基于物联网的智能家居系统的设计与应用(共22页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上河南牧业经济学院毕 业 论 文 题目 基于物联网的智能家居系统的设计与实现学号 班级 14级物联网2班专业 物联网应用技术 系 别 信息与电子工程学院 作者姓名 罗帅 完成时间2017.5.11指导教师 李娜娜职称助教基于物联网的智能家居系统设计与应用摘要 针对目前物联网的研究现状 ，结合已有的物联网技术从系统的工作原理和功能实现上，设计了一套较完善的智能家居系统。本系统各功能模块由家居总控主机统一监控和管理，并采用有线与无线结合的系统组网方式，实现家居安防、家居监控、家电智能等功能。所设计的系统功能齐全、性能稳定、操作方便且具有可扩展性。作为新的智能家居技术，本论文

2、将详细介绍智能家具的功能以及在现实中的应用，从根本上解决智能家居在大多数家庭中技术的局限性以及成本的进一步降低，从而更加广泛的推广智能家居的技术，实现大多数家庭的现代化智能家居系统的受用。关键词智能家居系统 家居安防 家居监控 家电智能 传感器目录一物联网智能家具技术的发展概况 既互联网 技术之后，物联网作为一个信息技术综合应用的代名词，掀起信息产业第三浪潮，大国纷纷将其纳为重点领域，显而易见，它将影响到政治，军事，经济，环境等方方面面，必在未来极大地改变人们的生活。 物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The internet of things”。顾名思义，“物联网就是物物

3、相连的互联网”。这里包括两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此可总结出，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、光电感应器、全球定位系统、激光扫描器信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。其目的是

4、实现物与物、物与人，所有的物品与网络的实时连接，方便识别、管理和控制。 在2011年的产业规模超过2600亿元人民币，行业竞争将会越来越激烈。在市场 应用方面，2011年从整体来看，占据中国物联网市场主要份额的应用领域为智能工业、智能物流、智能交通、智能电网、智能医疗、智能农业、智能环保和智能家居等。本文研究的是基于物连网技术的智能家居系统。 “智能家居”，又称智能住宅，是通过采用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统等组成的家庭服务与管理集成系统，从而实现全面、安全、舒适的居住环境以及便利的通讯网络家庭住宅。把与家庭生活有关的各

5、种子系统有机结合在一起统一管理，使生活舒适、安全、和高效，具有良好的发展前景。随着科学技术的发展和物质生活水平的提高，人们对家居生活环境的要求也越来越高。家居不再是生活起居的场所，同时也是休闲、娱乐的地方。目前，高科技技术已经融入智能建筑当中，智能的概念也不断得到深化和更新。建设部要求根据不同消费者的需求，推动家居数字化、建筑智能化，产品便利化的发展，未来智能家居市场潜力巨大。 智能家居是一个多功能的系统，它包括可视化对讲、家庭内部的安全防范、家电远程监控，远程视频监控、远程医疗诊断及护理系统，网上教育系统、家庭影星系统等。智能家居的基本目标是将家庭中各种信息相关的通信设备、家用电器和家用安防

6、等装置连接到一个智能化系统上进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。随着人类的应用需求和住宅智能化的发展，智能家居系统将拥有更丰富的内容，系统也越来越复杂，功能也越来越齐全。 在当前市场中，智能家居相比传统家居、建材行业所占的市场份额还是微乎其微。在目前的智能家居市场中不少企业均是发展项目与渠道 建设并行发展，其中项目合作占据着相当重要的位置，这些项目往往也是定位相对高端的别墅、复式楼和大户型高档小区住宅居多。随着信息技术和Internet技术的飞速发展，智能家居技术在实现成本上大幅度降低，同时人们永不停步地追求生活智能化和舒适化，如果技术更加成熟、

7、成本更加低廉，功能更加完美，其市场需求将会非常巨大。二智能家居的定义 智能家居物联网是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对

8、讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。 又称智能住宅。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另

