基于电力线载波的智能家居系统研制

摘要

智能家居是在互联网技术基础上物联网化的具体实现。诸如嵌入式技术、通信技术、传感技术以及数字信号处理技术等均在智能家居系统中有所应用，可以将各式各样的智能设备组成一个智能家居网络。这样，用户就能体验到温馨安全的家居生活。在物联网技术高速进步的背景下，智能家居已成为了一个快速发展的领域。
　　当前有两种比较常见的组建家居内部网络的方式:一由双绞线、同轴电缆、电话线以及电力线构成的有线传输方式;二由WIFI、蓝牙、GSM以及Zigbee等构成的无线传输方式。但是传统的有线方式，都必须重新布线以用来传输控制信号，布线工作的工程繁琐复杂，成本会大幅提高;无线方式虽然不需要重新布线并且本身具有很强的灵活性以及移动性，但是家居中的各种设施和建筑物阻碍了整个信号的传输;另外无线电波自身广播范围内的所有信号在实际上是很容易被监听到的，会带来用户通信信息的泄露。
　　针对上面的问题，本文设计了基于电力载波的智能家居系统，系统结合嵌入式技术和电力线载波的技术。论文首先阐述了几种不同的电力线载波技术，如跳频技术、混沌技术、扩频技术以及正交频分复用技术等，从原理角度出发作了介绍，并对具有选择性衰落特征的多劲载波信道，从多劲衰减模型以及FIR滤波器模型两个方向进行了仿真;然后，设计了基于低压电力载波通信的智能家居系统，以芯片S3C2400作为主处理器，完成主控电路以及通讯电路的设计，实现主操作系统μC/OS-Ⅱ的移植，并编写了相关的功能程序。系统能够完成内部家居智能化操作，实现门禁管理和安防的功能;进行家庭内部电能阈值的设置以及相应电能的监测和报警电路的触发;家庭内部照明灯的智能化开关操作;家庭窗户的雨水阈值的设置和对电机的操作去改变窗户状态;完成了用户在外部通过手机实现对家居网络的智能化监控和操作。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 智能家居的国外研究现状

1．2．2 智能家居的国内研究现状

1．3 课题的研究内容

2 智能家居系统相关技术分析

2．1 电力载波通信原理及其特点

2．2 电力载波通信实现技术

2．2．1 跳频技术

2．2．2 混沌技术

2．2．3 扩频通信技术

2．2．4 正交频分复用技术

2．2．5 几种技术的对比与选择

2．3 低电压载波通信信道的建模及仿真

2．4 本章小结

3 智能家居系统的硬件设计

3．1 系统的总体结构

3．2 电源设计

3．3 ARM核心板电路设计

3．3．1 ARM最小系统

3．3．2 USB电路

3．3．3 EEPROM电路

3．3．4 晶振电路设计

3．4 电力载波通信电路设计

3．4．1 电力线收发器

3．4．2 隔离耦合电路设计

3．5 GPRS无线通信模块设计

3．6 门禁报警电路设计

3．7 灯光控制电路设计

3．8 智能电度表设计

3．9 窗户模块电路设计

3．10 本章小结

4 智能家居系统的软件设计

4．1 系统流程图

4．2 μC／OS-Ⅱ操作系统的移植

4．2．1 μC／OS-Ⅱ任务管理

4．2．2 μC／OS-Ⅱ系统移植

4．3 门禁安防模块流程图

4．4 灯控模块流程图

4．5 电能监测流程图

4．6 窗户模块流程图

4．7 本章小结

5 智能家居系统的测试

5．1 系统调试

5．2 系统实现

5．3 系统验证

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果