基于物联网的智能家居环境检测

摘要

近年来物联网在生活以及技术的方方面面都起到了越来越重要的作用。把装有传感设备的物体插入到各种装置中，与LTE(Time Division Long Term Evolution)网络技术相结合，从而可以获得“物”与“物”的连接。其中智能家居是一个富有感知、通信和计算能力的系统，它能够适应居民的喜好和要求，并且可以用于小区的智能化管理、基础设施的智能远程监控以及智能控制家中安装的电气设备。家居环境条件的好坏，直接影响着居民的发病率和死亡率，因此进一步开展研究智能家居的环境检测具有重要意义。
　　本文以ARM为处理核心，再加上IOT(Internet of Things，物联网)、LTE、ZigBee无线通信等新技术，设计了一种基于物联网的智能家居环境检测系统。在基于物联网的智能家居环境检测的设计上，主要分为硬件部分和软件部分。硬件方面的设计，主要包括以ARM为核心的数据采集器、ZigBee传感网络以及4G等无线通信技术的设计。软件设计方面，对家庭网关进行了相关设计。将ZigBee协议栈和TCP/IP协议栈嵌入FreeRTOS操作系统中，同时设计了本地和远程访问的可视化用户界面，操作方便。
　　设计结果表明，该家居系统能够满足人们对智能化家居环境的需求，将传感技术、无线通信技术和LTE技术有机结合了起来，通过无线网络化综合智能控制和管理，可以给人们提供真正意义上的“智慧”家居生活环境。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．2．2 智能家居发展现状

1．3 课题的主要内容

1．4 论文的主要工作

2 智能家居环境检测的系统分析

2．1．1 智能家居环境检测系统功能分析

2．1．2 系统组成及模块设计方法

2．1．3 系统设计方案特点分析

2．1．4 智能家居环境检测系统安全性设计

2．2 系统体系架构

2．3 系统远程智能遥控组成

2．4 关键技术及解决方案

2．4．1 智能检测系统

2．4．3 通信网络的搭建

2．4．3 登录界面的软件设计

3 智能家居环境检测系统的硬件设计

3．1 系统硬件电路的设计

3．1．3 电源电路的设计

3．1．4 4G模块设计

3．1．5 USB接口电路

3．1．6 JTAG接口电路设计

3．2．2 MQ-2烟雾传感器

3．2．3 HC-SR501热电红外传感器

3．2．4 生物传感器

3．3 系统网关设计

3．4 系统外设节点的设计

3．5 无线传输方式的设计

3．5．3 ZigBee协议架构

3．5．4 ZigBee设备节点

3．5．5 ZigBee拓扑结构

3．6 本章小结

4 智能家居环境检测系统的软件设计

4．1 网关模块的软件设计

4．2 通信模块软件设计

4．2．2 终端APL通信软件设计

4．2．3 4G通信软件设计

4．3 ZigBee软件部分设计

4．3．1 Z-Stack软件架构

4．3．2 ZigBee网络的组网

4．3．3 ZigBee路由

4．4 本章小结

5 系统性能分析和软件界面的实现

5．1 分析方案

5．2 处理器功耗分析

5．3 ZigBee无线功能分析

5．4 系统功能界面的实现

5．4．1 交互原型设计工具

5．4．2 服务器端

5．4．3 浏览器端

5．5 小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 后续研究展望

参考文献

致谢

作者简介以及读研期间主要科研成果