物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用及其系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第IV頁 摘要 隨著人們生活收入的不斷提高。人們已經(jīng)不再滿足傳統(tǒng)的衣食住行，而越來越多的關(guān)注如何提高自己的生活質(zhì)量。本論文研究旨在為人們的家庭生活提供更富人性化的智能家電產(chǎn)品及其系統(tǒng)設(shè)計，增進(jìn)“人與物”、“物與物”、“人與人”之間的交流。且智能家居利用物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)等對住宅內(nèi)的家用電器、燈光照明進(jìn)行智能控制。因此研究的正是如何構(gòu)建一個舒適的居住環(huán)境，讓人們體驗方便、快捷、人性化的家庭內(nèi)部服務(wù)智能家居。同時介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、核心技術(shù)以及在物聯(lián)網(wǎng)背景下智能家居行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用。今天在網(wǎng)絡(luò)時代，人們的生活方式也隨之改變，節(jié)奏加快，工作時間

2、延長，工作壓力不斷增加，而空閑的休息時間卻不斷減少。因此，人們迫切的希望能有智能化的家居產(chǎn)品出現(xiàn)，從而減輕人們?nèi)粘Ｉ畹呢?fù)擔(dān)，由此家用電器的智能化將成為未來家電發(fā)展的主要趨勢。 關(guān)鍵詞： 人性化，物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，網(wǎng)絡(luò)時代 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 錄1 緒論 11.1物聯(lián)網(wǎng)的起源.11.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概述.2 1.1.2物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)外發(fā)展研究的情況. .31.1.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù). 41.2智能家居.4 1.2.1智能家居的概念.4 1.2.3智能家居應(yīng)用.5 1.2.4智能家居發(fā)展趨勢.5 2.智能家居系統(tǒng)設(shè)計方

9、案 .73.1 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計思想 .73.2 系統(tǒng)工作過程. .93.3 應(yīng)用技術(shù)分析. .9 3.3.1 無線傳輸技術(shù). .9 3.3.2 GPRS技術(shù). .10 3.3.3 系統(tǒng)控制器技術(shù). .123.4智能家居的系統(tǒng)設(shè)計. .13 3.4.1 主處理器的選取 .13 3.4.2模塊框架結(jié)構(gòu) .13結(jié)論 .15 致謝 16 參考文獻(xiàn) 17 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第17頁 1緒論1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概述物聯(lián)網(wǎng)是新時期高科技技術(shù)的舉足輕重的組合片段，也是“信息化”紀(jì)元的重要進(jìn)化階段。其英文稱謂是：“Internet of things”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)其含義是指物與

10、物通過傳感設(shè)備和紅外或無線識別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密地連接起來，實現(xiàn)智能化管理這有兩層含義：其一，物聯(lián)網(wǎng)的著力點和基本還是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的拉伸和壯大的網(wǎng)絡(luò)它概括互聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)上全套的資源，兼容互聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用，兼容互聯(lián)網(wǎng)所有應(yīng)用，其二，其用戶端拉開和擴(kuò)展到了任何物料與物料之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人和物等由此新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，促成信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，如進(jìn)行全球、國際間、省際間、區(qū)域間的物流監(jiān)控；對環(huán)境

11、污染的監(jiān)控；促成交通管理、家居、路燈控制智能化；各種類型的無障礙掃描收費 ；可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的智能檢索查詢服務(wù)。也因此被稱為繼微處理器、互聯(lián)網(wǎng)之后領(lǐng)域信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用。因此，應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本，以用戶感受為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。很顯而易見，就時下的技術(shù)水準(zhǔn)而言，相當(dāng)長的一段時間內(nèi)， “物聯(lián)網(wǎng)”還將是不得不落實最最簡單、最最基本的“物連網(wǎng)”。1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)外發(fā)展研究的情況近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為發(fā)展的熱潮打破了人們的傳統(tǒng)思維，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的目標(biāo)是將所有的物品均與網(wǎng)絡(luò)連接起來，系統(tǒng)可以自動

