基于Cortex-M3内核的智能家居网关设计

发布时间：2020-10-17 16:30

　　 随着计算机技术、信息通信技术、互联网控制技术的迅猛发展,人们的生活质量得到了不断的提高,现今人们更加注重个性化、智能化和充满乐趣的生活方式,对家居环境也提出了更高的要求,由此智能家居应运而生,当今智能家居已成为未来家居环境的发展潮流。智能家居系统是综合利用计算机技术、无线通信技术、和自动化控制技术将家居生活相关的设施集成,构建高效、智能、舒适、便捷的家居管理系统,从而使家庭生活更加安全、智能、节能和舒适。 本文在分析当前国内外智能家居控制系统发展现状的基础上,针对目前智能家居控制系统存在的高成本、高复杂性等问题,设计并实现了一款结构简单、成本低廉的智能家居控制系统网关。该网关解决了传统智能家居控制系统中移动性差、系统复杂、成本高昂及人机交互能力差等缺点,将WiFi技术、433MHz射频通信技术、以太网通信技术结合起来,使得智能家居系统网关具备灵活多变的控制方式,同时具备良好的用户体验。论文主要研究内容如下： (1)设计了智能家居网关的架构,搭建了基于Cortex-M3内核的嵌入式硬件平台。研究了μC/OS-II操作系统内核,并将其与图形化操作界面μC/GUI成功移植到处理器芯片STM32F103VET6上,编写了相关的驱动及多任务应用程序。 (2)探讨了家电通信协议,初步研究了智能家居控制系统中智能移动终端、智能家居网关及信息家电之间的数据交互协议规范。 (3)研究了433MHz射频通信工作原理,设计433MHz射频通信模块,通过433MHz射频通信技术,构建了智能家庭内部无线网络系统。 (4)在系统硬件平台上移植了嵌入式TCP/IP协议栈LWIP,并搭建了智能家居WEB服务器,使用户能通过Internet接入控制系统,利用标准浏览器打开控制界面进行远程化控制与管理。 经实验测试表明,本文设计的智能家居网关能够很好的满足智能家居控制系统对家居环境智能化、便携化及人性化的需求,能够较好的实现对家居设备的集中化管理与控制,同时具备操作简便、结构简单、成本低廉等特点,为廉价智能家居的推广提供了可能。
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TU855
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
Contents
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的与意义
    1.2 智能家居国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 国外技术研究现状
        1.2.2 国内技术研究现状
        1.2.3 智能家居发展趋势
    1.3 论文主要内容和章节安排
第二章 智能家居控制系统总体设计方案
    2.1 智能家居系统方案设计
        2.1.1 家庭内部组网方式选择
        2.1.2 系统软件平台选择
        2.1.3 系统主控芯片选择
    2.2 系统架构和工作原理
        2.2.1 系统架构
        2.2.2 系统工作原理
    2.3 本章小结
第三章 家电通信协议
    3.1 家电通信协议编码规范
    3.2 家电通信协议应用举例
    3.3 本章小结
第四章 系统硬件架构设计与实现
    4.1 系统硬件总体架构
    4.2 网关主控平台硬件构建
        4.2.1 处理器芯片STM32F103VET6
        4.2.2 系统电源及时钟电路设计
        4.2.3 复位及JTAG调试电路设计
        4.2.4 蜂鸣器报警及温湿度传感器电路设计
        4.2.5 EEPROM存储器电路设计
        4.2.6 SD卡电路设计
        4.2.7 触摸液晶屏接口电路设计
    4.3 网关外围通信模块设计
        4.3.1 WiFi模块选型及电路设计
        4.3.2 433MHz射频模块电路设计
        4.3.3 以太网模块电路的设计
    4.4 本章小结
第五章 系统软件架构设计与实现
    5.1 网关系统软件架构
    5.2 μC/OS-Ⅱ操作系统移植
        5.2.1 μC/OS-Ⅱ简介
        5.2.2 os_cpu.h修改
        5.2.3 os_cpu_c.c修改
        5.2.4 os_cpu_a.asm修改
    5.3 图形用户接口μC/GUI移植
        5.3.1 配置文件修改
        5.3.2 μC/GUI和LCD驱动接口文件修改
    5.4 WEB服务器构建
        5.4.1 嵌入式协议栈LWIP简介
        5.4.2 TCP/IP协议栈LWIP移植
        5.4.3 WEB服务器搭建
    5.5 WiFi通信配置实现
    5.6 433MHz射频通信软件实现
        5.6.1 433MHz射频通信工作流程
        5.6.2 433MHz射频抗干扰策略
    5.7 本章小结
第六章 系统功能验证测试
    6.1 系统环境搭建
    6.2 系统功能测试
        6.2.1 网关人机交互界面控制
        6.2.2 基于Android系统的家电软件控制
        6.2.3 WEB网页访问控制
    6.3 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文与成果
致谢

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 聂亨;基于多协议融合的智能家居无线网关设计与实现[D];五邑大学;2015年

2 易诚;基于Cortex-M3和Android的智能家居控制系统研究设计[D];南昌航空大学;2015年

本文编号：2845041