基于ARm-Zigbee的嵌入式智能家居控制系统的研究与设计

摘要

随着信息技术、传感器技术和网络通信技术的飞速发展，以及人们生活质量的不断提高，人们对生活品质的要求越来越高。家居生活作为与人们日常生活密切相关的一方面，越来越受到人们的关注。于是，智能家居、数字家庭、楼宇自动化等概念应运而生。智能家居的出现将为人们的工作和生活提供众多的方便和快捷，使家居生活变得舒适化、安全化，人性化和智能化。
　　本论文阐述了智能家居行业在国内外的发展状况，由于传统的智能家居系统多采用有线的方式进行连接，具有布线麻烦、系统扩展性差，成本高等缺点。而短距离无线通信技术具有组网灵活、系统扩展性好，成本低等特点，因此智能家居系统越来越多地采用无线通信技术已成为必然的发展趋势。本文通过对Zigbee、蓝牙、UWB、Wi-Fi、红外等几种常用的短距离无线通信技术进行比较，基于Zigbee技术具有低功耗、低成本、网络容量大等优点，因此本设计采用Zigbee技术来组建家庭内部无线网络。
　　硬件部分设计了基于SAMSUNG的S3C2440的网关服务器，在此基础上通过外接GPRS模块和internet网线实现与外界的信息交互;家庭内部Zigbee协调器节点通过RS232串口与网关服务器相连接，实现网关服务器和各Zigbee终端节点的信息交互。软件部分完成了WEB服务器的软件开发和Zigbee的软件开发。通过在S3C2440上移植嵌入式linux操作系统和搭建人机交互的QT图形界面，然后在linux系统下移植Web服务器、SQLite数据库和编写CGI程序完成整个智能家居系统网关服务器的软件开发。紧接着基于TI公司的Z-Stack平台进行Zigbee协调器节点的软件开发和各终端节点的软件开发，组建家庭内部Zigbee无线通信网络。
　　用户可以使用手机或者电脑登录本系统的S3C2440智能家居控制终端，然后通过Zigbee网络对传感器节点发送控制命令和信息查询。传感器设备也可以将采集到的实时信息通过Zigbee网络上传给网关服务器。同时当家庭内部出现外人入侵，火灾报警等异常情况时，就会通过GPRS网络向用户手机发送报警信息。
　　经过测试:本系统基本达到了预期的设计要求，可实现对家庭信息进行智能化控制的目的，具有操作简单，功能强大，功耗低，以及广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 智能家居发展概述

1．2 研究的背景与意义

1．3 论文研究内容与安排

第二章 智能家居系统的总体设计

2．1 智能家居系统的总体设计

2．2 Zigbee技术选择

2．2．1 Zigbee技术特点

2．2．2 Zigbee技术与其他无线技术的比较

2．2．3 Zigbee协议体系结构

2．2．4 Zigbee网络拓扑结构

2．3 GPRS技术

2．3．1 AT指令集的概述

2．3．2 SMS短消息发送和接收方式

2．4 智能家居系统平台的选择

2．4．1 硬件平台的选择

2．4．2 软件平台的选择

第三章 智能家居系统的硬件设计

3．1 主控制板电路设计

3．2 Zigbee模块电路设计

3．3 功能模块电路设计

3．3．1 火灾报警模块

3．3．2 安防模块

3．3．3 灯光控制模块

3．3．4 窗帘模块

3．3．5 空调模块

3．3．6 门禁模块

第四章 智能家居系统的软件设计

4．1 软件系统总体框架

4．2 嵌入式Linux系统开发环境的创建

4．2．1 交叉编译环境的建立

4．2．2 U-boot的移植

4．2．3 Linux内核移植

4．2．4 嵌入式根文件系统

4．2．5 QT图形界面程序设计

4．3 智能家居网关软件设计

4．3．1 嵌入式WEB服务器移植

4．3．2 CGI脚本程序

4．3．3 嵌入式数据库SQLite的构建

4．4 Zigbee节点软件开发

4．4．1 Z-Stack协议栈

4．4．2 Zigbee协调器节点软件设计

4．4．3 终端节点的软件设计

第五章 系统调试与运行

5．1 系统功能的测试

5．2 节点通信距离的测试

5．3 传输稳定性的测试

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