12、實時的，對物體進(jìn)行分辨、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。因為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展幾乎涉及到了信息技術(shù)的方方面面，是一種凝聚。 2009年，中國政府提出了“感知中國”計劃，要大力扶持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并將物聯(lián)網(wǎng)上升為國家五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的第二位。同年月7日，溫家寶總理在江蘇無錫調(diào)研時，對微納傳感器研發(fā)中心給予高度關(guān)注和評價，談到把物聯(lián)網(wǎng)中心設(shè)在無錫，輻射全國的總體想法。溫家寶總理指出“在傳感網(wǎng)的發(fā)展上，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術(shù)”，“在國家重大科技專項中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展”，“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫感知中國中心”。目前我國在國家重大科技項目、國家自然科學(xué)基金、國家“863”

13、計劃中已部署了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研究。在通信協(xié)議、芯片、協(xié)同處理、網(wǎng)絡(luò)管理、智能計算等領(lǐng)域組織開展了技術(shù)攻關(guān)。且物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)除在災(zāi)情監(jiān)測、交通、物流、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用外，在智能電網(wǎng)、智能安防等方面的應(yīng)用也開始實施，我國已具有了一定的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)的缺乏是存在的問題，標(biāo)準(zhǔn)體系待建立等。同時我國已形成了較完整的敏感元件與傳感器產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步增長。我國形成了RFID低頻和高頻的完整產(chǎn)業(yè)鏈以及以京、滬、粵為主的空間布局，2009年市場規(guī)模達(dá)到85億元并成為全球第3大市場。我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)連續(xù)多年實現(xiàn)20%以上的增長，2009年產(chǎn)值超過5000億元，企業(yè)數(shù)量為5000多個，

14、小型企業(yè)數(shù)量占比達(dá)到90%。 國外對物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)一開始僅局限于條形碼、 RFID 等技術(shù)在商業(yè)零售、物流領(lǐng)域應(yīng)用，如美、歐、日、韓等少數(shù)國家。隨著遠(yuǎn)程通信技術(shù)以及計算技術(shù)等的發(fā)展，其應(yīng)用已拓展到各種環(huán)境監(jiān)測、安防保護(hù)、智能型基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。 “智能型互聯(lián)建筑”。可以節(jié)約至少 15%的能耗；開發(fā)電力、交通、醫(yī)療、銀行等智能化以及城市間智能化。 2009年1月，在美國總統(tǒng)奧巴馬與美國工商領(lǐng)袖的"圓桌會議"上，IBM公司CEO提出"智慧地球"的概念，即把傳感器放到電網(wǎng)、鐵路、橋梁和公路等物體中，能量極其強(qiáng)大的計算機(jī)群，能夠?qū)φ麄€網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部人員和物體實施管理和控制

15、。  目前RFID技術(shù)正處于迅速成熟的時期，許多國家都將RFID作為一項重要產(chǎn)業(yè)予以積極推動。 1.1.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 從專業(yè)的角度來看，可以將物聯(lián)網(wǎng)劃分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，它們分別對應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)的三項關(guān)鍵技術(shù)：1.傳感器技術(shù) 目前數(shù)字信號已經(jīng)在很大范圍內(nèi)取代了模擬信號，而且對于計算機(jī)而言，它也只能識別數(shù)字信號。如何獲取數(shù)字信號，或者說如何將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，就需要通過傳感器技術(shù)來實現(xiàn)；傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以

16、至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。 由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。2.RFID技術(shù) RFID具有快速讀寫、距離遠(yuǎn)、長期跟蹤管理等特點，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一，因為可以實現(xiàn)點對點的物對物的操作，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。RFID技術(shù)用于實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)真正意義上的物理性，借助相應(yīng)的射頻設(shè)備，各種物品和設(shè)備就像攜帶了一個“電子身份證”，更具智能化；借助無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人與物之間可以展開“對話”

17、，物體和物體之間也能進(jìn)行“交流”。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種環(huán)境之下。RFID技術(shù)可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID主要包括產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)兩方面，其中RFID產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)主要包括：標(biāo)簽芯片設(shè)計與制造，例如低成本、低功耗的RFID芯片設(shè)計與制造技術(shù)，適合標(biāo)簽芯片實現(xiàn)的新型存儲技術(shù)，防沖突算法及電路實現(xiàn)技術(shù)，芯片安全技術(shù)，以及標(biāo)簽芯片與傳感器的集成技術(shù)等。天線設(shè)計與制造：例如標(biāo)簽天線匹配技術(shù)，針對不同應(yīng)用對象的RFID標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，多標(biāo)簽天線優(yōu)化分布技術(shù)，片上天線技術(shù)，讀寫器

