基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

吉林工程技術(shù)師范學(xué)院

信息工程學(xué)院《物聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目:基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：時(shí)間：2014/3/17 —2014/3/28目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章緒論. 11．1智能家居的目的與意義 11．2智能家居的內(nèi)容. 11．3智能家居的前景. 1第二章智能家居的設(shè)計(jì)方案 22．1智能家居的設(shè)計(jì)思想 22．2智能家居主要實(shí)現(xiàn)功能 52．3智能家居系統(tǒng)的工作過(guò)程 7第三章智能家居的實(shí)物仿真 113．1實(shí)物仿真編程. 113．2WIFI模塊調(diào)試 123．3仿真硬件設(shè)置. 14第四章課程設(shè)計(jì)總結(jié). 16參考資料：. 17附錄I:智能家居實(shí)物仿真程序 18第一章緒論智能家居的目的與意義智能家居又稱智能住宅，英文名稱為“SmartHomg'。是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目標(biāo)是，將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過(guò)家庭總線技術(shù) （HBS）連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。要完整地理解智能家居，有必要先對(duì)幾個(gè)智能家居發(fā)展過(guò)程中有著重大影響的系統(tǒng)進(jìn)行介紹。智能家居是一個(gè)以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時(shí)間內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以一般都是一個(gè)廠家單獨(dú)做系統(tǒng)研發(fā)方案的。其中較為有影響力的一次是2007年微軟推出的“未來(lái)之屋”，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于日常生活的一個(gè)樣板[5]。進(jìn)人房屋時(shí)，安全系統(tǒng)會(huì)對(duì)來(lái)訪者的面部進(jìn)行掃描，確認(rèn)身份后自動(dòng)打開(kāi)房門(mén)。客廳冰箱上的液晶顯示器能列出保存的食物清單，廚房水槽能夠根據(jù)使用者的身高調(diào)節(jié)高度，而排風(fēng)機(jī)會(huì)根據(jù)油煙濃度自動(dòng)開(kāi)啟。此外，每個(gè)房間的墻壁顏色、裝修風(fēng)格和溫度,都可以根據(jù)家庭成員的喜好和情緒自動(dòng)更換。這一概念的提出在推廣普及上還需加以時(shí)日，但是隨著技術(shù)的革新，我們這里將把能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能照明、以及智能音響的智能家居。我們可以考慮將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能家居的設(shè)計(jì)中，使我們的家居環(huán)境更加智能化、人性化、高效化。1.2智能家居的內(nèi)容近幾年金融危機(jī)之后的復(fù)蘇時(shí)期，物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風(fēng)行，受到各國(guó)政府的重視。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，但關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義到現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義從字面上解釋，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。可以從兩方面去理解：其一，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。研究這項(xiàng)技術(shù)的重大意義在于這將使我們周圍的一切物體聯(lián)系到一起，社會(huì)變得更加智能，更加方便安全。智能家居的概念早在上世紀(jì)80年代初就已經(jīng)提出。以“住宅電子化”實(shí)現(xiàn)，到了80年代末，逐步提出了"住宅智能化"，也就是現(xiàn)在所說(shuō)的智能家居的原型。智能家居是一個(gè)以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。它的研究與設(shè)計(jì)將優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目標(biāo)是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過(guò)家庭總線技術(shù)（HBS）連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。

1.3智能家居的前景相比于國(guó)外，我國(guó)對(duì)智能家居系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚。從目前中國(guó)的國(guó)情來(lái)看，實(shí)用型與舒適型應(yīng)當(dāng)成為家庭住宅建設(shè)的主流，舒適型面向中等偏上收入者。但是住宅是一項(xiàng)使用壽命較長(zhǎng)、一次投資較大的特殊商品，因此，建設(shè)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)必須具有一定的前瞻性。目前在我國(guó)，智能家居系統(tǒng)被定義為：利用4C（自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信、IC卡）技術(shù)，通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、安全防護(hù)與物業(yè)管理、住宅智能化系統(tǒng)集成，提供高技術(shù)的智能化住宅小區(qū)的服務(wù)于管理為手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。