照主人由行計(jì)劃設(shè)計(jì)好的行車路線。這些需

13、求是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最貼近民生的智能家居方面。高校已陸續(xù)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，要把學(xué)生培養(yǎng)成適應(yīng)社會(huì)需求的人才需要學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)。智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)典型開放型應(yīng)用環(huán)境之一，學(xué)生可在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)的理解，亦可借助此平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。智能家居系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量小，在紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi等無線通信技術(shù)中，ZigBee技術(shù)以具有低功耗、低成本、低延時(shí)等優(yōu)勢(shì)而成為智能家居系統(tǒng)選用的主要組網(wǎng)技術(shù)。1系統(tǒng)組成原理系統(tǒng)采用開放的無線傳感平臺(tái)，集合無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等將傳感器采集到的環(huán)境與設(shè)備信息接入互聯(lián)網(wǎng)。學(xué)生借助此平臺(tái)可以搭建標(biāo)準(zhǔn)的智能家居系統(tǒng)，亦可借助平臺(tái)開放的接口

14、實(shí)現(xiàn)控制程序的編寫。系統(tǒng)終端由上位機(jī)Web界面顯示各種設(shè)備的信息讀取與控制，終端界面包括信息存儲(chǔ)、查詢、增刪，信息手機(jī)查看等模塊。開發(fā)平臺(tái)為基于Goldfish內(nèi)核的Android,主要有上位機(jī)的軟件開發(fā)、手機(jī)端的軟件開發(fā)，其次還有傳感器節(jié)點(diǎn)的程序開發(fā)。提供觸摸式應(yīng)用，覆蓋物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)。環(huán)境感知設(shè)備包括Wi-Fi攝像頭、DS18B20溫度傳感器、濕度傳感器及光敏傳感器等，控制對(duì)象包括51英寸等離子電視機(jī)、空調(diào)、窗簾及燈光等。（如下圖所示）燈光控制包括控制電燈的開關(guān)、明暗度，多種燈光情景控制模式：如全開全關(guān)模式、家庭影院模式、會(huì)客模式、聚餐模式、夜間模式、起早模式。電視機(jī)

15、、空調(diào)不僅要控制開關(guān)，還要控制音量。窗簾只控制開關(guān)。控制方式有聯(lián)動(dòng)控制和定時(shí)控制兩種，控制途徑有觸摸屏、網(wǎng)頁、遙控器等。攝像頭由云臺(tái)控制：內(nèi)置RS485控制，水平360度，垂直180度；網(wǎng)絡(luò)接口：RJ-45,10/100Mb自適以太網(wǎng)接口；無線：Wi-Fi,G;支持IP地址：靜態(tài)IP地址、動(dòng)態(tài)IP地址、PPPOE撥號(hào)，支持P2P技術(shù)。（如下圖1）2網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能家居可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)家用電器間及室內(nèi)物體間信息交互，數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)傳輸距離多數(shù)在20m以內(nèi)，終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限。據(jù)此可選用ZigBee網(wǎng)絡(luò)中星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于Z-Stack協(xié)議棧。協(xié)調(diào)器與PC機(jī)之間通過RS-232串口連接。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò),

16、網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建完成后處于等待終端節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入狀態(tài)。終端節(jié)點(diǎn)上電后，首先進(jìn)行初始化，通過原語機(jī)制，依次由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和MAC層完成網(wǎng)絡(luò)尋找，最后由網(wǎng)絡(luò)層向應(yīng)用層反饋組網(wǎng)結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)通信采用固定幀格式實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)幀定義設(shè)備類型、設(shè)備屬性、設(shè)備ID、校驗(yàn)類型等信息。網(wǎng)絡(luò)可分為連接家用電器的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部因特網(wǎng)。實(shí)際操作中用LED燈代替照明燈，由上位機(jī)依據(jù)幀格式向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令，結(jié)果表明協(xié)調(diào)器可以依據(jù)指令在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成燈的亮滅。由此推測(cè)，系統(tǒng)可以完成對(duì)其他家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，溫濕度等的控制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。3主要實(shí)驗(yàn)智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)綜合多種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，使學(xué)生在了解、熟悉、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，能夠運(yùn)用幾種技術(shù)做由創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。智能家居實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以完成的實(shí)驗(yàn)主要有：建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境IAR、LED跑馬燈實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、串口通訊實(shí)驗(yàn)、A/D實(shí)驗(yàn)、中斷實(shí)驗(yàn)、溫濕度傳感器實(shí)驗(yàn)、光電傳感器實(shí)驗(yàn)、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)、簡(jiǎn)單無線收發(fā)實(shí)驗(yàn)、廣播通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊實(shí)驗(yàn)、Z-Stack星狀