18、智能波束掃描天線陣技術(shù)，以及RFID標(biāo)簽天線設(shè)計仿真軟件等。RFID標(biāo)簽封裝技術(shù)與裝備：例如基于低溫?zé)釅旱姆庋b工藝，精密機(jī)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，多物理量檢測與控制，高速高精運(yùn)動控制，裝備故障自診斷與修復(fù)，以及在線檢測技術(shù)等。RFID標(biāo)簽集成：例如芯片與天線及所附著的特殊材料介質(zhì)三者之間的匹配技術(shù)，標(biāo)簽加工過程中的一致性技術(shù)等。讀寫器設(shè)計：例如密集讀寫器技術(shù)，抗干擾技術(shù)，低成本小型化讀寫器集成技術(shù)，以及讀寫器安全認(rèn)證技術(shù)等。目前RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)在感知層獲得大量數(shù)據(jù)后要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸，此時移動網(wǎng)絡(luò)將是最主要的接入手段?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的通道，要保證信息有序正確的流送，就

19、依賴于安全可靠的中間傳輸機(jī)制。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長，會產(chǎn)生非常龐大的數(shù)據(jù)流，在應(yīng)用層就需要引入云計算中心處理海量信息，進(jìn)行輔助決策。云計算作為一種虛擬化、硬件/軟件運(yùn)營化的解決方案，可以為物聯(lián)網(wǎng)提供高效的計算、存儲能力，為泛在鏈接的物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)引擎。此外，物聯(lián)網(wǎng)中涉及關(guān)鍵技術(shù)還有中間件、客戶端軟件、用戶卡鑒權(quán)和安全、遠(yuǎn)距通信（移動網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)等）、安全和隱私等。1.1.4物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的未來趨勢 互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)的發(fā)展，改善了人與人之間的交流方式和交流效率，縮短了時間和空間的距離；而“物聯(lián)網(wǎng)”引入了人與物之間的交流，成為改變?nèi)祟惿畹募夹g(shù)首選，其發(fā)展目標(biāo)就是使人們在任意時間、任意

20、地點都可以與任何物品相聯(lián)，無疑為人類生活帶來了革命性的變化。如何立足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重大需求，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)新型體系結(jié)構(gòu)，突破物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計和實施的關(guān)鍵技術(shù)，并以應(yīng)用為導(dǎo)向來帶動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，需要繼續(xù)加大對物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺和關(guān)鍵技術(shù)的投入，加快物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的建立，并以需求來驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。相信物聯(lián)網(wǎng)的推廣將會成為推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的驅(qū)動器。 中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是以應(yīng)用為先導(dǎo)，存在著從公共管理和服務(wù)市場，到企業(yè)，行業(yè)應(yīng)用市場，再到個人家庭市場逐步發(fā)展成熟的細(xì)分市場遞進(jìn)趨勢。目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在中國還是處于前期的概念導(dǎo)入期和產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成階段，沒有成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和完善的技術(shù)體系，整體產(chǎn)

21、業(yè)處于醞釀階段。此前，RFID市場一直期望在物流零售等領(lǐng)域取得突破，但是由于涉及的產(chǎn)業(yè)鏈過長，產(chǎn)業(yè)組織過于復(fù)雜，交易成本過高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模有限，成本難于降低等問題使得整體市場成長較為緩慢。物聯(lián)網(wǎng)概念提出以后面向具有迫切需求的公共管理和服務(wù)領(lǐng)域，以政府應(yīng)用示范項目帶動物聯(lián)網(wǎng)市場的啟動將是必要之舉。從而隨著公共管理體制和服務(wù)市場應(yīng)用解決方案技術(shù)的不斷成熟、技術(shù)的不斷整合和提升逐步，將形成比較完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條，從而將可以帶動各行各業(yè)大型企業(yè)隨之的應(yīng)用市場。待各個行業(yè)的應(yīng)用逐漸成熟后，帶動各項服務(wù)的完善、流程的改進(jìn)，應(yīng)用市場才會隨之成熟起來。1.2 智能家居1.2.1智能家居的概念智能的定義：從感覺到

