基于WiFi智能家居的网关设计

发布时间：2017-08-31 17:26

  本文关键词：基于WiFi智能家居的网关设计

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【摘要】：近年来,物联网成为全球关注的热点领域,被认为是继互联网之后最重大的科技创新。智能家居作为物联网的一种重要应用,在我国逐渐形成了一个潜力巨大的市场,极具有发展前景。智能家居系统以智能网关为核心,包含家庭智能终端设备、环境数据采集和家电控制设备。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,设计了一款基于WiFi智能家居网关的控制系统。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、成本高昂等缺点,将WiFi技术、ZigBee组网技术、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。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,并将其成功移植到处理器芯片STM32F103C8T6上,编写了相关的驱动及多任务应用程序。2)探讨了控制智能家电的通信协议,初步研究了智能家居控制系统中红外模块学习功能、智能家居网关及信息家电之间的数据交互协议规范。3)在传输层TCP、UDP协议的基础上,使用户能通过Internet接入控制系统,通过网络调试助手对家电进行远程控制。4) ZigBee组网技术运用到智能家居设计中,通过无线组网方式对家庭内部环境数据进行采集。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的需求,能够较好的实现对家电设备的集中化管理与远程控制,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。
【关键词】：网关 智能家居 WiFi通信 μC/OS-Ⅱ
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92;TN915.05
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究目的与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外智能家居发展状况9-10
• 1.2.2 国内智能家居发展状况10-11
• 1.3 智能家居未来发展趋势11
• 1.4 本文内容结构11-13
• 2 网关总体设计方案13-21
• 2.1 智能家居网关系统组成13-14
• 2.2 智能家居网关系统总体设计方案14-15
• 2.2.1 智能家居网关设计结构14-15
• 2.3 智能家居系统的关键技术15-20
• 2.3.1 嵌入式系统15-17
• 2.3.2 WiFi技术17-18
• 2.3.3 ZigBee技术18-19
• 2.3.4 以太网技术19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 智能家居网关硬件研究与设计21-31
• 3.1 网关系统总体接口设计21
• 3.2 核心处理模块STM32F103C821-28
• 3.2.1 电源电路设计22-23
• 3.2.2 复位电路设计23-24
• 3.2.3 时钟电路设计24
• 3.2.4 LED、KEY、及BOOT跳线24-26
• 3.2.5 JLINK电路设计26
• 3.2.6 STM32 SPI接口26-27
• 3.2.7 UART接口27-28
• 3.3 STM32F103核心板PCB设计28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4 网关各模块通信接口设计31-40
• 4.1 WiFi接口电路设计31-33
• 4.1.1 WiFi通信接口设计31-32
• 4.1.2 CC3000主要特性与优势32-33
• 4.2 以太网接口设计33
• 4.3 红外遥控模块设计33-34
• 4.4 ZigBee接口电路设计34-39
• 4.4.1 ZigBee传感器模块设计36
• 4.4.2 人体红外探测传感器接口电路设计36-37
• 4.4.3 可燃气体探测传感器接口电路设计37-38
• 4.4.4 PM2.5灰尘传感器接口电路38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 5 智能家居网关软件设计与实现40-62
• 5.1 软件开发环境40-41
• 5.1.1 ARM开发工具40
• 5.1.2 ARM集成开发环境40-41
• 5.1.3 IAR开发环境介绍41
• 5.2 ARM开发编译环境41-44
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ简介41-42
• 5.2.2 μC/OS-Ⅱ移植到STM3242-44
• 5.3 协议转换44-49
• 5.3.1 UDP协议介绍44-46
• 5.3.2 TCP协议46-49
• 5.4 红外模块与服务器软件设计49-52
• 5.4.1 与服务器通信软件设计49-52
• 5.5 系统主要模块驱动软件设计52-61
• 5.5.1 WiFi与服务器通信软件设计52
• 5.5.2 CC3000 SPI驱动设计52
• 5.5.3 以太网驱动设计52-55
• 5.5.4 ZigBee自组网软件设计55-61
• 5.6 本章小结61-62
• 6 系统测试62-73
• 6.1 系统硬件电气特性测试62
• 6.2 各模块调试与功能测试62-72
• 6.2.1 ZigBee组网测试63-66
• 6.2.2 以太网透传程序测试66-68
• 6.2.3 WiFi IP配置及透传68-69
• 6.2.4 网关对ZigBee数据采集69-70
• 6.2.5 智能家电远程控制70-72
• 6.3 本章小结72-73
• 7 总结与展望73-75
• 7.1 总结73
• 7.2 展望73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78-79
• 致谢79-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：766911