基于物联网的智能家居演示系统.docx

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1、实践教学兰州理工大学计算机与通信学院2023年春季学期物联网综合应用实践课程设计题目：基于物联网的智能家居演示系统专业班级：姓名:学号：指导教师:成绩:目录摘要1刖占1第一章物联网的背景及开展历程21.1 物联网介绍21.2 物联网的开展历程3第二章基于物联网的智能家居系统关键技术42.1 物联网技术42.2 智能家居关键技术82.3 Zigbee技术12第三章智能家居系统方案设计153.1 系统的需求分析153.2 系统的硬件设计153.3 系统的软件设计173.4 系统的网络拓扑结构18第四章远程控制客户端的设计与实现184.1 客户端的功能与结构184.2 客户端网络通信的设计与实现19

2、4.3 数据库的设计与实现194.4 各功能模块的设计与实现20总结21致谢21参考文献22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。物联网的开展为智能家居引入了新的概念和开展空间，而智能家居是物联网的一个重要的应用。本文将物联网的关键技术引入智能家居系统中，设计并实现一套完善、实用、可移植性好、方便易用、本钱低廉的智能家居系统。本文在充分研究物联网的体系结构、关键技术及应用领域的根底之上，针对物联网的重要应用一一智能家居，采用ZigBee无线传感器网络技术和计算机网络通信技术，提出了基于物联网的智能家居系统的总体功能结构和网络拓扑结构；依据家庭内部网络的

3、功能需求，采用T1公司的CC2530设计并实现了协调器、路由器和终端节点的硬件部分；采用ZigBee2007协议栈设计并实现了家庭内部网络的组网程序；在充分研究和分析ZigBee路由算法的根底上，采用了ADOV路由算法设计并实现了路由程序；依据各个终端节点不同的控制方式和功能，设计并实现了终端节点的控制程序；对远程控制端的需求和功能进行了深入的分析，利用VC6.0设计并实现了具有友好的人机交互界面、简单的操作方式和较强适应性的远程控制端。经过家庭内部网络的组网测试和系统整体测试，本次设计的家庭内部网络能进行正常的网络的组建和维护，路由选择功能正常，各个终端节点工作稳定，可以通过远程控制端对微波

4、炉、电动窗帘、智能插座进行远程控制，能通过报警器节点和环境信息采集节点实时的采集家庭的报警信息和温湿度信息，通过不同的情节模式对家电及传感器进行及集中控制。总体而言，本系统根本满足了智能家居的功能需求，工作稳定可靠。关键词：物联网，智能家居，ZigBee,CC2530,远程控制端前百人类自身对日常生活舒适化和智能化需求永无止境地追求,一次次地推动着信息产业的开展和革新。物联网在智能家居领域的应用也正是伴随着新兴技术的不断涌现应运而生。物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次革命，是一种全新的计算模式的革命。如果说计算机、互联网停留在信息世界，那么物联网将实现信息世界与物理世界的融合。

5、物联网将会带来巨大的产业开展机遇，引发信息技术的重大变革。基于物联网环境的智能家居系统是大量先进技术融合的结果，其目的是将具有无线通信能力，处理能力和感知能力的微型芯片嵌入到日常的生活用品中去，从而建立一个对用户透明的普适计算环境。通过感知、计算和无线通信无时无刻地为用户提供效劳；通过自主学习用户的行为习惯，智能地为用户控制各种电器，创造更为舒适的环境；同时提供各电器耗能的实时反应机制，在不影响用户使用的前提下，帮助实现节能减排的目标，使得智能家居系统在智能化的同时也成为一个能源节约型系统。在用户体验方面，智能家居系统也应提供多种不同方式、不同平台来迎合不同用户的需要。智能家居系统相较之传统的

6、家居系统，更加强调用户的使用体验，旨在提供应用户能够随时随地又随心所欲地调节家居环境的使用体验。因此，物联网的开展为智能家居引入了新的概念和开展空间，而智能家居是物联网的一个重要的应用。智能家居是通过计算机技术、布线技术、网络通信技术将家庭中零碎的、无序的子系统组织在一起，通过网络化技术对家居环境进行管理和控制。但是目前大多数智能家居产品采用有线通信方式，存在布线麻烦、安装困难等缺点。随着新一代信息技术物联网技术的兴起,可以将物联网技术融入智能家居系统，解决了传统智能家居系统的弊端。本文以STM32为核心处理器，基于ZigBee无线通信技术组建无线传感网络，与GSM/GPRS和以太网技术融为一

7、体，实现用户对智能家居的远程监控。第一章物联网的背景及开展历程1.1 物联网介绍物联网是顾名思义是物与物之间相互联系的互联网。物联网将传感器技术、网络通信技术、识别技术融为一体，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，这意味着人与物之间、物与物之间都可以通过网络进行信息的交换和处理。物联网具有三层构架：第一层是用来识别和采集信息的感知层；第二层是网络信息会聚层；第三层是应用效劳层。物联网是实现物物相连的互联网络。但需要声明的是，虽然物联网由传统意义中以人为网络主题转换为以物为网络主题，但物联网的核心根底仍然是互联网，可以说是某种意义上互联网的进一步延展。在数据感知方面，打

8、破了物体完全被动感知的固有思维，它们被赋予了感知官能，可以主动与任何其他物体实现信息交换和数据传输。物联网与计算机之间有较大的联系，其中，在计算机中的一些框架跟协议，同样适用于物联网，因此，物联网在某种程度上来说，也被定义为能够自主进行网络结构框架配置的一种新型技术。由于其与计算机的渊源，该协议能够与标签、识别码、智能卡、一卡通等进行一些互动，而往往这种互动是通过空间的电磁波实现的。由物联网的特殊属性不难发现，所谓的物联，就是传统意义上的物体之间的连接，包含数据、信息、以及其他的以物质或者物体存在的参与者之间的通信，这类通信过程往往以非接触的方式来进行。也正是这种非接触的通信方式，能够使物联网