22、記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧的結(jié)果就產(chǎn)生了行為和語言，將行為和語言的表達(dá)過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”。智能是知識與智力的總和。智能家電的定義就是具備智能化和信息網(wǎng)絡(luò)的功能，將現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)于傳統(tǒng)家電的產(chǎn)品，它具有遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護(hù)、自動報警和模糊記憶等特性。 智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響之下物聯(lián)化體現(xiàn)。智能家居目前在世界上尚未有一個統(tǒng)一的定義，家居智能化到什么程度，也是一個隨著科學(xué)技術(shù)和智能化產(chǎn)品的不斷發(fā)展而發(fā)展的概念。要構(gòu)建智能家居系統(tǒng)，首先需要在整個家庭范圍內(nèi)組建一個信息交互網(wǎng)絡(luò)，打通數(shù)據(jù)交互的通道；其次設(shè)計一個集中控制器，通過它去控制和監(jiān)測整個家庭內(nèi)

23、部網(wǎng)絡(luò)里的設(shè)備；最后需要采取一定的技術(shù)手段，將家庭內(nèi)部的集中控制器與外界Intemet相連接，實現(xiàn)整個家居的真正意義上的網(wǎng)絡(luò)化，達(dá)到能夠在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端對家庭內(nèi)部設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)控的目的。當(dāng)然，智能家居的出發(fā)點和最終目的都是為了改善人們的生活環(huán)境，使人們生活得更加舒適便捷，從而提高生活水平的質(zhì)量，并提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。1.2.2 智能家居的應(yīng)用智能家居最初的發(fā)展主要以燈光遙控控制、電器遠(yuǎn)程控制和電動窗簾控制為主，隨著行業(yè)的發(fā)展，智能控制的功能越來越多，控制的對象不斷擴(kuò)展，控制的聯(lián)動場景要求更高，其不斷延伸到家庭安防報警、背景音樂、可視對講、門禁指紋控制等領(lǐng)域，可以說智能家

24、居幾乎可以涵蓋所有傳統(tǒng)的弱電行業(yè)，市場發(fā)展前景誘人，因此和其產(chǎn)業(yè)相關(guān)的各路品牌不約而同加大力度爭奪智能家居業(yè)務(wù)，市場漸成春秋爭霸之勢。1.2.3 智能家居的趨勢智能家電控制系統(tǒng)已經(jīng)有 20 多年的歷史，雖然已經(jīng)有很多成熟的解決方案，可是還不足以推出市場，主要是因為傳統(tǒng)的智能家電系統(tǒng)存在一些不足：市場上智能家電系統(tǒng)都是采用有線介質(zhì)的方式通信，采用這些方式設(shè)計的智能家電系統(tǒng)的兼容性比較差，而且大多數(shù)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)還是采用比較傳統(tǒng)的 PC，不方便移動和攜帶，功耗也很大。許多廠家設(shè)計的智能家電系統(tǒng)還是沿用以前的一些功能，像用于探測的紅外裝置，用于安全的監(jiān)控攝像頭，用于預(yù)防和檢測的感知煙霧探頭，具有在發(fā)生緊

25、急事件的求助按鈕等，這些設(shè)計已經(jīng)能滿足用戶的基本需求，但普遍存在報警不及時、重復(fù)投資率大等缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家電系統(tǒng)也采用了先進(jìn)的的通信技術(shù)、增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展功能、減少系統(tǒng)的成本和削減或去除人工操作等。 任何一個新概念、新問題的提出，也必將伴隨著一門新技術(shù)的產(chǎn)生去解決這個問題。智能家居同樣如此，應(yīng)當(dāng)通過何種方法、何種技術(shù)手段去實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)。為了解決這一問題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)為智能家居的實現(xiàn)提供了一個很好的技術(shù)手段。目前，智能家電系統(tǒng)需要克服幾個困難：由網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控等給業(yè)主帶來的隱私保密問題、控制設(shè)備的靈活控制問題、互聯(lián)和擴(kuò)展性問題、技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性帶來的易用性問題、

26、安防系統(tǒng)中的安全可靠和可維護(hù)性問題、設(shè)備的配置和其配件帶來的成本問題等。要想解決這些問題，必須引入新的科技，遵循綠色、生態(tài)、環(huán)保的核心理念，結(jié)合生物電子、軟件工程、高新材料、環(huán)保生態(tài)等學(xué)科，帶領(lǐng)智能家電控制系統(tǒng)進(jìn)入一個新的輝煌時代。在未來的幾年甚至是十幾年中，隨著物聯(lián)網(wǎng)和各學(xué)科的發(fā)展，智能家電也將迎來一個快速發(fā)展的時期。新的高科技產(chǎn)品和芯片產(chǎn)品將會源源不斷的出現(xiàn)，所以智能家電的未來將會著下面這些方向發(fā)展：1.感知更加智能化  隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能家居傳感終端將具備對環(huán)境的判別自我適應(yīng)、自我診斷及自我修復(fù)的機(jī)能，有效提升智能家居各應(yīng)用的智能協(xié)同感知。另外，隨著國內(nèi)電信運(yùn)

