智能家居控制系统的设计与实现

摘要

随着科学技术发展，智能家居的概念越来越受到人们的关注。尤其近年一些标志性产品的出现，加速了智能家居概念的实体化。由于其广阔的市场前景，越来越多的厂商开始进入这一领域，通过各自的特色的核心产品打开局面并完成布局。然而由于价格高昂和标准争议，智能家居的发展仍然阻力重重。
　　本文首先通过分析国内外智能家居的研究情况和相关产品的市场推广情况，推论出智能家居控制系统在过渡期间所拥有的重要作用;接着分析智能家居控制系统在整个系统中的应实现的目标，并从无线和有线角度介绍了可以用于智能家居的通信技术;最后围绕目前楼宇中智能设备和非智能设备共存的现状，提出了一套基于STM32智能家居控制系统的方案，该方案的特点在于可拓展性好，价格低廉，功能实用。
　　设计的系统由三部分构成:核心控制板，外围传感器和控制器，以及上位机软件。本文完成了核心控制板的软硬件设计，上位机服务器，数据库和用户界面的设计，其中为了适应多种外围设备的接入，控制板的软件设计采取了分层的架构和模块化的设计。最后通过选取微波传感器和智能学习型控制器，实现了楼宇空调的分布控制和集中管理。
　　本文就智能家居控制系统的设计目标和常见的通信手段进行讨论，并给出了本课题下的方案设计，然后分层次地介绍了核心控制板硬件设计，基于Reactor模型的并发服务器设计，基于MySQL的数据库设计，以及用户界面的设计。文末给出了各个模块的测试和系统的运行效果，并分析存在的问题和解决途径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容及意义

1．4 论文组织结构

第二章 智能家居控制系统总体方案的研究与设计

2．1 智能家居控制系统的设计目标

2．2 智能家居常用通信技术

2．3 智能家居控制系统设计方案

2．4 小结

第三章 智能家居控制系统硬件设计

3．1 引言

3．2 最小系统设计

3．2．1 电源电路设计

3．2．2 时钟电路设计

3．2．3 复位电路的设计

3．3 以太网接口电路设计

3．4 RS485串口电路设计

3．5 SD卡接口电路设计

3．6 EEPROM电路设计

3．7 GPIO拓展电路设计

3．8 小结

第四章 核心控制板软件设计

4．1 开发环境的搭建

4．2 TCP／IP协议栈移植

4．2．1 LwIP的移植过程

4．2．2 网卡驱动设计

4．3 Fatfs文件系统移植

4．3．1 Fatfs移植过程

4．3．2 SD卡驱动设计

4．4 外围设备通信软件设计

4．4．1 串口通信层设计

4．4．2 拓展通信层设计

4．4．3 设备协议层设计

4．4．4 设备层设计

4．5 主程序设计与实现

4．5．1 程控文件控制的实现

4．5．2 状态信息收集与上传的实现

4．5．3 上位机指令应答的实现

4．5．4 检错和自恢复的实现

4．5．5 多事务处理的实现

4．6 小结

第五章 上位机软件设计

5．1 并发服务器设计

5．1．1 Socket编程与TCP通信

5．1．2 并发服务器常见模型

5．1．3 事件驱动型并发服务器

5．1．4 服务器事务处理流程设计

5．2 数据库结构与接口设计

5．2．1 数据库结构设计

5．2．2 数据库接口设计

5．3 用户界面设计

5．4 小结

第六章 智能家居控制系统的测试

6．1 硬件测试

6．2 SD写入测试

6．3 控制板以太网接入测试

6．4 并发服务器压力测试

6．5 控制板运行测试

6．5．1 初始化与上位机通信测试

6．5．2 自检模块测试

6．5．3 终端控制测试

6．5．4 串口通信测试

6．6 小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读工程硕士期间发表的论文和成果