基于物联网的智能家居系统研究与应用

发布时间：2017-08-28 23:34

  本文关键词：基于物联网的智能家居系统研究与应用

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【摘要】：自2009年温家宝总理对“感知中国”给予肯定后,以“感知”为中心的物联网在国内得到了迅速的推动发展。随着世界城市化和全球经济一体化的发展趋势,越来越多的高新技术被应用于构建智慧地球和智慧城市的核心系统中,因此我们的城市生活将会被感知,实现真正意义上的互联互通。在物联网环境下融合了大量的先进技术致力于智能家居的研究与开发应用,尤其是低功耗、低成本的ZigBee无线通信技术在开发研究中备受青睐。在本次智能家居系统设计的初始阶段,研究了ZigBee技术的特点和网络拓扑结构,着重分析了ZigBee协议规范。在硬件方面,选用TI公司的CC2530芯片进行无线通讯,结合相关的外围电路和传感器模块来实现智能家居硬件系统的组建。在系统应用层设计上,根据智能家居系统的实际功能需求和整体设计方案,在分析研究Z-Stack协议栈的基础上搭建软件开发环境。首先对无线组网的程序部分进行了相应设计,其次对智能家居系统的各个功能模块的传感器和控制器的型号做了选择和相关设计,并对整个系统中的数据信号采集和控制工作流程进行了详细的设计,最后进行了性能测试和功耗分析。本文设计的智能家居系统最终实现了对居家环境的温湿度、光照强度的实时采集,以及红外入侵和可燃气体的实时预警监控和部分家电的无线控制。将ZigBee无线网络技术应用在智能家居系统中,使得整个系统具有低功耗、灵活性高、可扩展性强等优点,具有非常高的应用推广价值。
【关键词】：物联网 ZigBee 智能家居 无线通信
【学位授予单位】：西安石油大学
【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
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题背景及意义8
• 1.2 智能家居的发展概况8-11
• 1.2.1 国外智能家居的发展现状8-10
• 1.2.2 国内智能家居的发展现状10-11
• 1.3 主要研究内容及结构安排11-13
• 第二章 主要技术概述13-23
• 2.1 物联网概述13-14
• 2.1.1 物联网概念13
• 2.1.2 物联网架构13-14
• 2.2 短距离无线通信技术14-15
• 2.3 ZigBee技术概述15-17
• 2.3.1 ZigBee技术特点15-16
• 2.3.2 ZigBee技术网络结构16-17
• 2.4 ZigBee协议17-22
• 2.4.1 物理层19-20
• 2.4.2 介质访问控制层20
• 2.4.3 网络层20-21
• 2.4.4 应用层21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 智能家居系统硬件设计23-32
• 3.1 系统总体方案设计23-27
• 3.1.1 智能家居系统需求分析23-24
• 3.1.2 智能家居系统硬件开发环境24-25
• 3.1.3 智能家居系统设计原则25-26
• 3.1.4 智能家居系统整体结构设计26-27
• 3.2 智能家居无线通信模块设计27-30
• 3.2.1 CC2530芯片27-29
• 3.2.2 CC2530核心模块设计29-30
• 3.3 主要的外围电路设计30-31
• 3.3.1 串口电路30-31
• 3.3.2 继电器电路31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 智能家居系统的应用设计32-49
• 4.1 软件开发环境32-37
• 4.1.1 IAR Embedded Workbench32-33
• 4.1.2 Z-Stack协议栈33-34
• 4.1.3 Z-Stack运行机制34-36
• 4.1.4 Z-Stack寻址方式36-37
• 4.2 ZigBee节点功能的实现37-40
• 4.2.1 协调器节点程序设计37-38
• 4.2.2 路由器节点程序设计38-39
• 4.2.3 终端节点程序设计39-40
• 4.3 传感器节点设计40-48
• 4.3.1 数字温度传感节点设计40-44
• 4.3.2 温湿度传感节点设计44-45
• 4.3.3 敏感气体传感节点设计45-46
• 4.3.4 红外入侵传感节点设计46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 智能家居系统的测试与分析49-63
• 5.1 ZigBee网络组建49-50
• 5.2 组网测试50-53
• 5.2.1 协调器与终端节点组网测试50-52
• 5.2.2 协调器、路由器和终端节点组网测试52-53
• 5.2.3 路由功能测试53
• 5.3 传感器节点性能测试53-58
• 5.3.1 DS18B20性能测试54-55
• 5.3.2 DHT11性能测试55-56
• 5.3.3 MQ-2 性能测试56-57
• 5.3.4 光敏传感性能测试57
• 5.3.5 人体红外传感性能测试57-58
• 5.4 系统整体性能测试58-61
• 5.5 节点功耗测试61-62
• 5.6 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 工作总结63
• 6.2 研究展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读学位期间发表的论文69-70

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