27、營商對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用的快速發(fā)展，依靠當(dāng)前最新的4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合智能家居應(yīng)用的新特點，通過4G手機(jī)上網(wǎng)可實現(xiàn)可視對話、遠(yuǎn)程家電控制、安防監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等眾多業(yè)務(wù)，滿足用戶任何時間地點對住宅的智能掌控。  2.業(yè)務(wù)更加融合化  現(xiàn)有的智能家居業(yè)務(wù)多呈現(xiàn)出一種孤島狀，各業(yè)務(wù)的互通性和融合性較低，這樣不利于為用戶提供更全面、更人性化的服務(wù)。因此，通過促進(jìn)智能家居業(yè)務(wù)傳輸協(xié)議的IP化，提升業(yè)務(wù)之間及相關(guān)平臺的融合度，同時結(jié)合電信運(yùn)營商以家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建的家庭網(wǎng)絡(luò)及電信大網(wǎng)能力，借助智慧社區(qū)的駐地網(wǎng)，打通、融合智能家居各子網(wǎng)應(yīng)用，提升整體業(yè)務(wù)體驗。 &

28、#160;3.終端更加集約化   隨著智能家居業(yè)務(wù)融合度的提升，家庭網(wǎng)絡(luò)中的智能家居終端功能將更加集中。同時為提升安裝的便捷性及使用的可靠性，智能家居終端的體積將日漸縮小，耗電將降低。另外，在保證安全性的基礎(chǔ)上，通過終端模塊化加載和自動發(fā)現(xiàn)協(xié)議，終端接入家庭網(wǎng)絡(luò)會更加自動化，實現(xiàn)即插即用。  4.終端接入無線化  目前，在智能家居的施工中，因房屋在建設(shè)初期考慮不足而未能預(yù)留網(wǎng)絡(luò)管線，只能考慮通過打墻、挖地等方式重新鋪設(shè)管線，造成了施工造價較高且用戶體驗較差的問題。而通過無線傳輸?shù)撵`活性、移動性和可擴(kuò)展性滿足了人們對于靈活、便攜、無所不

29、在的訴求。因此對于智能家居應(yīng)用終端在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接入方式在未來從有線走向無線的總趨勢是無法逆轉(zhuǎn)的。  物聯(lián)網(wǎng)的問世讓智能家居生活方式逐步發(fā)生變化。智能家居已從一個集中控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€家庭智能秘書，從一個強(qiáng)調(diào)以“控制”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴肮芾怼睘橹行?，它對人們從“衣、食、住、行”等方面進(jìn)行全方位的管理和服務(wù)。它可以通過基于物聯(lián)網(wǎng)的衣物管理系統(tǒng)，方便地為家人提供衣物基本信息跟蹤與定位、穿衣顧問及購物指南，滿足人們對于“美”的追求。它也可以通過飲食管理系統(tǒng)，為家人方便地提供安全的食物來源信息追蹤、合理的飲食搭配及便捷的在線訂購服務(wù)。另外，在基于傳統(tǒng)的燈光、家電、安防等本地控制的基礎(chǔ)

30、上，通過基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，能夠為家人提供對燈光、窗簾、家電的智能聯(lián)動及遠(yuǎn)程管控，提供安防報警與視頻聯(lián)動及多種方式的報警通知，如通過彩信方式將報警視頻信息推送給用戶手機(jī)或接警中心。同時，結(jié)合智慧電網(wǎng)與家電在線服務(wù)系統(tǒng)，為用戶提供家電的智慧用電和全時故障信息監(jiān)測與處理。3 智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案3.1 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計思想我們應(yīng)用智能家居的基本目標(biāo)是使我們的生活環(huán)境更加舒適、安全、方便和高效。因此智能家居系統(tǒng)的硬件和軟件都應(yīng)具有先進(jìn)性，避免短期內(nèi)因技術(shù)陳舊造成整個系統(tǒng)性能不高和過早淘汰。與此同時，應(yīng)立足于用戶對整個系統(tǒng)的具體需求，具有實用性。不管是系統(tǒng)中的設(shè)備、軟件還是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都應(yīng)

