基于ISM频段的智能家居控制系统的设计与实现

摘要

本文根据国内外智能家居控制系统的发展现状、发展趋势以及国家“互联网+”发展计划，针对传统智能家居系统Internet依赖性强、不够安全性、需要布线、扩展性差等缺点，提出了一种基于ISM频段的智能家居控制系统的解决方案。
　　控制系统主要由控制终端、云服务器、家庭网关和被控终端四个部分构成。控制终端是能安装并运行自主开发的配套控制软件的电子设备的统称，包括各类手机、PAD和PC等。云服务器在用户进行远程控制时是控制终端和网关之间数据交换的中转站，它拥有公网IP并被部署在因特网上。家庭网关由基于AR9331的控制电路和SI4463无线收发模块组成，运行Openwrt嵌入式操作系统，是整个系统的控制中心。被控设备由功能控制电路和SI4463无线收发模块组成。
　　本文完成了云服务器、家庭网关、被控终端的相关硬件和软件设计。为了克服传统智能家居系统的不足，设计中采用以下做法：（1）通过采用工作于ISM频段的SI4463无线收发模块组建家居设备的无线通信网络；（2）通过将信息保存在网关中实现多用户共享信息，降低系统对Internet的依赖性；（3）引入网络数据加密机制，提高系统的安全性；（4）提出一种基于组播技术的WIFI智能配对方法，降低硬件成本并提升配对效率。
　　系统实现了本地和远程两种通信链路的控制。本地控制时，控制终端直接建立与网关的连接，通过网关和被控设备之间的无线星形网络，实现对家居设备的控制。远程控制时，控制终端和网关通过云服务器的数据中转功能进行数据交换，控制终端以此控制家居设备。
　　最后对系统的各项功能进行测试，实现了插座控制、日光灯控制和窗帘的比例调节，达到了设计的各项要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1智能家居概述

1.2课题的目的和意义

1.3研究的主要内容和论文结构

第二章控制系统的总体方案

2.1控制系统的总体设计要求

2.2 WIFI智能配对技术

2.3远程控制技术

2.4无线组网技术

2.5系统的总体方案

2.6本章小节

第三章WIFI智能配对的技术研究

3.1智能配对技术简介

3.2 UDP信息传递技术

3.3组播包信息传递技术

3.4实验结果的分析

3.5本章小节

第四章云服务的设计

4.1云服务的功能要求

4.2云服务的构架设计

4.3云服务器的软件设计

4.4本章小节

第五章智能家居被控终端的设计

5.1被控终端的硬件设计

5.2被控终端的软件设计

5.3本章小节

第六章智能家居系统网关的设计

6.1网关的功能介绍

6.2网关的硬件设计

6.3网关的软件设计

6.4本章小节

第七章系统功能的测试

7.1内网环境测试

7.2外网环境测试

7.3本章小节

第八章总结与展望

8.1总结

8.2展望

致谢

参考文献

附 录A