9、一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。三 系统的主要工作原理3.1总控极技术 总控主机又称中央控制器，它是智能家居系统的控制中心，对系统各功能模块进行集中控制与管理。图 1所示 ，图1 总控主机基本工作原理图 以太网通信模块与外部互联网连接，GPRS通信模块与移动网连接，用户通过电脑上网与中央控制器经过信号收发模块进行信息交换和通讯，也可用手机方式进行通信，用户通过电脑或手机发送指令信息给中央控制器，中央控制器经过分析处理激活模拟启动开关，并根据指令信息启动相应功能模块，实现远程控制。 无线通信模块

10、与遥控器或智能射频中继器进行短距离无线通信，根据遥控器指令操作或智能传感器感应信息控制相应功能模块的工作，实现本地控制。此外，控制器具有可编程性。如可植入相应模块的智能控制程序，使控制器在无人操作情况下也能自动接收和处理各类传感器的感知信息，进行系统功能的自动调节和自我监控。信息存储模块用来记录系统各功能模块运作情况，并可通过显示模块实时显示以便用户查询，达到家居环境实时监控和系统易查错的目的.3.2多功能彩屏遥控器基本工作原理及功能 多功能彩屏遥控器又称万能遥控器。它可对系统功能模块进行短距离控制。采用触摸屏和图形功能界面的操作方式，额外设置一些复位、ONOFF、确认及数字等功能键，做到一个

11、遥控器几乎可完成对整个系统的功能控制。计，制作一个如下图 2所示 的多功能界面。图2 彩屏遥控器多功能界面1) 家居安防控制界面：可与门外来访者进行可视对讲，并能控制门的开 关状态；能对视频监控模块的画面显示进行任意编程，并能自动或手动切换，画面上有时间、日期的显示；能对报警模块的布撤防进行设置，且能显示报警历史信息，此外还能设置与消防进行联动控制等功能。2) 三表抄送查询界面：能显示三个表的数据，付款及欠款情况。3) 智能照明控制界面：能控制灯光的亮度及灯光场景的设置，及窗帘的控 制。4) 家电设备控制界面：如可控制空调机的开关和大小的调节；控制热器 的的加热与保温状态；显示冰箱内食物储藏及

12、冷冻情况等等。5) 多媒体功能界面：提供家庭影视与背景音乐系统的多媒体平台，在程序指令控制下，可设置不同的背景音乐、电视机的开关和频道选择，并能将 DVD、电脑、有线电视等多路信号源根据用户需要，发送到特定的电视机、音响等终端设备上，实现视频与音乐共享。RS一485通讯为环流方式，抗干扰能力强，数据交换可靠，传输距离远，施工费用和布线成本大幅度降低。3.3基于物联网的智能家居系统的结构与功能设计1)系统集成整体结构和设计思想图3智能家居系统整体框架 如图3所示，本文的物联网智能家居系统采准，把该系统划分为三层：第一层为控制层，即把可视对讲系统、门禁系统、安防报警系统、消防及联动控制系统、智能家

13、电控制系统、三表自动抄送系统及综合布线系统等模块进行集成；第二层为信息层，即把控制层的子系统分类，进行分组集成，包括智能安防及消防子系统、管理与监控子系统和信息网络子系统；第三层为应用层，即把所有子系统进行一体化集成。这样可以把子系统里各自分开的设备、功能及信息等集成在一个互联互通互操作的、管理与控制统一的、资源与信息共享的大系统中，实现系统功能子模块的现场控制和总控主机的统一监控与管理。因此系统具有对各个智能化系统模块进行数据通信、信息采集和综合处理的功能。此外各个功能子系统的模块化设计，具有良好的可靠性、容错性、易维护性和可扩展性。2) 系统子模块功能设计2.1可视对讲模块在家居出入口适当