31、具有良好的開放性。網(wǎng)絡(luò)化的目的在于要實現(xiàn)設(shè)備資源和信息資源的共享，由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身具有開放性，和共享性。因此我們應(yīng)設(shè)計提供標(biāo)準(zhǔn)接口。用戶可根據(jù)其需求，對系統(tǒng)進(jìn)行更新和升級。這個系統(tǒng)采用GPRS技術(shù)和短消息的方式來實現(xiàn)無線傳輸短消息，并且控制器將把短消息分析翻譯成為可以識別的命令編碼。這樣可以通過手機(jī)操控的方式來實現(xiàn)家居監(jiān)控。用GPRS接入的好處是可以滿足部分Internet普及率不是很高的現(xiàn)狀，同時用手機(jī) 圖3-1 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖對家庭進(jìn)行監(jiān)控彌補(bǔ)了通常智能家居控制器的操作距離短、地域限制等問題。并且以短消息的方式對系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了效率降低了成本，同時本系統(tǒng)可以擴(kuò)展應(yīng)用于多種無人職守地區(qū)的

32、監(jiān)控安防等場所，如圖3-1所示。系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能：(1)防盜警報當(dāng)家庭遭到非法入侵的時候，例如玻璃被打破、門窗被撬等，相應(yīng)傳感器將檢測到情況，立刻通過室內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)，將采集到的信號發(fā)送到家庭控制器，再經(jīng)過家庭控制器處理，最后將警報信息通過GPRS模塊以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)上，從而實現(xiàn)了家庭的安防功能。(2)家電遠(yuǎn)程控制 當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制家用電器的開關(guān)時，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過Zigbee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與家電相連接的單片機(jī)上，通過對單片機(jī)的控制實現(xiàn)了對家電的控制。(3)火

33、災(zāi)監(jiān)控安裝在室內(nèi)的感溫探測器及感煙探測器將實時監(jiān)控各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)檢測到的火災(zāi)存在，將把采集到的信息通過無線Zigbee模塊發(fā)送到家庭控制器，家庭控制器通過GPRS模塊將信息以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)。3.2 系統(tǒng)工作過程智能家居的系統(tǒng)主要有GPRS模塊、基于單片機(jī)的主控制模塊、ZigBee無線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號采集發(fā)送模塊幾部分組成。其中，GPRS模塊的主要功能是接收用戶手機(jī)所發(fā)送的短消息，并將短消息解析成為一段可以識別的命令傳輸給主控制器。基于單片機(jī)的主控制器的作用是將接收到的命令做出響應(yīng)。ZigBee模塊是將主控制器所下達(dá)的命令通過無線的ZigBee網(wǎng)

34、傳輸?shù)郊译姸?。傳感信號采集發(fā)送模塊的作用是通過實時的監(jiān)控，不斷確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)訂的警報值，如果達(dá)到了預(yù)定值，就將警報信號發(fā)送給主控制器，主控制器通過分析判斷出該警報信號是從哪個家電終端發(fā)送的，在經(jīng)過GPRS模塊發(fā)送給用戶手機(jī)，從而實現(xiàn)了對家庭各個方面的防護(hù)。3.3 應(yīng)用技術(shù)分析3.3.1無線傳輸技術(shù)室內(nèi)無線傳輸采用基于ZigBee射頻芯片CC2430設(shè)計的終端節(jié)點，通過覆蓋在家中的無線網(wǎng)絡(luò)把信息發(fā)送到總控制器。此射頻收發(fā)模塊的特點如下：(1)低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作624個月，甚至更長。(2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議，降低了對通信控制器的要求，按預(yù)測分析，以8

35、051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。(3)低速率。ZigBee工作在20-250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHZ)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。(4)近間隔。傳輸?shù)木嚯x一般在20到80米之間，在增加發(fā)射功率后，還可擴(kuò)展到2到4千米。這指的是鄰節(jié)點之間的長度。(5)短延時。ZigBee的響應(yīng)速度很快，一般從休眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需幾毫秒，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需三十毫秒，進(jìn)一步節(jié)省了電力資源。而且相比較而言，藍(lán)牙需要35秒、W

