基于Android多媒体网关的智能家居系统的设计与实现

发布时间：2017-05-24 04:06

  本文关键词：基于Android多媒体网关的智能家居系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着物联网、计算机互联网通信技术的迅猛发展,智能家居系统也得到了快速的发展,各种解决方案层出不穷,然而传统的有线方案由于综合布线的局限性、安装不便、扩展性不强使得其大范围普及受限。针对这些问题,本文基于无线传感器网络和嵌入式系统,设计并实现了一套基于Android网关的智能家居系统,并将手势识别技术融入到智能家居系统的解决方案中,研究空中手势识别技术在智能家居系统中的应用。论文首先介绍了课题研究背景以及国内外研究现状,然后对系统所采用的近距离无线通信技术、Android系统框架、消息推送机制以及基于智能设备的手势识别等关键技术进行了论述。其次,本文阐述了智能家居系统的需求与总体架构,详细介绍了智能嵌入式网关中主控模块与协调器模块硬件设计、主控模块系统软件、应用软件和协调器模块的软件开发。然后对基于ZigBee的无线智能插座进行软硬件设计,尤其是2.4GHz小体积PCB天线的设计,并在两种场景下测试插座的通信距离,测试表明在空旷的环境下通信距离至少为50m,穿透墙壁时至少30m,证明其通信能力能够满足家居环境的要求。最后,提出了一种基于智能手机内嵌惯性测量单元的智能家居控制终端的设计方案,首先对加速度传感器和陀螺仪的原始输出信息进行预处理,根据自适应阈值判断手势运动的起点和终点,然后对欧拉角进行误差补偿,解算出姿态转换矩阵.将加速度从手机坐标系转换到导航坐标系中。最后,针对传统的轨迹重建中直接对速度进行修正消除累计误差的方法的不足,提出了先对加速度进行修正、再对速度进行修正的方法,将修正后的速度积分得到手势的三维空间轨迹。经仿真和测试表明,该算法能够较好的提高手机空间轨迹还原的精度,手势识别率高达94%,优于现有方法。本文设计与实现了系统中的嵌入式网关和智能插座,并提出了一种改进的误差补偿算法提高空中手势识别率,进而更准确的控制家居设备,该系统为手势识别技术在智能家居中的应用提供了参考价值。
【关键词】：智能家居系统 Android 消息队列遥测传输 ZigBee协议 空中手势识别
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU855;TN915.05
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景与研究意义12-14
• 1.2 国内外研究现状与发展14-17
• 1.2.1 智能家居系统行业现状14-15
• 1.2.2 智能家居系统行业发展趋势15-16
• 1.2.3 空中手势识别技术的研究现状16-17
• 1.3 研究内容与设计指标17-18
• 1.3.1 研究内容17
• 1.3.2 设计指标17-18
• 1.4 论文组织18-20
• 第二章 基于Android网关的智能家居系统的关键技术20-30
• 2.1 几种无线组网方案20-22
• 2.1.1 几种无线组网方案的对比20-21
• 2.1.2 网络拓扑结构21
• 2.1.3 ZigBee的抗干扰性21-22
• 2.2 Android简介22-23
• 2.3 MQTT协议23-26
• 2.3.1 MQTT模型分析23-24
• 2.3.2 MQTT协议消息格式24-25
• 2.3.3 MQTT协议特点25
• 2.3.4 MQTT协议与其它消息推送方式25-26
• 2.4 基于智能设备的手势识别26-29
• 2.4.1 手势数据坐标转换26-28
• 2.4.2 惯性测量单元的误差补偿28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 智能家居系统Android网关的设计30-50
• 3.1 系统总体结构设计30-32
• 3.1.1 智能家居系统需求分析30-31
• 3.1.2 智能家居系统的架构设计31-32
• 3.2 智能家居系统网关硬件设计32-36
• 3.2.1 网关主控模块硬件设计33-34
• 3.2.2 ZigBee协调器模块硬件设计34-35
• 3.2.3 网关PCB设计35-36
• 3.3 网关主控模块软件设计36-45
• 3.3.1 主控模块系统软件设计36-38
• 3.3.2 Android开发环境搭建38-39
• 3.3.3 主控模块应用软件设计39-45
• 3.4 协调器软件设计45-48
• 3.4.1 协调器网络的建立45-46
• 3.4.2 主控模块与协调器模块间通信的实现46
• 3.4.3 协调器软件设计46-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 基于ZigBee无线智能插座实现方案50-60
• 4.1 智能插座功能需求分析50
• 4.2 无线智能插座硬件设计50-53
• 4.2.1 CC2530芯片及其外围引脚51
• 4.2.2 电源转换模块51-52
• 4.2.3 继电器模块52-53
• 4.2.4 射频天线设计53
• 4.3 智能插座软件设计53-56
• 4.3.1 智能插座与协调器模块间通信帧格式53-55
• 4.3.2 无线智能插座软件设计55-56
• 4.4 智能插座测试56-58
• 4.4.1 无线智能插座性能测试56-58
• 4.4.2 测试结果分析58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 空中手势识别技术在系统中的实现方案60-74
• 5.1 手势的定义60
• 5.2 轨迹还原算法的设计60-62
• 5.2.1 带有误差补偿的手机轨迹还原算法60-61
• 5.2.2 误差模型的建立及误差分析61-62
• 5.3 空中手势信号预处理62-63
• 5.3.1 校准62-63
• 5.3.2 滑动平滑滤波63
• 5.4 误差补偿算法63-67
• 5.4.1 运动检测64-65
• 5.4.2 欧拉角补偿65-66
• 5.4.3 加速度补偿66-67
• 5.5 空中轨迹还原算法仿真及其结果分析67-72
• 5.5.1 仿真环境67-68
• 5.5.2 仿真结果与分析68-72
• 5.6 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 全文工作总结74
• 6.2 未来工作展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间研究成果82

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