基于ZigBee的智能家居系统设计,本文是智能家居类有关专科开题报告范文跟智能家居和ZigBee和系统设计类专科开题报告范文.
智能家居论文参考文献：
【摘 要】 本作品以LM3S811 开发板为主控制器,结合目前最热门的一种低功耗、低成本、低复杂度的双向无线通信技术——ZigBee 技术,组建了一个基于ZigBee 的无线智能家居系统.本系统由协调器与终端节点组成,采用星型网络拓扑结构,可对各监测点的亮度、烟雾浓度等物理量进行自动检测、控制；同时具有完善的安防系统,以及拥有更全面的控制、处理应急措施,并可通过PC 或手机实时视频监控,以及对各家用设备的远程控制.
【关键词】 IEEE802.15.4 协议 无线传感器网络 智能家居系统 无线视频监控 ZigBee Android
一、绪论
1.1 概述
随着信息网络技术的高速发展,人们的居住理念随之变化和提升,对于追求生活细节的便捷化和智能化的要求也越来越高,于是智能家居便由此诞生.
智能家居是以住宅为平台,利用模块化技术、互联网技术、安全防范技术、自动控制技术、物联网技术等将家居生活有关的设施集成,用以提升家居生活的安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境.
1.2 课题研究的目的及意义
传统智能家居系统普遍存在布线安装复杂,功能单一,扩展性差,运行维护成本高等缺陷.针对传统智能家居的不足,我们设计出了一款基于ZigBee 的无线智能家居系统.无线智能家居系统主要具有以下几点优势特征：无线自组网,安装维护简单,操作简单等.ZigBee 是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,其完整的协议栈只需32KB,可以嵌入各种设备中；在通信时,连接时间非常短,可大大减少数据回传发生碰撞的概率；在网络安全方面,对所传输的数据进行加密,安全性高,同时还支持地理定位功能,是当前短距离通信的最佳选择.
二、系统设计
本系统以LM3S811 为控制器,通过各传感器采集室内各信息,然后通过ZigBee 模块实时传输至PC 终端及手机终端.同时,利用互联网技术,用户可经过PC 终端及手机终端远程控制各终端节点,通过多种设备联动机制实现多功能报警,使家居安防更加完善、可靠.系统以物联网、PC终端、手机APP、控制单元、传感器、受控部件（LED、窗子,风扇,电磁阀,燃气阀等）、ZigBee 无线数据传输模块、无线视频传输模块、门禁模块,以及安防系统等构成一个完整的基于ZigBee 的智能家居控制系统.
2.1 无线自组网的硬件结构
协调器的主要功能是自组织网络,并且把接收的终端节点信息转发到控制终端设备中；还可以将指令发送给终端节点,使各终端设备响应操作.
2.2 无线自组网的智能LED 照明系统
传统的照明系统大多采用有线连接,安装布线麻烦,昂贵,不易扩展,维护困难,能量消耗大等不足.针对传统照明的不足,我们特此设计一种利用ZigBee 技术组建无线网络配合MCU,对家居中每一盏LED 灯进行控制,实现亮度控制与情景转换的智能照明系统.
功能：(1) 渐变开关：开灯时,灯光亮度由暗逐渐变亮；关灯时灯光亮度逐渐由明变暗.有利于保护视力及延长灯泡寿命.(2) 远程控制功能：当在外工作的您需随时对您家中的照明设备进行控制时,可通过身边的计算机实时查看或控制设备.(3) 情景和自动模式：情景模式下根据要求调整亮度,自动模式下根据环境光照度自行调整为人眼舒适的亮度.(4)全开全关：实现一键控制全部灯光的开关功能.
2.3 烟雾浓度检测报警模块
当烟雾传感器感应到家里浓度烟雾浓度超标时,通过A/D 转换,电压会升高,启动蜂鸣器报警,风扇开始工作,同时启动电机打开窗户,直至烟雾浓度低于设定报警浓度后,各装置会自动停止工作.
2.4 开窗模块
通过利用42 直流步进电机来实现窗户的开启和关闭.另外,利用手机终端或计算机终端进行远程控制时,通过TCP/IP 协议栈实现终端节点与主控社保的实时通信.