36、iFi需要更多。(6)高容納。ZigBee可采用行星、網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，由一個主要節(jié)點管理許多個子節(jié)點，同時最多一個主要節(jié)點可管理256個子節(jié)點，同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成幾萬個節(jié)點的大網(wǎng)。(7)高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括安全設(shè)定、使用接入控制清單，防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)的密碼，以保證確定其安全性。(8)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，2.4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。 CC2430芯片的特點如下：l 高性能和低功耗的8051微控制器核。 l 集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4

37、GHz的 RF無線電收發(fā)機(jī)。 l 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。 l 在休眠模式時僅0.9 A的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時少于0.6 A的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。 l 硬件支持CSMA/CA功能。 l 較寬的電壓范圍(2.03.6 V)，強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。 l 數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能。 l 具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。 l 集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC，集成AES安全協(xié)處理器。帶有2個強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802.15.4規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器。從這些特點我們看出，

38、此ZigBee射頻模塊組網(wǎng)可以滿足我們對信號傳輸?shù)囊?。CC2430模塊本身集成了51內(nèi)核的單片機(jī)，在基于ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行簡單編程對傳感器發(fā)出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理發(fā)送到主控制器，同時可以對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3.3.2 GPRS技術(shù)智能家居的控制系統(tǒng)與用戶手機(jī)的通信是通過GPRS技術(shù)來實現(xiàn)的。GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上引入SGSN(GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點)、GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點)、和PCU(分組控制單元)。在這個系統(tǒng)中，我們選用了TC35i來實現(xiàn)。西門子公司的TC35i模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，工作在900MHz和1800MHz雙頻段，可以傳

39、輸語音和數(shù)據(jù)信號。TC35i的數(shù)據(jù)接口通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS。它由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF(零插拔力)連接器、天線接口等6部分組成。TC35i模塊有40個引腳，通過一個ZIF連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點： l 頻段為雙頻GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)； l 支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真； l 高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm)； l

40、 質(zhì)量為9g；l 電源電壓為單一電壓3.34.8V； l 可選波特率300bps115kbps，動波特率 4.8115kbps； l 電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，2.5A峰值； l 溫度范圍 正常操作-20+55，存放-30+85；l SIM電壓為3V/1.8V。 系統(tǒng)的工作原理是：將系統(tǒng)分成監(jiān)測和控制兩大類。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時，MCU一邊偵聽監(jiān)測端口的報警信號，一邊等待接收從GSM網(wǎng)絡(luò)傳來的短信控制指令。當(dāng)系統(tǒng)的監(jiān)控傳感器發(fā)現(xiàn)危險情況，立即觸發(fā)MCU的外部中斷，然后MCU將向TC35i發(fā)送AT指令，從而控制TC35i向指定的移動用戶

41、發(fā)送預(yù)先存儲在SIM卡中的報警短信。當(dāng)TC35i模塊接收到用戶發(fā)來的短信時，會觸發(fā)MCU的串行中斷，MCU立即讀取接收到的短信并進(jìn)行解析處理，當(dāng)判斷是否包含有效的控制命令后，再對家用電器控制裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制。短消息收發(fā)規(guī)范GSM07.07規(guī)定了短消息命令，表3-1中列出了與SMS相關(guān)的主要命令。TC35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps115kbps之間可選，硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。表3-1 SM

42、S常用的AT指令A(yù)T指令 功能AT+CMGC Send an SMS command(發(fā)出一條短消息命令)AT+CMGD Delete SMS message(刪除SIM卡內(nèi)存的短消息)AT+CMGF Select SMS message format(選擇短消息信息格式：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”為未讀，1/”REC READ”為已讀，2/”STOUNSENT”為待發(fā)，3/”STO SENT4”為已發(fā)，4/”ALL”為全部的)AT

43、+CMGR Read SMS message(讀短消息)AT+CMGS Send SMS message(發(fā)送短消息)AT+CMGW Write SMS message to memory(向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息)AT+CMGS Send SMS message from storage(從SIM內(nèi)存中發(fā)送短消息)AT+CNMI New SMS message indication(顯示新收到的短消息)AT+CPMS Preferred SMS message storage(選擇短消息內(nèi)存)AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址)AT+C

