基于Android终端和FPGA控制的智能家居系统

发布时间：2017-04-30 00:03

  本文关键词：基于Android终端和FPGA控制的智能家居系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技不断进步,智能手机普及率不断提高和国家信息化不断加快,彻底改变了人们的生活习惯和品质。人们对于家的概念不断更新,已不再是一个单单满足于住的舒适的住所,人们对家居的更多的要求是一个安全、方便、舒适、可控制的智能家居环境。智能家居也向智能化,无线和智能手机控制方向发展,居住在满足要求的智能家居环境中成为人们生活幸福与否的关键。在这样的新背景下,本文研究了基于Android终端和FPGA控制的智能家居系统。该系统以WIFI通信技术组成无线通信网络,满足无线网络控制要求。以Android智能手机作为控制终端,满足智能手机控制要求。以FPGA作为硬件控制中心,满足把家电和传感器设备整合到一起,并对这些设备进行集中,有效的控制要求。最终组成了一套完整的智能家居系统。本文给出了该智能家居系统的具体设计和实现方法,在分析了系统的功能需求后,详细描述了由智能手机,WIFI通信方式和FPGA的组成的智能家居系统的背景、网络通信技术、总体设计方案、FPGA设计、Android软件设计和实际测试等内容。具体实现了手机远程和无线控制LED灯光功能(开关,调光和恒定照度控制功能),研究了PWM占空比调光,自寻最优增量式PID算法在恒定照度上的应用,能够快速,精确,稳定的达到用户设定的照度值。家电控制功能主要是对于具有红外控制功能的家电(电视,空调和热水器)进行控制。温度控制功能是对室内温度实时采集,手机显示温度值,同时传送给FPGA与用户温度设定值比较,从而控制空调相应动作来实现温度智能恒温控制。窗帘控制功能是通过手机控制电机来开关窗帘。安防报警功能是通过热释电红外探测模块监测门窗是否有人经过,如果有人经过蜂鸣器模拟报警声报警并将报警信息通过网络传给用户手机中。这些功能为智能家居系统用户提供丰富的功能体验。本系统在实现的过程中,Android APP开发使用了Goggle公司的Android Studio集成开发环境,利用Java语言编程。FPGA开发使用了Quartus II集成开发环境,以及Modelsim仿真工具进行前仿真,利用VHDL硬件描述语言编程,最终的运行、验证平台选择了Altera公司的集成开发板。系统运行稳定,正确,而且具有极强的兼容性,造价低和推广价值高等优点,手机APP操作简单方便,设计结果达到了预期目标。
【关键词】：智能家居 FPGA Android WIFI
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TN791
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 智能家居国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国内研究现状10-12
• 1.2.2 国外研究现状12-13
• 1.3 智能家居存在的难点和问题13-14
• 1.4 论文主要研究内容14-15
• 1.5 论文的总体结构15-16
• 2 智能家居系统总体设计方案及关键技术16-32
• 2.1 系统功能需求16-17
• 2.2 网络通信技术17-21
• 2.2.1 WIFI通信技术17-18
• 2.2.2 RS-232串口通信技术18-19
• 2.2.3 互联网通信技术19-20
• 2.2.4 红外通信技术20-21
• 2.3 自寻最优数字PID控制21-25
• 2.3.1 PID控制原理21-22
• 2.3.2 数字增量式PID控制器22-24
• 2.3.3 自寻最优PID参数整定24-25
• 2.4 总体框架设计25-30
• 2.4.1 总体结构设计25-26
• 2.4.2 硬件选择26-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 FPGA软件设计32-46
• 3.1 Quartus Ⅱ集成开发环境32-36
• 3.1.1 设计流程32-33
• 3.1.2 硬件描述语言33
• 3.1.3 Modelsim仿真33-36
• 3.2 分频模块设计36-37
• 3.3 串口通信模块设计37-38
• 3.4 功能模块设计38-44
• 3.4.1 开关控制模块设计38
• 3.4.2 调光控制模块设计38-41
• 3.4.3 温度模块设计41-42
• 3.4.4 家电控制模块设计42-43
• 3.4.5 报警和窗帘控制模块设计43-44
• 3.5 主程序设计44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 Android软件设计46-55
• 4.1 Android操作系统46
• 4.2 Android Studio集成开发环境46-48
• 4.2.1 开发搭建47
• 4.2.2 开发流程47-48
• 4.3 界面设计48-51
• 4.4 APP功能实现51-54
• 4.4.1 Button点击事件51-52
• 4.4.2 Socket通信52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 系统测试55-61
• 5.1 手机客户端测试55-56
• 5.1.1 App功能测试55
• 5.1.2 手机与WIFI通信测试55-56
• 5.2 FPGA测试56-59
• 5.2.1 FPGA测试56-58
• 5.2.2 FPGA与WIFI通信测试58-59
• 5.3 系统联合测试59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65
• 攻读学位期间的研究成果65

【参考文献】

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本文编号：335839