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1、淮阴师范学院毕业设计毕 业 设 计学生姓名胡鹏学 号171208010学院 物理与电子电气工程学院专 业电气工程及其自动化题 目基于无线传感器网络的多功能智能家居系统研究与设计指导教师葛恒清 副教授/硕士 2016年5月摘 要：随着现代科技技术的发展，智能化、信息化以及便捷化在人们生活中的要求日趋增高，智能家居为了满足人们的现代生活要求而兴起。本文一开始简述了智能家居的发展前景和研究意义，分析了智能家居的一些技术要求，并介绍了世界各国及国内智能家居产业发展现状。然后对几种近距离的无线通信技术进行对比，并论述了蓝牙通讯技术应用在智能家居上面的技术优势。接下来，对其硬件设计进行了具体的分析，将传感
2、器和家居设备进行智能化结合。最后进行了系统测试，并对本设计的优点作出论述，对本设计的不足提出改善的方法。关键词：智能家居，无线通讯技术，蓝牙Abstract: With the development of modern science and technology, intelligence, information and facilitation in peoples lives are in higher demands, in order to meet peoples requirements and the rise of modern life, intelligent hom
3、e has set up. At the beginning of this article,it outlines the prospects and significance of the development of smart home. It analysises some technical requirements for home and presents the current situation around the world and the development of domestic smart home industry. Then several short-r
4、ange wireless communications technology has been compared and the advantages of Bluetooth communication technology in smart home has been discussed. Next, the design of hardware has been detail analysed, sensor devices and intelligent home has been combined. Finally, test the system and discusses th
5、e advantages of this design and bring up new methods for the disadvantages .Keywords: smart home，wireless communication technology，bluetooth目 录1 绪论31.1 研究意义31.2 智能家居技术要求31.2.1 传感器技术31.2.2 信息处理技术41.3 智能家居在国内外研究现状和国内发展41.3.1 国内外研究现状41.3.2 国内发展51.4论文的主要工作52 无线通讯技术概述62.1 几种近距离的无线通信技术比较62.2 蓝牙技术特点82.3 本章
6、小结93 硬件设计93.1 多参数传感器节点设计方案93.2 硬件设计103.2.1 处理器芯片选型103.2.2 传感器芯片选型123.2.3 电源模块设计143.2.4 显示模块电路153.3 本章小结164 软件设计165 系统测试175.1 系统测试方案175.2 传感器参数测试 185.3 外界设备测试195.4 蓝牙助手测试195.5 本章小结19结 论216.1 本文总结216.2 课题展望21参 考 文 献22致 谢23附录A（电路原理图）24附录B（主要程序）242淮阴师范学院毕业设计1 绪论1.1 研究意义我国智能家居行业在还在刚刚兴起的阶段，但其发展前景非常广阔，将其真正
7、意义上的实际应用和推广才是其发展的必然之路。智能家居行业具有十分广阔的发展前景，虽然我国智能家居行业处于刚刚发展的阶段，但如果将其真正意义上的推广和实际应用，智能家居行业必然走向其繁荣的发展之路。首先就是将改变我们现在的生活方式。智能家居产品在功能上已经非常丰富，可以只需要用电话或计算机就能操作家里的电设备，除此之外，还能操作家里各类活动，比如网络监控、安保、远程医疗和教育等，甚至于还有很多是我们现在想象不到的活动。也因为如此，使我们的工作方式发生了变化，越来越多的工作可以让我们在家里进行。这所有的改变都将因为智能家居，我们的生活质量也因此提高。另外，智能家居行业必定带动一大批行业发展，并且将
8、开辟一个新兴的大市场。智能家具产业逐渐走向市场，走进寻常百姓家，其巨大的市场也易可知晓。这消费市场必然兴起一大批企业，必然使一大批企业得到更好的发展。随着我国的大中城市中有绝大部分的住宅都将要达到智能化水平，这本身就给智能家居产业带来巨大商机。1.2 智能家居技术要求1.2.1 传感器技术传感器技术是智能家居系统中的使用是最多且最为实用的技术之一，比如：对光线照明亮度信息采集使用光敏传感器、烟雾传感器可以对室内毒气浓度进行检测以及温湿度传感器能够对室内的温度和湿度进行监控等等；如图1-1所示。图1-1 传感器技术1.2.2 信息处理技术为了真正体现“智能”这个原则，智能家居追求高度人性化，无论
