基于单片机技术的智能家居控制系统设计与实现

摘要

随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，以及不断加快的生活节奏，人类开始追求信息、安全、节能和便捷的家居环境。智能家居系统通过采集建筑物内部的各种信息，并且通过对各种控制器的控制提高家居舒适性和便捷性。 本文主要从智能家居系统的硬件设计、软件设计和建筑物内部通信实现三个方面来实现对智能家居系统的研究。 (1)智能家居系统的硬件设计 基于模块化的思想，智能家居系统包括信息处理中心的智能家居网关、各信息采集和控制节点两个部分。其中，智能家居网关是智能家居系统的核心模块，不仅实现与互联网的通信，而且实现对家庭网络智能节点进行控制的家庭网关，系统中的温度、湿度环境因子采集感应器将所采集的模拟信息传输给单片机，如果所采集到的环境因子信号超过了预设值，那么就会发出报警信息;采用DB18B20温度采集传感器、SHT11湿度采集传感器和MOC3041光电耦合器分别实现智能家居系统中的温度采集、湿度采集和灯光控制。 (2)建筑物内部通信实现 针对目前智能家居系统建设所存在的缺陷，以及用户对智能家居系统的具体需求，在对比分析了目前常见的网络通信技术后，最终选用ZigBee技术来实现建筑物内部智能家居系统网管与各终端节点之间的通信。 (3)智能家居系统的软件设计 以智能家居系统硬件设计为基础，并联合C++语言、IEEE802.15.4标准和ZigBee2006规范上的Z-Stack协议栈，以及IAR开发环境来实现智能家居系统的软件设计。其中，在整个系统中家庭网关作为ZigBee网络的协调器，对家庭网关的ZigBee建网、终端节点入网流程，温度传感器、湿度传感器和灯光控制等终端节点的软件设计进行研究，同时还对ZigBee网络中的数据收发和串口通信实现进行研究。 最终的测试结果表明本文所研究的智能家居系统能够很好地实现建筑物内部各种信息的采集和终端控制的需求，同时具备无线快速组网、性能良好、功耗较低等特点，能够满足用户对智能家居系统的需求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文结构安排

第二章 相关技术简介

2．1 ZigBee技术简介

2．2 嵌入式技术简介

2．2．1 嵌入式系统组成

2．2．2 嵌入式操作系统

2．2．3 嵌入式SDRAM存储器

2．3 本章小结

第三章 智能家居系统硬件设计

3．1 系统总体结构设计

3．2 家庭网关硬件设计

3．2．1 家庭网关主要功能

3．2．2 家庭网关主电路

3．2．3 家庭网关外围电路

3．3 终端节点硬件设计

3．3．1 温度采集节点设计

3．3．2 湿度采集节点设计

3．3．3 灯光控制节点设计

3．4 家庭网关与终端节点的网络通信设计

3．4．1 现有接入方式

3．4．2 接入方式比较

3．5 本章小结

第四章 智能家居系统软件设计

4．1 开发环境搭建

4．2 家庭网关控制软件设计

4．2．1 控制功能

4．2．2 家庭网关建网

4．2．3 终端节点入网

4．3 终端节点软件设计

4．3．1 温度采集

4．3．2 湿度采集

4．3．3 灯光控制

4．4 数据传输设计

4．4．1 数据收发

4．4．2 串口通信

4．5 本章小结

第五章 智能家居系统测试

5．1 智能家居系统内部网络组建

5．2 智能家居系统演示平台搭建

5．3 网络性能测试

5．4 功耗测试

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作小结

6．2 工作展望

参考文献

致谢