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1、毕业设计（论文）-基于物联网的智能家居设计摘要随着物联网技术的发展和人们对物质生活水平的要求的不断提高人们对生活的安全舒适便捷等方面的要求也越来越高近年来人们对家庭住宅观念发生了巨大改变智能家居将成为现代化住宅的发展趋势对于它的研究和开发是一项有关自动控制无线连接无线通信多学科交叉的研究课题本文以物联网的发展为背景通过学习研究物联网的相关技术明确物联网的关键技术包括 RFID 标识技术传感网技术 M2M 技术在硬件方面采用了 GPRS 模块作为远程人机交互手段接收和发送信息利用器件组成 ZigBee 网络实现短距离的无线网络通信并详细阐述了各硬件模块的功能和实现方法 GPRS 模块软件方面利用
2、 AT 指令编写程序实现用户手机的短信收发过程利用单片机实现了对家用电器的控制在智能家居控制系统中应用了星型网的网络拓扑通过 ZigBee 网实现了节点之间无线通信关键词物联网智能家居 ZigBeeGPRS 远程控制ABSTRACTAs the development of the Internet of Thingsthe standards of material life are continually improved The requires of the safe comfortable and convenient are also raised In recent years
3、there are huge changes on the concept of family house on peoples mind and the smart home will be the trend of modern house The research and development of it is about the automatic control wireless connection and wireless communications study subjects This article is based on the development of the
4、Internet of ThingsBy studying the technology of the Internet of Things and kowing that the key technologys include RFID identify the network technology sensing technology M2M In the hardware the module GPRS is used as the remote interaction of man-machine by sending and receiving messages To realize
5、 wireless communication in short distance some equipment are used to form a ZigBee net And tell the details of every modules function and method to realize In GPRS software modules the program is edited by AT instruction and realized the process of sending and receiving messages The control of house
6、hold appliances becomes true by the single chip Network topology structure of star is applied in the smart house control system by using the net of ZigBee that the wireless communication between nodes is realizedKey words Internet of Things Smart Home ZigBee GPRS Remote Control目录前言 11 绪论 211 物联网技术概述
7、 212 智能家居概述 313 智能家居的发展 314 智能家居系统的特点 415 本章小结 42 物联网相关通信技术的原理 521 ZigBee 无线技术 5com ZigBee 的概念 5com ZigBee 的协议栈 5com ZigBee 的应用领域和应用前景 10com ZigBee 应用于家庭网络中的关键问题 1022 GPRS 网络技术 1123 本章小结 123 智能家居系统设计方案 1331 智能家居系统总体设计思想 1332 系统工作过程 1433 应用技术分析 14com 无线传输技术 14com GPRS 技术 15com 系统控制器技术 1734 智能家居的系统设计
8、18com 主处理器的选取 18com 架结构 1835 本章小结 194 系统硬件设计 2041 复位电路 2042 单片机晶振电路 2143 ZigBee 无线传输电路 2144 GPRS 无线传输电路 2245 家电控制电路 2446 本章小结 245 智能家居系统软件设计 2551 通信协议的定义 25com 手机与 TC35i 模块之间的通信协议 25com ZigBee 模块与上位机的通信协议 2552 系统程序设计 25com TC35i 短信收发程序 26com 单片机对继电器的控制 3053 本章小结 326 总结与展望 3361 总结 3362 展望 33致谢 34参考文献
9、 35附录 A 外文译文 37附录 B 外文文献 46附录 C附录 D前言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
10、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 绪论11 物联网技术概述2009 年 1 月 IBM 公司提出了智慧地球的理念 2009 年 8 月温家宝在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时提出了感知中国物联网被预言为继计算机互联网与移动通信网
11、之后的世界信息产业第三次浪潮一时间很多人预见到了一场新的技术革命1物联网的概念物联网的英文名称为 The Internet of Things 简称 IOT 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2关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义有一个较为普遍认同的定义是物联网通过射频识别 RFID 装置红外感应器全球定位系统激光扫描器等各种信息传感设备按约定的协议把任何物品与互联网相连接进行信息交换和通信以实现智能化识别定位跟踪监控和管理的
12、一种网络2究其来源其实只不过是在 20 多年前提出的泛在计算框架下的一个小分支但是物联网的第一次提出源于 1999 年美国麻省理工学院成立 Auto-ID 研究中心进行 RFID 技术的研发将 RFID 与互联网结合提出了产品电子代码 EPC 解决方案这是物联网的雏形一直到现在为止 RFID 的发展还是物联网发展的重要部分 2003年美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首2005 年在突尼斯举行的世界电联报告中明确提出了物联网的概念国际电信联盟 ITU 发布了 ITU 互联网报告 2005 物联网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我国的国家
13、中长期科学与技术发展规划 年 和新一代宽带移动无线通信网重大专项中均将物联网列入重点研究领域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而后又形成了住宅自动化的概念到了 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物联网的关键技术包括 RFID 标识技术传感网技术 M2M 技术物联网体系架构中三个层次所涉及的关键技术是物联网最终实现并得以实施的重要保证物联网中涉及的关键技术其中无线传感网传感器网关传感器中间件客户端软件用户卡鉴权和安全远距通信移动网互联网等安全和隐私智能处理技术云计算等已经广泛应用412 智能家居概述智能家居又称智能住宅英文名称为 Smar
14、t Home 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
15、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
16、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13 智能家居的发展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