9、是改善生活行为、改变生活环境，其基本原则都是以人为本。因为人工智能有着同样的原则，所以其在智能家居系统中的应用前景也将非常广阔。其实信息处理就是将传感器所探测到的环境通过处理器进行处理，将外界环境变成数字信号，实现信息化。处理过程如图1-2所示。图1-2 信息处理过程图1.3 智能家居在国内外研究现状和国内发展1.3.1 国内外研究现状二十世纪八十年代，在美国建成了全球第一栋装有智能家居系统的建筑，一些经济发展比较好的国家和地区均提出关于智能家居的计划。智能家居系统在美、日、德、法、韩等国的普遍应用，同时也为全球其他国家在智能家居行业探究业务模型和拟定行业标准起到了极其重要的影响力。虽然从某种
10、意义上来讲，当前智能家居产业仍然处于刚刚启动阶段。但自从1998年微软公司提出“维纳斯计划”，这个新兴产业一直在相关行业积极推动着发展。美国的智能家居行业以数字化改造为发展契机，发展非常好，但其是个追求享受和舒适的国家，追求豪华，故能源消耗大，这便不符合现阶段世界范围内所提倡的低碳、环保和开源节流的节能理念。日本的智能家居行业偏向于体现“智能”这个原则，以人为本，同时兼顾对于环境的保护以及智能家居在未来的发展，更多地使用新材料和新技术，来实现现代化的家居技术。智能家居的基本功能在德国表现得淋漓尽致，其行业更加偏爱对专项功能的研究，偏向于基本功能的实现。而韩国政府对智能家居产业的重视程度更高，其
11、通过大力使用政策扶持，来加快其国内智能家居的发展，在韩国所有的新建项目里，八成以上都是使用智能家居系统，因此也产生了一些比较有名的智能家居企业。智能家居行业在我国虽然已经经历了十几年的发展，正在逐渐步入我们寻常百姓家，其但其依旧还在导入期与成长期的临界点。但由于智能家居市场正在逐渐落实和推广，广大消费者正将对智能家居作为家庭生活的一部分，使得国内智能家居市场潜力无限，其行业的前景必然一片光明。国内众多的企业也因此愈来愈重视对此产业消费市场，并对消费群体需求状态和企业发展现状做了深刻的探究，这些企业在智能家居行业上的投资也渐渐使得他们掌握了国内智能家居市场的先机，慢慢变成国内智能家居行业里的领先
12、者。1.3.2 国内发展（1）政府支持智能家居作为刚起步的行业，政府支持也必然成为其发展的主导因素。纵观全球智能家居行业发展比较好的国家，政府的相关政策都是其发展的必要条件。比如韩国，智能家居在韩国已经普及，这也是因为其在政策上明确要求新建小区必需装配智能家居系统。我国政府虽然也很关心智能家居行业，但真正落到实处的优惠政策却寥寥无几，根本达不到吸引广大消费者的目的。这也是我国这些年来发展智能家居的短板所在。但随着越来越多的信息消费，政府为了推动智能化和信息化城市化发展，发表了很多相关意见，这也为智能家居产业的发展奠定了基础。（2）售后服务完善售后服务是智能家居行业发展所必然要解决的问题。我们进
13、行了一些调查，并采访了一些消费者，很多消费者表示在智能家居系统安装完成，在使用了一段时间后很多问题就显现了出来，但企业由于售后服务不是很理想，使得消费者的问题没得到有很好地处理，这也让智能家居产品变成了中看不中用的摆设，造成了巨大的浪费。（3）行业标准国内智能家居行业拟定统一的国家标准也是刻不容缓的事情。目前，愈来愈多的企业已经涉足或准备涉足智能家居行业，每一家企业都有自己的制作工艺和标准。智能家居行业不同于其他行业，它是一个系统工程，产品的标准不统一，这个系统各个模块也就无法做到无缝对接。没有国家标准也是导致我国智能家居行业进展缓慢的原因之一。因此，制定智能家居行业国家标准也是迫在眉睫的问题
14、，国标的出台，必将大大促进国内智能家居行业的发展。1.4论文的主要工作本课题基于无线传感器网络的多功能智能家居系统研究与设计的现场是江苏省淮安市淮阴区淮阴师范学院理工楼北楼214实验室。本课题研究的只要内容包括以下几点：（1）蓝牙技术无线通讯技术特点的研究；（2）多参数传感器节点设计方案；（3）各模块的硬件设计；（4）编译软件的介绍；（5）监测测试，分析实验结果。图1-3为基本结构图。图1-3 基本结构图2 无线通讯技术概述2.1 几种近距离的无线通信技术比较室内环境多参数监测系统中，系统设计所要求的技术指标能否实现，与无线通信方案的选择正确与否紧密相关。 最近几年，无线通信技术迅速发展，出现
15、了一些新兴的技术，如蓝牙、WiFi、IrDA、ZigBee等。下面对以上几种技术做简单介绍： （1）蓝牙（Bluetooth） 诞生于二十世纪九十年代末期，由英特尔、诺基亚、爱立信等国际著名的企业一起提出，其应用环境的主要特点是低功率、低成本和低距离，主要用来解决手提电脑、手机、PDA等移动设备之间的无线通信问题。这种技术提供了一种无线传输的方案，通过功耗很低的无线电通信技术实现传输数据、语音及视频等信息的作用。蓝牙技术的主要特点如下： 蓝牙使用了的大量先进的技术，比如：快跳频及短分组技术、跳频技术传输数据、前 向 纠 错 编 码技术以及FM调制方式等，这些技术给蓝牙带来了良好的性能，比如：大幅减小了同频干扰、信号抗衰减能力很强、大大增强了通信安全性能、在距离很远的时候通信随 机 噪声的干 扰得到了大幅减少并且使得设备简单性能可靠等；蓝牙在使用时无需申请专用许可证，工作频率为2.4GHz，这一频率为世界上大部分地区ISM通用的频率。总之，蓝牙技术产品的应用，