14、位置安装门口主机，此外还带有摄像机、送话器、扬声器等，室内主人可通过送话器和扬声器与来访者视频通话，来确定来访者身份。若主人不在家，还可通过手机方式与来访者进行视频来确认来访者身份，从而实现本地和远程的可视对讲功能。 2.2门禁模块防盗门控制装置采用密码键盘和非接触可写 加密式读卡器，实现对进出人员的合法身份验证，只有拥有 Ic卡和密码 的主人才是合法人员；此外设有无线门磁、出口按钮、报警传感器及摄像头等装置，实现主人出门后的防止非法人员入侵的功能，并通过记录显示装置记录报警信息和显示图像。 2.3安防监控及报警模块 视频监控部分由嵌人式 DVR和前端摄像机构成。其中DVR具有记录保存图像，对

15、数字视频进行处理，并可通过网络传输、录像数据准确快速定位回放、可有报警输出、联动和控制等先进功能。前端摄像机选用隐蔽摄像机和无线网络摄像机，隐蔽摄像机安装在家门口的隐蔽位置，与可视对讲模块和门禁模块共用。无线网络摄像机安装于客厅适当位置，采用嵌入式系统，无需计算机的协助便可独立工作，支持 TCPIP等多种通信协议，用户可通过手机或电脑上网方式根据 IP地址对家中网络摄像机进行访问，实现随时随地对家中环境进行远程视频监控功能。智能报警部分主要由报警主机、防区扩展模块及 IC卡布撤防机等组成，报警主机采用无线报警方式。Ic卡布撤防机安在家居主门及门锁上，用户外出和进屋时可利用 Ic卡在相应 传感器

16、上进行布防撤防，内门可设 “辅助撤 防”按钮进行撤防。防区扩展模块设有门、窗无线被动红外探测器，室内设有主动红外对射探测器，厨房设有温感、燃气、烟雾探测器及卧室紧急按钮。所有探测器和紧急报警装置与信息传感模块连接，报警主机通过无线发射接收模块来处理探测器所探到的信息，实现无线通信和报警。此外还具有记录显示报警信息，并将报警信息通过网络传送到安保中心等功能。 2.4消防及联动控制模块 万一发生火灾时，火灾探测器和报警按钮会将警情传给火灾报警器，以联动信息激活消防联动控制装置，立刻使自动灭火装置工作，并通过段延时后若自动灭火装置继续运行，则系统自动拨通火警电话，从而实现消防及报警联动控制功能。2.

17、5三表自动抄送模块 水、电、燃气三表可利用电子或传感器技术，改造成数字式仪表。采用现场总线将其连接，并由数据集中器进行数据采集。信息的传输采用基于移动数据传输的网络系统，将数据集中器与GPRS数据传输终端连接，各表数据经过协议封装后发送到中国移动的 GPRS数据 网络，通过数据移动网络将数据传送到相应职能部门，从而实现三表自动抄送功能。 2.6智能照明控制模块 智能照明控制系统利用的是计算机、通讯及数字调光技术，核心技术是集散控制技术 。方案可采用基于现场控制总线的智能照明控制系统(如 CBUS系统或 iBUS系统 ) j。系统主要由智能控制面板、场景控制面板、开关控制模块、调光控制模块及相应

18、传感器等组成，使照明系统自动化、智能化。例如，可在室内布置多路照明回路，通过对每一回路亮度及可发出不同颜色光的灯具调整后达到某种灯光气氛来预先设置可营造出多种不同的灯光的场景，且切换场景时的浅入淡出时间，使灯光柔和变化来增加环境艺术效果进而营造出舒适的环境，从而实现梦幻灯光的控制效果；人体及移动传感器可通过开关控制模块对人体红外线检测达到对灯光人来灯亮和人走灯灭的自动控制，亮度传感器可通过调光控制模块根据室外光线的强弱调整室内光线，此外用户也可用红外遥控器对灯光直接进行控制。因此该智能照明模块设置的时钟控制器，使灯光呈现昼夜规律性的变化，并采用的缓慢开启及浅入淡出调光控制，可避免对灯具的冷态冲