44、SCB Select cell broadcast message messages(選擇蜂窩廣播消息) TC35模塊的編碼指令用的是AT指令。AT命令即Attention，AT命令集是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的DTE-DCE接口標(biāo)準(zhǔn)，是從終端設(shè)備TE(Terminal Equipment)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)向終端適配器TA(Terminal Adapter)或數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發(fā)送的。通過TA，TE發(fā)送AT命令來控制移動臺MS(Mo

45、bile Station)的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。AT命令包括一般命令，呼叫控制命令，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令，安全性命令，電話本命令，短消息(SMS)命令，補(bǔ)充業(yè)務(wù)命令，數(shù)據(jù)命令，傳真命令和串口命令。本設(shè)計主要用的是短消息命令，對GSM中的短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行操作。3.3.3 系統(tǒng)控制器技術(shù)當(dāng)用戶發(fā)送短信息時，信號通過GPRS模塊接收并解析，傳送到了家庭總控制器中進(jìn)行命令解析和響應(yīng)。這個部分我們選用的是AT89S52作為總控制器。AT89S52是一種低功耗、高性能COMS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳

46、完全兼容，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有8位CPU和在系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時器/計數(shù)器，1個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇。節(jié)電模式、空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)存被保存，振蕩器被凍結(jié)。單片機(jī)一切工作停止，直到下一個終端或硬件復(fù)位為止。3.4智能家居

47、的系統(tǒng)設(shè)計本智能家居監(jiān)控系統(tǒng)是基于AT89S52芯片作為總控制器開發(fā)和設(shè)計的。主要任務(wù)是處理和接收各個ZigBee節(jié)點傳來的信號以及TC35i收發(fā)的信號，對其進(jìn)行分類，解析，并判決信息類型，及時處理。3.4.1 主處理器的選取智能家居的系統(tǒng)的主要目的是為實現(xiàn)對家中電器的開關(guān)控制及家庭安防的報警功能。要處理的數(shù)據(jù)量相對較低，并且考慮到成本問題，而采用了AT89S52單片機(jī)作為主處理器。并且與主處理器相連的ZigBee芯片CC2430內(nèi)部也集成了MCU，可以起到輔助處理的作用，而且每塊ZigBee節(jié)點都有一個MCU，所以主處理器只要起協(xié)調(diào)作用和處理簡單數(shù)據(jù)量信息功能，從而可以完全滿足我們的設(shè)計需要

48、。3.4.2模塊框架結(jié)構(gòu) GPRS模塊采用TC35i，TC35i是GPRS模塊，價錢比較便宜。采用插槽代替排線，通過AT指令完成GPRS短信息接收和傳送到主控制器中。ZigBee模塊的型號是CC2430，該芯片是Chipcon公司生產(chǎn)的首款符合ZigBee技術(shù)的2.4GHz射頻系統(tǒng)單芯片。該芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器。模塊的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示：圖3-2模塊結(jié)構(gòu)框架圖 CC2430使用1個8位MCU(8051)，具有128KB可編程閃存和SKB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個定時器、AES128協(xié)同處理器、看

49、門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。該芯片采用0.18µmCMOS工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。設(shè)計中考慮到處理器只有一個硬件串口，和ZigBee部分連接采用模擬串口方式通信，減少硬件成本，主要電路包括：連接TC35i的外部晶振電路、復(fù)位電路、與AT89S52連接電路組成，TC35i負(fù)責(zé)建立GPRS網(wǎng)絡(luò)，使室內(nèi)與外部可以進(jìn)行通信，接受外界的指令同時將室內(nèi)的狀況及時通知外界，ZigBee網(wǎng)絡(luò)是室內(nèi)的一個局部網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)室內(nèi)各個家電及報警裝置與主控制器的無線通信，ZigBee的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)家中網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。 結(jié)論 通過閱讀參考大量的關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的參考文獻(xiàn)以及研讀許多的關(guān)于單片機(jī)的文獻(xiàn)，我對與物聯(lián)網(wǎng)以及家居設(shè)計有了大致的學(xué)習(xí)和掌握。進(jìn)行了相關(guān)的理論知識的學(xué)習(xí)，閱讀了大量國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)資料，從各個單獨模塊設(shè)計，到最后整體組合，前后經(jīng)歷的大量思考和修改，基本確定了模塊的設(shè)計并且在老師的指導(dǎo)下我完成了大體的家居設(shè)計方案。信息社會的飛速發(fā)展促進(jìn)