2.5 门禁系统模块
1、IC 卡数据采集.Wiegand（韦根）协议是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议,它适用于涉及门禁控制系统的读卡器和卡片的许多特性；其协议并没有定义通讯的波特率、也没有定义数据长度韦根格式主要定义是数据传输方式：Data0 和Data1 两根数据线分别传输0 和1.输出0 时：DATA0 线上出现负脉冲；输出1 时：DATA1 线上出现负脉冲；负脉冲宽度TP等于100 微妙；周期TW等于1600 微妙
2、语音录放功能.ISD4004—8MP 芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制, 操作命令可通过串行通信接口(SPI 或Microwire) 送入.当家中无人时,来访者可通过语音录放功能留下自己的信息或了解主人的去向.
2.6 无线视频传送模块
通过带云台功能的摄像头采集室内视频数据,并将采集的数据通过无线网络实时地传送给终端显示设备,用户可根据接收到的视频数据做出相应的处理.
2.7 安防系统
本模块将火焰传感器、烟雾传感器、震动传感器相结合,同时利用室内照明LED 以及语言报警装置实现声、光同步报警.当发生火灾,燃气泄露或者地震时,火焰传感器、MQ2 烟雾传感器,或者震动传感器,会及时的将检测到的数据通过ZigBee 网络与互联网发送给Android 手机控制端,用户可根据需要打开无线视频监控装置进行必要的处理.
三、控制终端设计
3.1 家庭网关的设计
家庭网关是智能家居系统设计的一个重要组成部分, 是连接家庭网络与外界网络的桥梁, 是家庭内外信息交流的枢纽.它的主要功能是支持家庭内部设备与互联网之间的通信.本系统的家庭网关主要由ENC28J60 组成,该芯片是带有行业标准串行外设接口（SPI）的独立以太网控制器.它可作为任何配备有SPI 的控制器的以太网接口.ENC28J60 符合IEEE802.3 的全部规范,采用一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制.它还提供了一个内部DMA 模块,以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP 校验和计算.与主控制器的通信通过两个中断引脚和SPI 实现,数据传输速率高达10Mb/s.
3.2 远程控制终端
人机交互远程控制终端可实现家庭内部各个受控部件的远程控制、状态查询,通过无线视频监控,实时了解整个系统的动态,真正实现智能家居高效、便利、安全、智能等特点.
3.3 手机控制终端
Android 是一种以Linux 为基础的开放源码操作系统,主要使用于便携设备.以其开源的特性,优美的界面,实用的功能和良好的兼容性深受开发厂商和消费者的欢迎.2011年第一季度,Android 在全球的市场份额首次超过塞班系统,跃居全球第一.2012 年2 月,Android 占据全球智能手机操作系统市场52.5% 的份额,中国市场占有率为68.4%.广泛的普及程度使基于Android 的应用程序有着无可比拟的实用性.功能特性：(1) 使用图形化交互界面控制智能家居的各个模块；(2) 读取传感器的信息并反馈至显示屏,呈现给用户；(3) 实现手机视频监控；(4) 手机通过TCP 协议和智能家居系统的网关通信,从而控制和获取信息.同时,可以WIFI 网络作为介,也可使用GPRS 进行远程控制.
四、设计总结及改进
目前智能家居系统性价比较低,实用功能少,而本系统完美地将各个功能模块有机结合起来,设计更加人性化、智能化,性价比高,性能优越,配置简单,安装方便,适合普及于私人住宅,以及对安防温度等要求较高的场所.系统创新点在于：1. 利用最新的物联网技术进行设备的人性化控制;2. 使用最热门的无线通信技术,采用ZigBee 进行自动组网,使网络的拓展变得异常简单,可随时进行网络的扩容；3. 使用无线视频传输技术进行实时监控；4. 使用TCP/IP 协议实现网络编程,进行上位机和手持端的多控制模式；5. 编写Android 应用程序,实现更加便捷的控制；6. 更加完善的安防系统,真正实现系统联动使家居生活更安全,更时尚.
参 考 文 献
[1] 马忠梅等.《单片机的C 语言应用程序设计》（第四版）. 北京航空航天大学出版社,1999.
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[4] 佘新平.《数字电子技术》（第二版）. 华中科技大学出版社,2009.
[5] 郭秀娟等《VisualBasic 程序设计》. 清华大学出版社,2011
[6] 李刚.《疯狂Android 讲义》. 电子工业出版社,2011.
[7] 周志敏等《LED 照明电路设计100 例——通用照明·车用照明·背光照明》. 电子工业出版社,2010.
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