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1、摘 要随着互联网技术的发展，物联网概念的提出，以及智能家居的飞速发展，人们正处在传统家电向物联网智能家居过渡阶段，各大厂商都对自己的产品注入了智能芯片。但是，他们的标准不统一，不能很好的集成到一个平台上。SmartPlug（智能插头）正是这样一个绕过了家电厂商直接在家电外部实现物联网智能家居的远程监测与控制的设备，实现由传统家电向智能化家居过渡。本文详细介绍了SmartPlug（智能插头）硬件电路的设计、电路的实现、代码编写以及相关实验的关键技术，最后介绍了详尽的系统测试过程。本系统采用51单片机作为微处理芯片，Wi-Fi作为物联网的RFID与通信模块， C语言编写51单片机的控制与通信代码。
2、在实现电脑端软件与51单片机通信功能后进行了系统测试。系统测试结果证明SmartPlug（智能插头）能够稳定运行，达到了设计目的与需求。关键词：物联网；射频识别技术；智能插头；片上系统；51单片机；无线模块Abstract目 录第1章 概 述11.1 选题目的11.2 选题背景11.3 选题意义21.4国内外研究现状及发展趋势21.5本章小结3第2章 硬件平台的组件选择42.1 8051系列单片机简介42.2 Wi-Fi简介52.3 51单片机最小系统组件与实现62.4 其他电路元器件的选择72.5 本章小结8第3章 硬件平台的电路设计93.1 计算机辅助设计软件Protel 99简介93.2
3、电路原理图的设计93.3电路图的设计123.4 电路板的制作133.5 电子元器件的焊接163.6 本章小结17第4章 单片机片内软件设计184.1 Keil简介184.2 智能插头通信数据分析194.3智能插头工作流程分析214.4智能插头通信函数的编写224.5 智能插头片内程序主函数314.6 本章小结32第5章 系统测试335.1系统参数配置335.1.1Wi-Fi模块参数设置335.2系统测试375.3本章小结38结 论39参考文献40致 谢41第1章 概 述1.1 选题目的物联网作为当前迅猛发展的新技术,已经成为当前的热点话题。物联网技术必将带来一场深刻的科技变革,带来人类科技文明
4、的飞跃。但是,作为新兴的产业存在,发展物联网产业存在各个方面的问题。从物联网的概念和应用领域入手,认为发展物联网产业存在政策法规、技术方面以及商业模式方面的问题。借此分析,物联网的普及并不是一个短暂的时期，因此需要一个过渡型产品，来解决生活中的各种物联问题1。1.2 选题背景信息产业经过多年的高速发展，经历了计算机、互联网与移动通信网两次浪潮，2000年后开始步入疲软阶段，整个行业的下一桶金在哪里?在此背景下，物联网、智慧地球概念的提出立即得到全球的热捧，其最大的动因就在于政府、企业各方都从中远望到下桶金的影子。物联网被称为世界信息产业第三次浪潮，代表了下一代信息发展技术，被世界各国当作应对国
5、际金融危机、振兴经济的重点技术领域。实际上，物联网概念起源于比尔盖茨1995年未来之路一书，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。随着技术不断进步，互联网、通信网发展到了较高的层次，国际电信联盟于2005年正式提出物联网概念，发布了ITU2005互联网报告：物联网，指出“永远在线”的通信及其中的一些新技术：如RFID、智能计算带来的网络化的世界、设备互联，从轮胎到牙刷，每个物体可能很快被纳人通信领域，从今天的互联网到未来的物联网预示着一个新时代的来临。但物联网的发展依然没有得到广泛关注。直到2009年1月28日，在美国工商业领袖举行的“圆桌会议”上，IBM首席执行官彭明盛
6、(SAMPALMISANO)首次提出“智慧地球”概念，希望通过加大对宽带网络等新兴技术的投入，振兴美国经济并确立美国的未来竞争优势。在获得美国总统奥巴马的积极回应后，这一计划随后上升为美国的国家战略，物联网再次引起广泛关注。物联网历经了10多年不被关注，如今得到欧洲联盟、日本、韩国等发达国家和地区的高度关注，并迅速上升为国家和地区发展战略，其背后有着深刻的国际背景和长远的战略意图 。从这个过程来看，物联网的提出，既有人类对物品信息网络化的需求，也有当前技术发展的推动，如传感技术、身份识别技术、通信技术、网络技术、海量数据分析技术等，但最终还是振兴经济这个大旗使物联网得到广泛追捧。1.3 选题意
7、义21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。智能家居的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭,而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话或者发一个简单的短信。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适的家居生活是进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下
8、，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高新技术带来的简便、时尚的生活。1.4国内外研究现状及发展趋势进入21世纪以来，现代技术的发展带动了智能住宅的发展，使建筑电气、计算机技术与建筑融为一体，使人们的工作和生活更加舒适、便捷和安全。但是由于智能装饰的发展受技术和经济两个因素的制约，长期以来使家庭难以接受，国内仅在办公楼宇、宾馆、酒店和少数特殊场合中有些应用。近几年随着科技的发展，人们的购买力不断提高，而产品成本不断降低，使智能产品走向家庭成为可能。例如近几年出现了一些智能化小区，一些高档住宅和别墅也安装了智能系统；一些家庭在进行家庭装饰中已经考虑预埋线路组建网络，有的已
