基于ZigBee和OSGi网关技术的智能家庭监测系统设计

摘要

自从1984年美国第一个智能楼宇成功建立以来，智能家庭网络在全世界范围得以广泛研究和发展，美国、新加坡等国家是智能家庭领域研究的先驱，在业界内处于优势地位，而中国作为发展中国家，在该领域的发展相对较晚。但伴随中国综合国力的增强，在智能家庭领域的研究正如火如荼的开展起来。
　　智能家庭网络是网络技术、通信技术、控制技术和计算机技术发展的必然产物，它整合了家庭通信设备、家庭安保等设备，以自动化的服务便利了人们的生活。为人们带来了丰富多彩的家居世界，并提供了优质高效的服务。科技的进步使人们的生活水平不断提高，当各种各样的家用电器步入我们的生活，为我们的生活带来便利服务的同时，家庭设备的多样性与复杂化也给有的家庭带来了许多不安全因素。天然气泄漏可能发生爆炸，天然气泄漏也可导致一氧化碳中毒，家用大功率电器使用不当可导致家庭火灾等事件屡见不鲜:2011年12月，珠海幸福时光小区某家发生煤气爆炸，家中物品尽毁，一人严重烧伤;南京市鼓楼区湖北路某家庭发生天然气爆炸，附近几居民家中均不同程度受损;华北油田某小区天然气爆炸事件伤及三人。这一系列事故警醒我们，这些不安全因素可能给家庭带来无可挽回的损失，甚至危害生命安全。鉴于此，建立一种能够对家庭温度、湿度等环境信息进行监控的系统是非常必要的。
　　本文经过一系列研究，提出了一种对温度、湿度等家庭环境监控的智能家庭网络方案，采用无线ZigBee技术进行家庭内无线组网，使用成本低廉的CC2430芯片用于无线数据传输。该芯片性能稳定，可靠性好，成本和功耗较低，可充分满足设计需要。在家庭网络中加入OSGi网关，用户可通过手机终端访问互联网中的系统登陆界面，访问智能家庭网络。而当互联网不连通时，系统与用户将失去连接，此时，系统采用OSGi网关技术和GSM短信息平台相结合的方法作为补充手段，用于无法访问互联网时系统与用户连接的方式。
　　基于ZigBee技术与OSGi网关的智能家庭监测系统，不但解决了传统有线布线困难、维护性差等问题，而且系统的低成本和低功耗特点易于实现智能家庭网络的普及及推广，对安保型智能家庭网络的构建具有一定的指导性。ZigBee无线技术与OSGi网关的巧妙结合，以及GSM短信技术的引入，有效解决断网时用户与家庭的失联问题，并轻松实现了自动化的智能家庭网络，对同类型的智能家庭网络以及相关的智能家庭网络系统的构建具有重要的指导性意义，伴随人们对家庭安保系统的逐步青睐，该系统若能够进行推广，将有不菲的经济价值。
　　文中章节安排上采用先理论后设计的思想，首先介绍ZigBee无线技术与OSGi网关的相关理论知识，然后讨论了系统的总体构架和设计方案，给出了系统的硬件设计和软件设计，最后对本文进行了总结。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据和研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 本文预期取得的成果

第2章 ZigBee和OSGi网关技术在本设计中的理论解析

2．1 ZigBee网络拓扑结构

2．2 ZigBee协议框架

2．2．1 物理层规范

2．2．2 媒体访问控制层规范

2．2．3 网络层规范

2．2．4 应用层规范

2．3 OSGi服务网关系统构架

2．3．1 Bundle(服务包)

2．3．2 OSGi Framework(框架)

2．3．3 OSGi标准服务

2．4 OSGi服务网关模型

2．5 小结

第3章 系统的总体设计

3．1 系统设计的考虑因素

3．2 家庭组网技术的选择

3．3 家庭网关的选择

3．4 系统的设计方案

3．4．1 系统组成

3．4．2 系统功能

3．4．3 温度采集

3．4．4 湿度采集

3．4．5 烟雾采集

3．5 本章小结

第4章 ZigBee无线通信网络的设计

4．1 ZigBee无线通信网络设计平台选择

4．2 ZigBee网络硬件设计

4．2．1 协调器节点与设备节点硬件设计

4．2．2 温度测量设计

4．2．3 湿度测量设计

4．2．4 烟雾浓度测量设计

4．3 ZigBee网络软件设计

4．3．1 协调器节点的软件设计

4．3．2 终端节点的软件设计

4．4 本章小结

第5章 OSGi家庭网关的设计

5．1 OSGi开发平台

5．2 OSGi网关硬件设计

5．3 OSGi网关软件设计

5．4 本章小结

第6章 测试和结果分析

6．1 ZigBee无线网络环境信息采集测试

6．1．1 测试环境搭建

6．1．2 温度、湿度、烟雾浓度测试

6．2 OSGi网关测试

6．2．1 OSGi网关测试环境搭建

6．2．2 网关测试

6．2．3 GSM短信息测试

6．3 结论

总结与展望

致谢

参考文献