基于WiFi-PLC的智能家居控制系统的设计与实现

摘要

随着生活和科技水平的提高，人们对家居智能化的需求越来越高，方便、舒适、高效、安全的家庭环境是人们现在追求的目标，但现有的智能家居系统却远远不能满足人们的要求，安装复杂，成本高，辐射大，控制不灵敏等各种技术瓶颈制约着智能家居系统的发展。本文通过对现有的智能家居系统进行分析，设计出一种结合无线WiFi和PLC（电力线载波通信）技术的智能家居控制方案，达到综合两者所长，补充两者所短的效果，实现对家居的智能控制，让人们实现“人在路上，家在手中”的美好愿望。
　　本论文首先阐述了智能家居系统研究背景和国内外研究现状，分析目前存在的稳定性差、智能化程度低、成本高、存在辐射危害等不足，提出目前智能家居系统可以采用一种改造方便，成本低廉，以电力线载波通信技术为核心的家居远程智能控制系统。在深入分析系统的需求和设计原则后总结出本系统设计的开发方案和功能要求。接下来对目前智能家居系统的详细组网方式进行分析，找出一种结合有线和无线两种通信方式的组网方法，并总结出系统的总体模块框架和层次结构，将系统的设计工作分为应用层，网络层和硬件物理层三个层次具体开发。在此基础上，硬件层采用自主开发与二次开发的方式完成了系统WiFi-PLC模块和控制模块的硬件设计，网络层利用云端服务器的WebService和Windows服务程序完成了服务端软件的开发，应用层利用安卓手机端开发了智能家居控制客户端软件，实现了智能家居的远程控制，数据的云端存储，多终端的数据同步，设备的自动定时执行等既定功能。论文的最后根据完成的系统软硬件实物进行系统的远程控制、定时任务功能用户数据管理功能以及远程联网控制稳定性等方面进行测试与展示工作。
　　本论文阐述的这种基于WiFi-PLC的智能家居系统最大的优点在于无需额外布线，即插即用，且辐射小，绿色环保，方便用户对自家家居设备的改造。最大的设计亮点在于WiFi-PLC通信模块的设计，其中包含的WiFi和PLC(电力线载波通信)两种芯片使Internet与电力线载波通信完美的结合了起来，让一个个家居设备真正连上了互联网，从而使用户可以随时随地掌控家中智能家居的使用情况。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外智能家居发展现状

1．2．1 国际智能家居发展现状

1．2．2 国内智能家居发展现状

1．3 课题的研究内容与结构安排

1．4 本章小结

第二章 智能家居系统的总体设计

2．1 系统总体开发方案设计

2．1．1 系统开发方式

2．1．2 系统设计原则

2．1．3 系统的主要功能

2．2 系统的组网方式设计

2．2．1 智能家居系统的组网技术分析

2．2．2 本系统采用的组网方式设计

2．3 系统的总体框架设计

2．3．1 系统的模块化分解

2．3．2 系统的层次划分

2．4 本章小结

第三章 智能家居系统的硬件设计

3．1 电力线载波通信芯片

3．1．1 电力线载波通信芯片概况

3．1．2 基本特性

3．1．3 系统框图

3．1．4 芯片引脚

3．2 WiFi-PLC模块的电路设计

3．2．1 WiFi芯片的选择

3．2．2 WiFi-PLC模块电路的总体设计

3．2．3 WiFi芯片与PLC芯片间通信接口电路的设计

3．2．3 供电电源电路的设计

3．2．4 功率放大电路的设计

3．2．5 耦合电路的设计

3．2．6 过零检测电路的设计

3．2．7 WiFi-PLC模块的电路版图和实物图

3．3 智能家居控制模块的电路设计

3．3．1 供电电源电路的设计

3．3．2 开关控制电路的设计

3．3．3 开关控制模块的电路版图和实物图

3．4 本章小结

第四章 硬件驱动软件的设计

4．1 电力线载波通信软件设计

4．1．1 电力线载波软件结构

4．1．2 载波芯片中动态路由算法

4．1．3 载波处理流程

4．2 智能家居控制模块应用层软件设计

4．2．1 软件应用层开发包的内容

4．2．2 具体程序说明

4．3 智能家居应用层控制协议设计

4．4 本章小结

第五章 云端服务器软件设计

5．1 基于WebService的异构数据交互服务

5．1．1 Web Service简介

5．1．2 WebService的基本概念及特点

5．1．3 WebService平台技术

5．1．4 WebService开发

5．2 本系统WebService的设计与开发

5．2．1 服务接口的设计

5．2．2 WebService的创建与部署

5．3 基于Windows服务的定时任务程序设计与开发

5．3．1 Windows服务程序的实现

5．3．2 Windows服务的安装与部署

5．4 服务端数据库的设计

5．4．1 用户信息表UserTable

5．4．2 WiFi-PLC模块信息表W2S

5．4．3 智能家居设备信息表device

5．4．4 定时任务信息表WaitingEvent

5．4．5 系统日志表SmartHomeLog

5．4．6 系统错误日志表ErrorLog

5．5 本章小结

第六章 终端控制软件的设计

6．1 终端控制软件的总体设计

6．1．1 终端控制软件的UML用例图

6．1．2 终端软件外网控制时的UML时序图

6．2 账户管理模块的设计

6．2．1 账户注册功能

6．2．1 账户同步功能

6．3 智能家居设备管理模块的设计

6．3．1 设备的刷新功能

6．3．2 设备的控制功能

6．3．3 设备的添加功能

6．3．4 设备的删除功能

6．3．5 设备的个性化功能

6．3．6 设备的定时任务设置功能

6．4 WiFi-PLC管理模块的设计

6．4．1 一键配置功能

6．4．2 WiFi-PLC模块的刷新与添加功能

6．4．3 WiFi-PLC模块的设置与展示功能

6．5 本章小结

第七章 系统的展示与测试

7．1 智能家居控制系统的整体展示

7．2 系统的功能测试

7．2．1 服务端交互测试

7．2．2 智能家居控制测试

7．3 系统的性能测试

7．4 本章小结

第八章 总结与分析

8．1 本文总结

8．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与项目情况

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