19、击，从而延长灯具寿命，此外灯光强度的自动调节和移动传感器的使用还可达到节能的目的。 2.7家电智能控制模块新型智能家电系统是将普通家用电器设备，如电视机、电脑、音响、热水器、空调机、冰箱、洗衣机、厨具等，利用射频识别、无线传感器及智能控制技术，对每种需要控制的家电进行编码并分配一个相应访问地址，实现家电设备与中央控制器和万能遥控器无线通信。系统可通过万能遥控器对家电进行本地监控和调节；还可通过手机或电脑上网方式经过互联网与家电设备通信实现远程监控；此外，各种家电由中央控制器集中监控和管理，并可通过中央控制器功能界面设置各种家电常用的工作指令，实现家电的自动化和智能化。例如，用户在外通过手机方式

20、控制热水器的加热，冰箱食物快用尽时以手机短信方式通知用户需要购买；洗衣机可对机内衣服进行清洗并根据衣服的数量和脏污程度，自动添加洗涤剂量与洗涤时间；空调机可根据用户入睡时的生理机能自动调节出适合人体的室温；智能沙发和智能床铺能根据人体的疲劳程度进行舒适的按摩等等。 2.8系统组网通信模块 系统组网通信采用有线与无线互为备份方式 4J。为使系统 能正常工作，有线与无线网络要有互联互通的通信协议且所有设备的接口都应符合通用的技术标准。有线组网部分的终端设备可采用现场控制总线连接，无线组网部分的终端设备利用射频识别技术、无线传感器技术 等构建个家庭通信网络。把来自所有终端设备的信息通过智能家居综合网

21、关以 TCPIP协议在以太网上传输，实现与外部互联网的通信。系统无线组网模块采用的 ZigBee技术是一种近距离、复杂度低 、功耗低、成本低的双向无线通信技术。它符合IEEE802154协议，是专为家庭短距离通信制定的新标准 。由于其特点完全符合家庭网络通信的需要。因此，家居内部无线组网通信采用 Zig Bee技术是构建智能家居无线网络系统的理想选择。四 物联网智能家居的实例4.1空调及温控4.2灯光4.3音响系统4.4家庭安全4.5花草种植4.6个人护理4.7马桶系统五.结束语 本文针对物联网技术的研究现状，采用模块化和系统集成的设计思想，系统组网采用最新的ZigBee无线通信技术，设计了一

22、套集家居智能、家居安防及监控于一体的具有操作方便和功能齐全的智能家居系统。设计理论上正确可行，对于目前物联网技术的进一步研究和智能家居系统功能的进一步完善具有一定参考价值。六 参考文献参考文献1许锦标，张振昭楼宇智能化技术 M机械工业出版社，2010。2寒江洪，等智能家居系统与技术 M合肥：合肥工业大学出版社。20053谢东亮，王羽，等物联网与泛在智能 J北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京，16(6)4臧大进 ，刘增良 ，高于 ，杨人超 基于物联网的智能家居系统设计与实现 J1铜陵学院电气系，安徽铜陵；2中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 2010： 38395王雪梅无线传感

23、器网络技术在智能家庭网络中的应用研究西南科技大学网络技术中心，中小企业科技，2OO7(7)：416陆冬磊 ，张曦煌 ，曦煌 无线网络 ZigBee技术在智能家居中的应 J1江南大学 物联网程学院。江苏无锡；2无锡科技职业学院，江苏无锡 0102：七 致谢致谢感谢学校3年来提供良好的学习环境，感谢应用电子系对本人提供施展才能的舞台，感谢教过课的老师（蔡中民 徐学红 韩旭 闫永存 李娜娜），感谢指导老师李娜娜要是的帮助，感谢辅导员李娜娜的帮助，感谢同学的帮助，要感谢父母亲人的支持和帮助。帮助我在大学三年学得更多的知识在这里我对这些老师由衷感谢。指导教师评语：论文成绩：指导教师签名：年月日论文答辩小组意见：组长签字：年月日系审核意见：主任签章：年月日河南牧业经济学院教务处制专心-专注-专业