基于无线传感器网络的智能家居系统设计与实现

发布时间：2017-10-22 02:14

  本文关键词：基于无线传感器网络的智能家居系统设计与实现

  更多相关文章： 智能家居 无线传感器网络 路由协议 软硬件设计 系统测试

【摘要】：科学技术的不断进步和生活水平的不断提高,让人们对居住环境的要求不断升级。人们希望居住的环境不再仅仅能提供物理上的休息空间,还能够具备舒适和便捷的特性,因此智能家居系统在近年来得到了越来越多的发展。智能家居是一个兼备建筑、网络、通信、自动化,集管理和服务为一体的高效舒适、安全环保的居住环境,能够根据不同用户的需求提供个性化的生活空间。由于无线传感器网络具有扩展能力强、通信能力强、自组织能力强等优点,基于无线传感器网络的智能家居系统成为了现在智能家居领域的主要发展方向,因此本文开展了基于无线传感器网络的智能家居系统的设计与实现。论文分析了智能家居的基本结构和主要功能,研究了无线传感器网络的基本原理和主要特点,设计实现了基于ZigBee协议的无线传感器网络智能家居系统,并通过研究对无线传感器网络路由协议的改善优化了智能家居系统的网络性能。在此基础上,完成了智能家居系统的软硬件设计,实现了智能家居系统的开发,论文的主要工作包括以下几个方面:1.针对智能家居系统的需求和无线传感器网络的应用范围广,适应能力强的特点,深入研究了实现低工作能耗、长生命周期的智能家居网络需要重点解决的问题,基于ZigBee协议构建了无线传感器网络智能家居系统。2.分析了不同的无线传感器网络路由协议的功能、特点和使用范围,将基于地理信息位置的能效路由协议引入到本文设计的智能家居系统中,采用信息反馈机制和节点交替使用的方法改进了路由空洞问题的解决方法,仿真结果表明本方法可提高能效路由协议的节能性,在相同的仿真条件下,采用改进算法后,节点的平均能耗要比采用未改进算法降低约10%,第一个节点的死亡时间较未改进算法延长了约42%。3.完成了智能家居系统的软硬件设计。设计了主控制器的电源、时钟、串口等部分电路,以及传感器节点的电源、时钟电路、开关控制器等部分电路,并针对无线传感器网络智能家居系统的应用要求,完成了应用软件的编写。4.完成了系统测试。分别开展了系统的组网测试、无线通信功能测试和系统整体功能测试,验证了系统的组网能力,极限通信能力和系统对不同传感器节点的控制能力以及系统的数据采集和处理能力。各项测试结果表明论文实现的智能家居系统满足设计要求。
【关键词】：智能家居 无线传感器网络 路由协议 软硬件设计 系统测试
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TU855
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 课题研究背景与意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.2.1 国外研究现状19-20
• 1.2.2 国内研究现状20-21
• 1.2.3 无线传感器网络在智能家居系统中的应用21-22
• 1.3 论文的研究内容和主要工作22-26
• 第二章 智能家居系统总体结构设计26-42
• 2.1 智能家居系统的基本结构和主要功能26-29
• 2.1.1 智能家居系统功能与架构分析26-27
• 2.1.2 智能家居系统的主要功能27-29
• 2.2 无线传感器网络特性分析29-35
• 2.2.1 无线传感器网络的基本原理29-30
• 2.2.2 无线传感器网络的主要特点30-31
• 2.2.3 主要的无线数据传输技术31-35
• 2.3 基于ZigBee协议的无线传感器网络智能家居系统设计35-40
• 2.3.1 Zigbee协议的标准和规范35-36
• 2.3.2 基于Zigbee协议的无线传感器网络结构36-38
• 2.3.3 智能家居系统设计38-40
• 2.4 本章小结40-42
• 第三章 智能家居系统网络性能分析与优化设计42-68
• 3.1 无线传感器网络路由协议性能分析42-44
• 3.2 无线传感器网络路由协议的分类和比较44-56
• 3.2.1 平面路由协议44-47
• 3.2.2 层次路由协议47-50
• 3.2.3 基于地理信息位置的路由协议50-56
• 3.3 基于改进GEAR协议的智能家居系统网络性能优化56-61
• 3.3.1 路由协议适用性对比分析56-57
• 3.3.2 GEAR协议的改进和应用57-61
• 3.4 仿真实验与结果分析61-66
• 3.5 本章小结66-68
• 第四章 智能家居系统的软硬件设计与实现68-92
• 4.1 核心控制设备硬件设计68-78
• 4.1.1 主控制器硬件设计69-76
• 4.1.2 无线通信模块硬件设计76-78
• 4.2 传感器节点硬件设计78-83
• 4.2.1 数据处理部分设计78-81
• 4.2.2 数据采集部分设计81-83
• 4.3 主控制器软件设计83-86
• 4.3.1 交叉编译环境构建83-84
• 4.3.2 Bootloader的配置84
• 4.3.3 内核的移植和文件系统的建立84-85
• 4.3.4 应用程序的编码和移植85-86
• 4.3.5 指令和信息传输设计86
• 4.4 传感器节点软件设计86-88
• 4.5 人机交互模块软件设计88-90
• 4.6 本章小结90-92
• 第五章 智能家居系统的测试与结果分析92-102
• 5.1 系统组网功能测试与结果分析92-94
• 5.2 无线通信性能测试与结果分析94-96
• 5.3 系统整体功能测试与结果分析96-100
• 5.4 设计目标与实现结果比较100
• 5.5 本章小结100-102
• 第六章 工作总结与展望102-104
• 6.1 工作总结102-103
• 6.2 工作展望103-104
• 参考文献104-108
• 致谢108-110
• 作者简介110-111

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