9、经安装可视门铃，有的安装了家庭影院等。随着智能家居市场的迅速膨胀，国内外许多企业将大量的资金和人才投入到智能家居产品的研发和生产领域。但是智能家居毕竟是一个新的领域，缺乏统一的行业标准，市场上的产品普遍存在兼容性差、运行稳定性难以保证等弱点。智能家居是住宅智能化的核心部分，目前我国的智能家居市场有三个特点：一是市场潜力大，现在的房地产业在全国的发展都很火爆，作为其下游产业，智能家居市场前景还是非常乐观的2。第二点就是产品多，厂家多，大部分集中在上海、北京、深圳、广州等地。但到目前为止还没有一家形成规模化。第三，就是目前国家对智能家居行业还没有实施统一的行业标准，使得很多中小企业各自为政，按自己
10、对市场的理解来开发产品，相互间的产品不具备兼容性，这种局面有点春秋战国时代诸侯争霸的感觉。因此，今后几年智能家居市场会进入一个行业整合阶段，最终可能会出现几家规模比较大，品牌影响力好的厂家。从产品角度来讲，以后的智能家居产品会朝着实用化、傻瓜化（操作简单）、模块化的方向发展，所谓模块化就是产品开发商把智能家居产品做成模块化的，可以根据用户的实际需求任意搭配。这样不仅可满足不同层次用户的需要,而且可以节约成本，也可以节约不必要的端口模块的浪费。2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球，除了通过ICT研发计划投资4亿欧元
11、，启动90多个研发项目以提高网络智能化水平外，欧盟委员会还将于2011年2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度，同时拿出3亿欧元专款，专门支持物联网相关公私合作短期项目建设。欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在其报告Internet of Things in 2020中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段，2010年之前RFID3被广泛应用于物流、零售和制药领域，2011年2015年物体互联，2015年2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。就目前而言，许多物联网相关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距4。日
12、本政府自20世纪90年代中期以来相继制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多项国家信息技术发展战略，从大规模开展信息基础设施建设入手，稳步推进，不断拓展和深化信息技术应用，以此带动本国社会、经济发展5。韩国政府自1997年起出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策，包括RFID先导计划、RFID全面推动计划、USN领域测试计划等。实现建设U化社会的愿景，韩国政府持续推动各项相关基础建设、核心产业技术发展，RFID/USN（传感器网）就是其中之一。继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了u-Korea战略，并制定了详尽的IT839战略，重点支持泛在网建设。u-Ko
13、rea旨在建立无所不在的社会（Ubiquitous Society），也就是在民众的生活环境里布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用6。1.5本章小结本章首先介绍了选题目的、选题背景及选题意义，然后介绍了智能家居系统的国内外研究现状及发展趋势，这样对整个选题就有了整体的了解与把握。为接下来的智能插头的设计与开发进行充分的市场调查与可行性分析，在此基础上进行的技术路线定位以及技术原理支持变得有理有据、条理清晰。第2章 硬件平台的组件选择本系统的硬件选择是整个课题的核心部分，决定着智能插头这套系统的工作原理、工作方式，同时也决定着软件开发中的结构与模块，因此极为重要。兼顾前一
14、章节的市场调查与需求分析，决定本套系统应该本着低成本，高效率、高稳定率、可拓展性强、后期维护方便、代码更新简便的原则来进行设计与开发的。本智能插头系统采用的逻辑电子元器件主要为：51单片机（80C51）、WI-FI模块，辅助元器件有：固态继电器（SSD）、电源模块、稳压芯片、以及用做接口电路耦合的电阻电容等。接下来介绍有关本系统中应用的有关硬件的历史背景、技术参数、发展状况以及目前主要的应用领域。2.1 8051系列单片机简介MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630
15、mW，是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751等通用产品，一直到现在，MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的89S51、已经停产的89C51等）7，各高校及专业学校的培训教材仍以MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。有些文献甚至也将8051泛指MCS-51系列单片机，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51单片机影极其深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。STC89C52RC为中国宏晶科技研发生产的新一代51单片机（如图2-1），其中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART 串口、I/O接口、EEPROM、看门狗等模块。该构架单片机具有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式，提供4组8位并行I/O端口，一个EA（访存控制）端口，一个VCC（电源正极）、一个GND（电源接地）、一对外部无源晶振端口，和一个RST（复位端口）。该单片机工作电压3.3V5.5V，时钟频率范围080MHz，Flash程序存储器8K，SRAM为512字节，定时器3个，UART串口一个，EEPROM为4K。目