目前智能家居系統(tǒng)一般要求有三大功能單元：第一，必須要有一個(gè)功能非常強(qiáng)大的智能家庭系統(tǒng)平臺(tái)；第二，必須要有一個(gè)完整的綜合性的家居布線系統(tǒng)；第三，必須要有家庭內(nèi)部進(jìn)行控制的互聯(lián)網(wǎng)、連接外網(wǎng)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)和家庭內(nèi)部各種家電進(jìn)行控制的家庭控制網(wǎng)絡(luò)這三種網(wǎng)絡(luò)支持的系統(tǒng)才能叫做真正的智能家居系統(tǒng)[3]叫做真正的智能家居系統(tǒng)[3]第二章智能家居的設(shè)計(jì)方案2.1智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)性能不高和過(guò)早淘汰。與此同時(shí)，應(yīng)立足于用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的具體需求，具有實(shí)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)具有良好的開(kāi)放性。網(wǎng)絡(luò)化的目的在于要實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源和信息資源的共享，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身具有開(kāi)放性，和共享性。因此我們應(yīng)設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)接口。用戶可根據(jù)其需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新和升級(jí)。這個(gè)系統(tǒng)采用GPRS技術(shù)和短消息的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)別的命令編碼。這樣可以通過(guò)手機(jī)操控的方式來(lái)實(shí)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(shí)用手機(jī)對(duì)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(wèn)題。并且以短消息的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了效率降低了成本，同時(shí)本系統(tǒng)可以擴(kuò)展應(yīng)用于多種無(wú)人職守地區(qū)的監(jiān)控安防等場(chǎng)所，如圖2-1所示家電控制模塊Zigbee模塊Zigbee模塊主控制模塊GPRS模塊戶手機(jī)家電控制模塊Zigbee模塊Zigbee模塊主控制模塊GPRS模塊戶手機(jī)圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖智能家居主要實(shí)現(xiàn)功能(1)防盜警報(bào)當(dāng)家庭遭到非法入侵的時(shí)候，例如玻璃被打破、門(mén)窗被撬等，相應(yīng)傳感器將檢測(cè)到情況，立刻通過(guò)室內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將采集到的信號(hào)發(fā)送到家庭控制器，再經(jīng)過(guò)家庭控制器處理，最后將警報(bào)信息通過(guò) GPRS模塊以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)了家庭的安防功能。家電遠(yuǎn)程控制當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制家用電器的開(kāi)關(guān)時(shí)，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過(guò)GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識(shí)別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過(guò)處理，通過(guò)ZigBee模塊的無(wú)線傳輸將命令發(fā)送到與家電相連接的單片機(jī)上，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)家電的控制?；馂?zāi)監(jiān)控安裝在室內(nèi)的感溫探測(cè)器及感煙探測(cè)器將實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)房間內(nèi)有無(wú)火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)檢測(cè)到的火災(zāi)存在，將把采集到的信息通過(guò)無(wú)線ZigBee模塊發(fā)送到家庭控制器，家庭控制器通過(guò)GPRS模塊將信息以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)。智能家居系統(tǒng)工作過(guò)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(wú)線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號(hào)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(shí)別的命令傳輸給主控制器?；趩纹瑱C(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(guò)無(wú)線的ZigBee網(wǎng)傳輸?shù)郊译姸?。傳感信?hào)采集發(fā)送模塊的作用是通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)控,不斷確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)訂的警報(bào)值，如果達(dá)到了預(yù)定值，就將警報(bào)信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器通過(guò)分析判斷出該警報(bào)信號(hào)是從哪個(gè)家電終端發(fā)送的,在經(jīng)過(guò)GPRS模塊發(fā)送給用戶手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭各個(gè)方面的防護(hù)。