9、不受外在环境的影响，而仅仅通过空问上的“耦合或者电磁波的传递、接收而连接起来，因此如果物联网物体间通信的平安性能够得到保障，那么，可以预计，不久的将来，物联网的应用将使人类的生活方式发生质的改变，比方安装了智能家居系统的房屋能够提供更为符合现代人生活节奏的平安、舒适等智能化效劳，因此，研究基于物联网技术的智能家居系统，具有一定前瞻性。1.2 物联网的开展历程随着计算机技术、芯片技术以及网络技术的开展，物联网也正在逐步壮大，由于物体的连接都是通过非接触的空间连接，加之人工智能的开展，在物联网中，物品能够自主地进行数据交换、信息传递和资源共享，但其核心，仍是射频识别技术。通过阅读文献以及一些前瞻性

10、文章，很容易推断出，物联网将在人工智能、距离感知等方面进行模块整合，其最终的开展趋势，是实现人与物、物与物之问的交流对话，并由此而连接成一个“包含地球的网络。“智慧地球的概念是奥巴马担任美国总统时首次提出的，其初衷，是用一种：智能的方式来改变现代生活的交流方式，通过对信息技术的革新，满足社会、政府以及个人之间的交互方式，其最大的特点是高效、灵活、平安、便利。目前，美国对“智慧地球高度重视,并提升至国家战略高度，与国家经济振兴、确立本国竞争优势息息相关。同样，在欧洲和东亚，物联网技术同样得到十足的开展，很多兴旺国家也加快第二代网络的构建。总而言之，信息化的趋势已经普及全球主要国家，信息化所带来的

11、巨大影响，也给经济低迷的世界经济带来一剂强心针。与此同时，在我国，物联网技术虽然起步较晚，但是政府对信息化的开展高度重视，2023年温家宝总理在无锡微纳传感网工程技术研发中心的视察以及重要讲话,开启了中国物联网产业开展的新篇章。随后，我国三大运营商的物联网业务先后揭开神秘面纱，一一公之于众,主要表现在物流信息化、校讯通、企业管理、公交视频等诸多民生息息相关的领域。第二章基于物联网的智能家居系统关键技术2.1 物联网技术2.1.1 物联网的定义2005年11月17日，国际电信联盟HTU)发布了ITU以特网报告2005：物联网，报告认为，物联网是一种全新的动态网络，能够随时随地实现人与人通过PC和

12、非PCX人与物、物与物之间的交互。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。目前，不同领域的研究者对物联网思考所基于的起点各异，对物联网的描述侧重于不同的方面，至今仍没有提出一个权威、完整和精确的物联网定义。就物联网概念而言，目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别(RF1D)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控

13、和管理的一种网络。通俗地说，通过装置在物体上的传感器、电子标签和全球定位系统等设备，网络将赋予物体智能，即可以实现人与物体的沟通与对话，也可以实现物体与物体之间的沟通与对话。2.1.2 物联网的体系结构物联网应用覆盖的范围小到家庭网络，大到工业控制系统、智能交通系统，甚至国家级、世界级的应用，这种覆盖并不是物与物的简单互联，而是要催生很多具有“计算、通信、控制、协同和自治特点的智能设备与智能信息系统。物联网的目标就是要帮助人类对物理世界具有“透彻的感知能力、全面的任职能力和智慧的处理能力。目前在业界物联网体系架构被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面那

14、么是内容应用层。物联网体系结构模型如图1所示。图1物联网的体系结构图1 .感知层物联网感知层解决的是人类世界与物理世界的数据获取问题，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层位于三层架构的最底层，是物联网开展和应用的根底，具有物联网全面感知的核心能力。感知层运用智能传感器技术、身份识别以及其他信息采集技术，对物品进行根底信息采集，同时接受上层网络送来的控制信息，完成相应执行动作。2 .网络层物联网要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高平安性地进行传递,所以网络层要解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题，同时，物联网网络层将承当比现有网络更大的数据量和

15、面临更高的效劳质量要求,所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩张，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。3 .应用层应用是物联网开展的驱动力和目的。应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化管理、应用和效劳，这一层解决的是信息处理和人机界面的问题。2.1.3 物联网的关键技术物联网的多样化、规模化与行业化的特点，使得物联网设计的技术种类非常多。具体而言，物联网的关键技术包括自动感知技术、移动通信技术、计算机网络技术、云计算技术、信息平安技术等。下面将对本次设计主要用到的自动感知技术和计算机网络技术进行介绍。

16、1 .自动感知技术自动感知技术是物联网的根底，能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，实现外部世界信息的感知。传感器是物联网感知层的主要器件，是物联网中获得信息的唯一手段和途径，传感器采集信息的准确、可靠、实时将直接影响到控制节点对信息的处理和传输。传感器的热性、可靠性、实时性、抗干扰性等性能，对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。自动传感技术的开展表现在智能传感器与无线传感器两个方向。智能传感器作为传感网的根底与感知终端,其技术水平直接决定了传感网的整体技术性能。智能传感网是用嵌入式技术将传感器与微处理器集成为一体，具有环境感知、数据处理、智能控制与数据通信功能的智能数据终端设备。无线传感器网络(Wir1essSensorNetworksWSNs)的定义如下：无线传感器网络是