基于mbed OS的智能家居系统的设计与实现

发布时间：2017-08-08 04:09

  本文关键词：基于mbed OS的智能家居系统的设计与实现

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【摘要】：智能家居在我国已有二十多年的发展历史,但始终难以进入寻常百姓家。究其原因,设备厂商之间没有一个统一的标准。如何构建一个合理的、有序的智能家居系统,是目前亟待解决的问题。近年来物联网技术的不断发展,为智能家居提供了一个有利的技术条件。ARM公司在2015年正式发布了专为物联网而设计的操作系统mbed OS。mbed OS是基于ARM Cortex-M系列处理器设计的,该系统具备健壮的安全防护机制、标准的通信协议以及针对传感器、I/O设备等开发的驱动程序组件,从而达到直接通过应用程序控制硬件的目的。ARM Cortex-M系列的处理器目前已达到数十亿美元的出货量,应用广泛。因此,基于mbed OS的应用具有广阔的市场前景。本课题的研究目标是充分利用mbed OS的优势和无线技术的特点,为建立整体智能家居系统提供一个可行性的方案,系统以移动终端作为用户操作接口,通过无线技术实现智能家居系统的搭建,并通过mbed OS实现对系统硬件的控制。系统最终实现的主要功能有可视对讲、Wi-Fi定位、环境检测和家电控制,解决了家居智能化中需求较多的几个领域问题。考虑到不同的家居环境,本系统采用模块化设计方式,基于轻巧型智能家居的理念,为用户提供可定制的家居智能化体验。本文论述的内容主要分为软硬件两部分,硬件部分主要论述的是智能家居系统各功能模块的设计过程,包括系统功能模块整体框架的分析,音/视频的采集、音频的编解码和播放、Wi-Fi信号强度采集和红外信号收发的硬件方案设计与实现。软件部分论述了各功能模块应用程序的具体实现,包括基于mbed OS的应用程序的具体实现,Wi-Fi定位算法的分析及移动终端的应用程序的开发等内容。
【关键词】：智能家居 mbed OS 可视对讲 Wi-Fi Android
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TP316;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 相关领域的研究现状和研究进展分析10
• 1.3 课题的主要研究内容及难点10-11
• 1.4 论文组织结构11-13
• 第2章 总体方案设计13-19
• 2.1 系统概述及需求分析13
• 2.2 智能家居系统的方案设计13-16
• 2.2.1 家庭控制中心的硬件平台选型13-14
• 2.2.2 家庭组网方式的选择14-15
• 2.2.3 移动终端操作系统的选型15-16
• 2.3 智能家居系统的总体方案16-17
• 2.4 本章小结17-19
• 第3章 智能家居系统的硬件设计19-33
• 3.1 家庭控制中心的硬件设计19-21
• 3.1.1 家庭控制中心的总体设计19-20
• 3.1.2 温湿度采集模块设计20
• 3.1.3 Wi-Fi模块设计20-21
• 3.2 可视对讲功能模块的硬件设计21-25
• 3.2.1 芯片选型及整体设计22
• 3.2.2 电源模块设计22-23
• 3.2.3 摄像头选型23-24
• 3.2.4 音频模块设计24-25
• 3.3 Wi-Fi定位功能模块的硬件设计25-28
• 3.3.1 电源模块设计26
• 3.3.2 电池电量检测模块设计26-28
• 3.4 家电控制功能模块的硬件设计28-29
• 3.5 PCB设计29-31
• 3.5.1 PCB布局29
• 3.5.2 PCB布线29-31
• 3.6 本章小结31-33
• 第4章 智能家居系统的软件实现33-55
• 4.1 mbed OS应用程序的开发33-42
• 4.1.1 mbed OS架构分析33-35
• 4.1.2 mbed OS应用程序开发环境的搭建35-37
• 4.1.3 mbed OS应用程序开发流程的研究37-39
• 4.1.4 家庭控制中心功能的实现39-42
• 4.2 各功能模块的实现42-50
• 4.2.1 可视对讲中视频功能的实现42-45
• 4.2.2 可视对讲中音频功能的实现45-46
• 4.2.3 电池电量检测功能的实现46
• 4.2.4 Wi-Fi定位功能的实现46-48
• 4.2.5 家电控制功能的实现48-50
• 4.3 Android移动终端上用户应用程序的开发50-53
• 4.3.1 用户应用程序整体设计50
• 4.3.2 用户应用程序界面的开发50-51
• 4.3.3 后台控制功能的实现51-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 系统测试55-59
• 5.1 硬件测试55-56
• 5.1.1 硬件线路测试55
• 5.1.2 硬件功能测试55-56
• 5.2 软件测试56-58
• 5.2.1 温湿度采集测试56
• 5.2.2 可视对讲功能测试56-57
• 5.2.3 Wi-Fi定位功能测试57-58
• 5.2.4 家电控制功能测试58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间获得的学术成果65-67
• 致谢67

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