基于ZigBee的空巢老人智能家居系统设计

摘要

如今,我国老龄人口占据的比重越来越大,独生子女比例也在逐步增加。社会的不断更新进步使得人们的生活节奏愈加急促,这也导致很多独生子女忙于外出学习工作,留下老人独自在家生活而且不能保障他们的人身安全。随着各种独居老人在家出安全事故的报道增多,老年人的安全问题已经逐渐引起了社会的广泛关注。而近年来,物联网技术、无线通信技术、计算机技术等新兴科技都在蓬勃发展,它们应该被应用到生活的各个方面,从而造福人类。本文研究目的是以新兴技术为基础,以空巢老人和长期在外的独身子女需求为核心,创新设计出一个空巢老人智能家居系统,以解决独居老人在家中安全得不到保障的问题。
　　本文所设计的空巢老人智能家居系统是在国内外智能家居发展现状基础上的研究,主要分为家庭内部网络、网关和家庭外部网络三大部分,将数据信息采集、数据信息传递和数据信息接收集于一体。终端节点的各类传感器利用信息采集技术来采集老人在家中的生活数据信息,ZigBee网络将采集到的信息参数发送到协调器节点;协调器节点ZigBee网络与4G网络属于异构网络,在它们中间设有一个网关来将采集到的数据处理成可被两种网络传输的数据格式;协调器传输的数据经过网关处理之后,再通过4G网络传输到子女所在的客户端。在以上过程中,如果检测到所采集的数据信息异常,系统会发出报警短信,从而及时通知到子女使之能够采取相应措施。本文在网关部分采用基于ARM核心带闪存的STM32F103ZET6作为微处理器,将ZigBee网络技术和4G网络技术有效结合起来,设计了一个成本低、性能稳定、管理方便和操作简单的智能家居网关。本系统便于子女随时了解老人在家中的安全情况,为老人的人身安全提供有效保障。
　　结果显示,所设计的空巢老人智能家居系统虽然不够成熟,但将传感器技术、无线通信技术和4G技术很好的结合在一起,解决了传统智能家居系统传输布线麻烦、难以实现远程监控、不易维修等问题,其性价比高,基本能够满足用户生活的需求,具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和课题研究目的

1．1．1 选题背景

1．1．2 课题研究目的

1．2 国内外研究动态和发展趋势

1．2．1 国内外研究动态

1．2．2 国内外研究存在的问题

1．2．3 国内外的研究发展趋势

1．3 论文研究内容及结构安排

1．3．1 论文研究内容

1．3．2 论文研究结构安排

1．4 本章小结

2 空巢老人智能家居系统的总体设计与相关技术

2．1 空巢老人智能家居系统总体架构

2．2 ZigBee技术简介

2．2．1 ZigBee技术概述

2．2．2 ZigBee技术特点

2．2．3 ZigBee设备类型

2．2．4 ZigBee网络拓扑结构

2．2．5 ZigBee协议规范

2．2．6 ZigBee技术的应用

2．3 4G技术

2．3．1 4G技术概述

2．3．2 4G网络结构

2．3．3 4G核心技术

2．3．4 4G技术的特点及其应用

2．4 本章小结

3 空巢老人智能家居系统硬件设计

3．1 空巢老人智能家居系统终端节点硬件设计

3．1．1 微处理器模块

3．1．2 DS18B20温度传感器模块

3．1．3 MQ-2烟雾传感器模块

3．1．4 HC-SR501红外传感器模块

3．1．5 防摔传感器模块

3．1．6 电源模块

3．1．7 复位电路模块

3．2 空巢老人智能家居系统路由器节点的硬件设计

3．3 空巢老人智能家居系统协调器节点硬件设计

3．3．1 USB转串口电路模块

3．3．2 报警电路模块

3．3．3 晶振电路模块

3．3．4 JTAG接口电路模块

3．4 空巢老人智能家居系统网关硬件设计

3．5 4G模块硬件电路设计

3．6 本章小结

4 空巢老人智能家居系统软件设计

4．1 软件开发环境

4．1．1 IAR集成开发环境简介

4．1．2 软件构架Z-stack

4．2 空巢老人智能家居系统终端节点软件设计

4．2．1 CC2530模块Basic RF初始化

4．2．2 寻网与入网程序

4．2．3 CC2530子模块软件设计

4．2．4 DS18B20温度传感器模块

4．2．5 MQ-2烟雾传感器模块

4．2．6 红外传感器模块

4．2．7 防摔传感器模块

4．3 空巢老人智能家居系统路由节点软件设计

4．4 空巢老人智能家居系统协调器节点软件设计

4．4．1 协调器节点软件设计

4．4．2 串口模块软件设计

4．5 空巢老人智能家居系统网关软件设计

4．5．1 网关与CC2530模块的软件设计

4．5．2 网关节点与上位机通信协议

4．6 空巢老人智能家居4G通信软件设计

4．6．1 4G模块收发AT命令

4．6．2 短信模块设计

4．7 本章小结

5 上位机软件设计及空巢老人智能家居系统测试

5．1 上位软件开发环境

5．2 上位机软件设计

5．3 空巢老人智能家居系统测试

5．3．1 无线传输质量检测

5．3．2 终端节点测试

5．3．3 上位机界面测试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果