智能家居中物联网研究与应用

发布时间：2017-05-24 03:07

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【摘要】：本论文主要研究物联网技术在智能家居系统中应用,在考虑了当前市场上产品的功能要求和比较各关键器件的性能和价格后,以STM32微处理器和以太网控制器ENC28J60为核心,以嵌入式实时操作系统、轻量级TCP/IP协议栈、原边调制反激式控制技术、无线通信技术和跳频通信技术为基础,研发一款低成本的智能家居远程灯光控制系统。系统的远程控制功能通过以太网通信和无线射频通信实现,设计跳频通信算法解决了在无线通信过程中数据可靠传输的技术难点。并根据智能家居灯光系统远程控制功能的要求,设计无线通信接口电路和网络模块硬件电路,设计原边调制反激式控制电路,恒流驱动LED。文章详细研究了系统设计过程中涉及的关键技术,包括μC/OS-II嵌入式实时操作系统的基本原理、LwIP协议栈内核结构以及解决无线通信过程中频段干扰的跳频通信技术。并重点研究了μC/OS-II嵌入式操作系统的移植、LwIP协议栈移植和操作系统任务设计,分析了跳频通信的数学模型并详细研究了跳频通信算法。本系统通过对μC/OS-II嵌入式实时操作系统、2.4G无线通信技术、LwIP嵌入式协议栈、原边调制反激式控制技术、跳频通信等技术的综合应用,经过理论研究与市场调研,最终提出一套功能完善、具有网络通信功能的智能家居远程灯光控制系统解决方案。经过系统测试,此方案拥有良好的实时性和可靠性,在未来具有较好的应用前景。
【关键词】：智能家居 μC/OS-II LwIP 跳频通信算法 原边调制反激式控制
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-10
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状8
• 1.3 论文研究内容8-9
• 1.4 论文组织结构9-10
• 2 系统设计方案10-14
• 2.1 方案分析与概述10-11
• 2.2 系统方案设计11-13
• 2.2.1 嵌入式实时操作系统方案11-12
• 2.2.2 嵌入式TCP/IP协议栈方案12-13
• 2.2.3 无线通信传输方案13
• 2.3 本章小结13-14
• 3 关键技术应用14-28
• 3.1 μC/OS-II操作系统14-18
• 3.1.1 任务的组成14-15
• 3.1.2 任务的状态15
• 3.1.3 任务的调度算法15-16
• 3.1.4 任务间同步和通信16-17
• 3.1.5 任务优先级反转17-18
• 3.1.6 时间管理18
• 3.1.7 内存管理算法18
• 3.2 LwIP协议栈18-26
• 3.2.1 内存管理算法19
• 3.2.2 数据包管理机制19-20
• 3.2.3 网络接口管理机制20
• 3.2.4 地址解析协议20-21
• 3.2.5 网际协议21-22
• 3.2.6 网际控制报文协议22-23
• 3.2.7 传输控制协议23-26
• 3.3 跳频通信26-27
• 3.4 本章小结27-28
• 4 系统硬件设计28-40
• 4.1 系统硬件总体结构28
• 4.2 主控制电路设计28-33
• 4.2.1 微处理器芯片选型28-29
• 4.2.2 微控制器电路设计29-30
• 4.2.3 网络模块硬件电路设计30-31
• 4.2.4 无线通信接口电路设计31-32
• 4.2.5 电源电路设计32
• 4.2.6 主控制电路硬件设计32-33
• 4.3 从机电路设计33-39
• 4.3.1 微控制器电路设计34
• 4.3.2 无线通信接口电路设计34
• 4.3.3 LED驱动电源电路设计34-38
• 4.3.4 电压转换电路设计38
• 4.3.5 从机电路硬件设计38-39
• 4.4 本章小结39-40
• 5 系统软件设计40-58
• 5.1 主控制系统软件设计40-51
• 5.1.1 移植 μC/OS-II操作系统40-44
• 5.1.2 移植LwIP协议栈44-47
• 5.1.3 系统任务设计47-51
• 5.2 从机系统软件设计51-53
• 5.2.1 主程序设计51-52
• 5.2.2 无线模块程序设计52-53
• 5.3 跳频通信算法设计53-56
• 5.3.1 跳频通信的数学模型53-55
• 5.3.2 跳频通信算法55-56
• 5.4 本章小结56-58
• 6 系统测试58-64
• 6.1 测试条件与环境58
• 6.2 硬件电路测试58-60
• 6.2.1 LED驱动电路测试58-59
• 6.2.2 无线通信距离测试59-60
• 6.3 软件测试60-63
• 6.3.1 μC/OS-II操作系统内核功能测试60-61
• 6.3.2 LwIP协议栈功能测试61-62
• 6.3.3 网络通信功能测试62-63
• 6.4 本章小结63-64
• 7 结束语64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-69

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