基于ZigBee与Wi-Fi融合的智能家居系统研究与设计

摘要

近几年，我国经济和社会飞速发展，人们对家居环境的舒适度和交互性提出了更高的要求，智能家居市场日渐火热;随着无线通信、人工智能与大数据等相关技术的突破性发展，智能家居与先进技术的融合和扩展，对于技术进步的导向作用和推动作用越来越显著。针对现阶段智能家居产品价格昂贵、系统功耗大、可靠性和安全性不足、标准不一的现状，通过对智能家居系统功能目标的实现方式进行比较，选取合适的平台设计了低成本低功耗的智能家居系统。
　　基于ZigBee与Wi-Fi融合的智能家居系统，实现了用户对室内外环境如当前天气、空气质量、室内温湿度及室内采光情况、火情以及漏水漏电等环境信息的监测;实现了空调、门窗及门锁安全可靠的远程操作。利用Arduino物联网平台的便利性和Yeelnik数据云平台的免费性设计了低成本的家居系统;利用ZigBee无线传输的低功耗特性控制数据传输系统功耗，同时在高速节点采用WiFi通信接入互联网，提高系统的整体传输速度。同时系统内各节点采用动态时间间隔工作方式，延长节点休眠时间、提高休眠频率，严格控制非全负荷工作状态的能耗。设计了电源切换电路和电池自动充电电路，降低了系统因电源故障崩溃的可能，提高了系统可靠性的同时省去了用户更换电池的麻烦。利用功能可靠、兼容性好的W5100芯片设计了网络模块，实现了与互联网安全可靠的数据通信，增加了网络可靠性。
　　本系统在完成智能家居基本服务功能的同时，实现了低功耗、低成本、安全可靠的设计目标。本文提出的电源管理设计、动态时间间隔监测方案等设计理念在系统测试时均可完成预定功能，有效控制了系统功耗;多系统协同工作，监测和控制更好的兼容使系统部署更加合理，能够为用户提供更好的交互体验和更加贴合自身生活习惯的家居环境。

目录

声明

摘要

1．1智能家居的研究背景及意义

1．2智能家居发展和现状

1．2．1国内智能家居发展和现状

1．2．2国外智能家居发展和现状

1．3本文研究内容

1．4本文组织结构

2．智能家居系统整体设计及设计平台介绍

2．1智能家居系统整体结构

2．2 Arduino控制核心

2．2．1 Arduino的特点

2．2．2 Arduino平台介绍

2．3无线传输方式

2．3．1无线通信方式选择

2．3．2 ZigBee通信的特点

2．3．3 Wi-Fi通信功能

2．4 Yeelink物联网云平台

2．5本章小结

3．智能家居系统硬件设计与功能实现

3．1硬件电路整体结构设计

3．1．1 Arduino UNO开发板

3．1．2 Arduino与ZigBee连接板

3．1．3 ZigBee工作模式

3．1．4 Wi-Fi通信及协议转换

3．2电源管理模块

3．2．1电池自动切换电路设计

3．2．2电池充电电路设计

3．3监测系统设计原理及室内亮度补偿设计

3．4安防系统设计原理及门控设计

3．5家电系统设计原理及智能电视控制设计

3．6网关系统设计

3．7本章小结

4．智能家居系统软件设计与功能实现

4．1软件设计整体结构

4．1．1无线模块开发与调试设置

4．1．2 Yeelink云平台环境设置

4．1．3 Arduino IDE环境设置

4．2电源管理软件设计及功耗控制

4．2．1电池自动切换软件设计

4．2．2电池自动充电软件设计

4．2．3智能家居系统功耗控制设计

4．3监测系统程序设计

4．3．1室内外家居环境对比监测

4．3．2多节点协同监测

4．3．3室内环境单节点监测

4．4安防系统软件功能设计

4．4．1门窗控制设计

4．4．2窗帘控制程序设计

4．5家电控制程序设计

4．5．1监测信息作为反馈结果的家电控制程序设计

4．5．2独立反馈信息家电控制程序设计

4．6网关模块

4．7本章小结

5．1．1无线通信测试

5．1．2电源管理测试

5．1．3监测系统功能测试

5．1．4安防系统测试

5．1．5家电系统和网关系统测试

5．2系统总体性能测试

5．3 Yeelink云终端同步与存储测试

5．4本章小结

6．1全文工作总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