第三章智能家居的實(shí)物仿真3.1實(shí)物仿真編程首先，用C語(yǔ)言編一段程序，讓他能夠控制單片機(jī)接口，使單片機(jī)上的小燈按控制進(jìn)行亮和滅，打開(kāi)keil軟件編程并運(yùn)行如圖3-1所示編程界面:jHwinraJ［翫 Qstwyfl?*崛族ii能 爭(zhēng)C5業(yè)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刖葦；//3WK: "計(jì)戢卿detwlnsfluilituj //1fulnt畑for}/耳星鼻電鼻鼻鼻目事4事耳聿?■罷冨鼻事早耳?爭(zhēng)事縣鼻耳鼻耳w皿冨冨鼻耳犀鼻_HH鼻4#unl?n4lin(}<ECtHrTie”■怙TH1-flKFC；:ILI-flxhfi-TM-1:I<iwi電*|［加ri|pdAi■【片［}Ccss?C睦HF臚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誦S^UMSSRuMnpfbm取?如卄H取511ns^gF?3 - iAmti幀聊「tj上三匾!1??|"顯3：零*?昭阿草?|皿~三I圖3-1運(yùn)用keil軟件編程界面再將編好的程序通過(guò)STC52下載到單片機(jī)里如果3-2所示:hIIMl.-TH* M?|a-MMMi.FtK￥IanH電|lhH..Ml-1-'Ki■*?|X4.f些『?神Mlf?l KUPit?鼻鼻■崎rm號(hào)■■Ee if???-frnw-nr ，|maWf.p.^12FiU.!盯i^WWErt*HC<1Ki矗?H1 .…■ r呻訕PFT寄r??Hl■釋jjpafih^^TFf??Iauifwiimmttwiiamiibfokj±l『」T輛寅申rFRTOKJKh事卉.片艸護(hù)￥皿豪"閏FJM*呂如巳?1兩忌廣月盃骨嗟土審期.■-動(dòng)臥?門(mén)月FMyt)>Mr：■■n=-■口!下(WSmtn廠可圖3-2STC52的操作界面3.2WIFI模塊的調(diào)試為了測(cè)試串口到WIFI網(wǎng)絡(luò)的通訊轉(zhuǎn)換，我們將模塊的串口與計(jì)算機(jī)連接,WIFI網(wǎng)絡(luò)也和計(jì)算機(jī)建立連接。由于需要同時(shí)具有 WIFI和串口的特殊要求,圖3-3WIFI模塊連接示意圖當(dāng)連接完成后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，先在臺(tái)式機(jī)上插上USB網(wǎng)卡后，安裝驅(qū)動(dòng)，注意只安裝驅(qū)動(dòng)，搜索網(wǎng)絡(luò)，如圖3-4的HF-A22X_AF即是模塊的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)名稱（ssid）。

圖3-4模塊的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)名稱最后在進(jìn)行收發(fā)測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置區(qū)選擇TCPClient模式，服務(wù)器IP地址輸入10.10.100.254，為此WIFI模塊默認(rèn)的IP地址，服務(wù)器端口號(hào)8899,為此模塊默認(rèn)監(jiān)聽(tīng)的TCP端口號(hào)，點(diǎn)擊連接建立TCP連接如圖3-5所示進(jìn)行設(shè)置圖3-5WIFI模塊的設(shè)置3.3仿真的硬件設(shè)置將把編好的程序安裝在手機(jī)上，待所有的軟件調(diào)試完畢之后，將所有實(shí)物進(jìn)行連接。連接正確的口圖3-6所示*圖3-6所示連通的硬件連接通的硬件表現(xiàn)在，手機(jī)能夠自由控制任意一個(gè)小燈的亮滅，也就是說(shuō)手機(jī)上的APP選中一個(gè)小燈點(diǎn)一下吸合，小燈的亮起來(lái)，反之，當(dāng)選中任意一個(gè)小燈選中斷開(kāi)，小燈滅，也可以使四個(gè)燈同時(shí)都亮起來(lái)。如圖 3-7所示手機(jī)的APP操作界面。圖3-7手機(jī)APP操作界面用手機(jī)APP控制小燈全部亮起來(lái)如圖3-8所示。圖3-8所示APP空制小燈全亮第四章課程設(shè)計(jì)的總結(jié)短短的幾天課設(shè)馬上快要結(jié)束了，但是通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我明白了一個(gè)電子產(chǎn)品的產(chǎn)生是多么的復(fù)雜，與復(fù)雜的電路相比我更明白如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程．”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。認(rèn)真的求知比什么都重要，在以后的日子里我會(huì)更加注重自己的在學(xué)習(xí)方面的的培養(yǎng)。改掉以往的粗心大意。思路即出路。當(dāng)初沒(méi)有思路，誠(chéng)如舉步維艱，茫茫大地，不見(jiàn)道路。在對(duì)理論知識(shí)梳理掌握之后，茅塞頓開(kāi)，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒(méi)有思路便無(wú)出路，原來(lái)思路即出路。實(shí)踐出真知。文革之后，關(guān)于真理的大討論最終結(jié)果是“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，自從耳聞以來(lái)，便一直以為馬克思主義中國(guó)化生成的教條。時(shí)至今日，課程設(shè)計(jì)基本告成，才切身領(lǐng)悟“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，才明曉實(shí)踐出真知。因?yàn)樵诮滩纳?。同樣十分感謝老師在此次實(shí)驗(yàn)中給我提出的建議與不足，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪；這次模具設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)