基于统一家电协议的智能家居控制终端设计报告.docx
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基于统一家电协议的智能家居控制终端设计报告
2012第八届“博创·恩智浦”杯全国大学生嵌入式物联网设计大赛
作品设计报告
基于统一家电协议的智能家居控制终端
IntelligentHouseholdControlTerminalsBasedonUnifiedHomeApplianceAgreement
设
计
报
告
摘要…………………………………………………………………………………………3
关键词…………………………………………………………………………………………3
Abstract………………………………………………………………………………………3
Keywords………………………………………………………………………………………3
第1章序论…………………………………………………………………………………4
1.1研究背景……………………………………………………………………………4
1.2研究现状和发展趋势……………………………………………………………………4
第2章系统方案…………………………………………………………………………4
2.1系统需求………………………………………………………………………………4
2.2总体结构设计……………………………………………………………………………4
2.3硬件设计…………………………………………………………………………5
2.4软件设计……………………………………………………………………………5
第3章功能和指标………………………………………………………………………7
3.1主要功能……………………………………………………………………………7
3.2主要指标……………………………………………………………………………7
第4章实现原理……………………………………………………………………………7
4.1Zigbee原理介绍…………………………………………………………………………7
第5章硬件框图………………………………………………………………………………9
第6章软件流程……………………………………………………………………………9
6.1终端软件设计………………………………………………………………………9
6.2节点使用程序……………………………………………………………………………9
第7章系统测试方案…………………………………………………………………………10
7.1系统硬件调试……………………………………………………………………………11
7.2系统软件测试…………………………………………………………………………11
第8章测试设备……………………………………………………………………………11
第9章测试数据……………………………………………………………………………12
第10章结果分析…………………………………………………………………………12
第11章实现功能……………………………………………………………………………12
第12章特色…………………………………………………………………………………12
结论…………………………………………………………………………………………12
附录…………………………………………………………………………………………14
参考文献……………………………………………………………………………………17
摘要
随着科学技术的发展,智能化逐渐走进了我们的生活,智能家居颠覆了传统的家居生活理念,并带来了全新的生活方式。
智能家居作为家庭信息化的实现方式,已经成为社会信息化发展的重要组成部分,物联网因其巨大的使用前景,将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口,对智能家居的产业发展具有重大意义。
该系统以博创CUP6410嵌入式实验平台和Zigbee为核心,可以实时监控家居内各模块的运行状态,自动控制且方便操作。
该系统从安全和智能化两个方面诠释智能家居的概念,倡导智能管理、健康生活、节能环保的现代居家生活理念,引领物联网智能生活新潮流。
该系统包含照明控制、音响控制、风扇控制、水源控制等模块,真实模拟了一个小型家居系统。
关键词:
智能家居、嵌入式实验平台
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theintelligentcontrolstepsintoourlife,theintelligenthouseholdsubvertsthetraditionalhouseholdlifeconceptandbringusawholenewwayoflife.Theintelligenthouseholdhasbecomeoneimportantpartofsocialinformationdevelopmentasawayoffamilyinformationrealizationandcontentnetworkingwillbeamorerealisticbreakthroughinthedevelopmentofintelligenthouseholdindustry,havingathegreatsignificanceinthedevelopmentofintelligenthouseholdindustry.ThesystemusesCUP6410embeddedexperimentalplatformandZigbeeasthecoreandcanmonitortheoperationofeachmodulewithinthehouseholdtimely,controlautomaticallyandoperateconveniently.Thesysteminterpretstheconceptofintelligenthouseholdfromtheviewofsafetyandintelligenceandadvocatethemodernlifeconceptofintelligentmanagement,healthylife,energyconservationandenvironmentalprotection,leadingthenewtrendofintelligentlifethingsnetworking.Thesystemcontainslightingcontrolmodule,Audiocontrolmodule,fancontrolmodule,watersourcecontrolmoduleandsoon,simulatesasmallhomesystemstruly。
Keywords:
Intelligenthousehold、Embeddedexperimentalplatform
第1章绪论
1.1研究背景
随着科学技术的日益更新和发展,高科技和信息技术走进了家庭,追求安全、舒适、智能的生活环境空间已经成为人们的需求之一,智能小区的市场火爆,最基本的单元就是智能家居。
近些年来,数字技术快速发展,使得计算机和通信相渗透相结合的更加密切;半导体技术的发展特别是高速CPU和存储器的出现,使得信息的收集和处理更加方便;电脑等一些家用设备的诞生使得智能家居控制终端成为可能,同时嵌入式的研究和发展给和信息设备的发展相结合,形成了低成本的运营模式。
1.2研究现状和发展趋势
国内的家居智能化的研究还不是很深入,主要方面还处于初级阶段。
欧美的家居智能已相对成熟且已在信息家电中得到实际使用。
家庭总线技术的一些标准如美国的X-10、CEBus,欧洲的EuropeHomeSystem标准已经投入市场,但这些标准大都是和本国的情况制定的。
国内至今还没有比较成熟的家庭总线标准,这相对阻碍了智能家居终端的开发和研究。
近年来,欧美的一批知名企业先后进入了家居智能化的研究及开发领域,但现有系统在操作方式及使用方面和客户要求还有一定差距,家居内部的各个部分的通信协议不同难以构成完整的家居系统,各种原因延缓了家居市场的发展。
国内的一些厂商也在进行家居智能化产品的研究和生产,一些大型IT企业用自身的资金和技术优势已经在低端市场占据相当重要的地位;一些传统的家电巨头也开始进入家居智能化产业市场。
这些发展值得我们为之一悦,但是国内的智能家居的研究起步比较晚,整体水平参差不齐,软件功能比较差,升级能力欠缺,难以保证传输的实时性和大数据量的可靠通信。
随着智能化平台的发展,利用实时操作系统的智能家居控制终端将成为未来研究的热点。
第2章系统方案
2.1系统需求
本家居系统包括主控制中心、家电控制终端、监控报警终端三个主要部分。
系统应实现的主要功能:
监控:
用户通过计算机,可以登录到家庭的控制中心,查看家庭内部情况,对照明模块、窗户及窗帘、温湿度控制、防火防盗进行控制和处理。
电器控制:
用户可以通过计算机进行控制,对家电进行智能化管理。
通信方式:
系统采用Zigbee无线通信方式,避免了有线布线带来的麻烦。
2.2总体结构设计
智能家居系统的核心部分是一个嵌入式的计算机系统,系统主要是Zigbee无线通信模式,用户可以通过手机或PC机登录家中的嵌入式服务器,通过用户名和密码验证之后,便可以查看或控制家用电器、灯光、窗帘、门禁、安防等基础设施;系统具有可扩展接口,如无线蓝牙接口、GPRS接口、以太网接口,SPI接口。
系统总体设计如图1所示:
图1系统总体设计
2.3硬件设计
本系统采用Zigbee技术进行无线通信,大大减少了布线麻烦、成本高的缺点。
计算机作为无线通信控制终端,相当于一个大型数据处理中心。
家居子模块包括音响、电灯、风扇、饮水机等模块,子模块分别和Zigbee连接,形成了通信辐射网络。
在家居控制中心,选用CC2420作为家庭内部ZigBee通信协调器;家居、安防终端采用CC2430和之相连。
该芯片兼容IEEE802.15.4标准,其在单芯片上集成了ZigBeeRF前端、存储器和微控制器(MCU)。
利用cc2430我们可以方便的进行数据采集,及设备控制等操作。
考虑到家庭内部节点有限,网络规模基本固定,内部无线网络采用星型拓扑,以CC2420为中心协调器,和各家居分支节点进行通信。
CC2420通过4线制SPI接口和处理器相连,进行数据的传输。
通过SPI总线可以设置其到不同的工作模式,读写缓冲区,读入状态寄存器。
其中,SI和SO分别负责数据的输入和输出,CSn负责SPI接口使能,SCLK负责时钟信号。
另外,还需使用FiFO和FIFOP状态引脚来访问FIFO。
通过CCA引脚查看通道是否清空,通过SFD引脚提供时间信息。
2.4软件设计
本系统是用计算机终端控制每一个家居子模块,如电灯、风扇、饮水机、音响等,智能家电控制终端界面如图2所示,照明系统子模块界面如图3所示,音响控制界面如图4所示。
图2家电控制终端界面
图3照明系统子模块界面
图4音响控制界面
第3章功能和指标
3.1主要功能
该系统采用Zigbee无线通信技术,以计算机为终端进行数据的处理和家电的控制,用户通过计算机,可以登录到家庭的控制中心,查看家庭内部家电控制情况。
家居子模块如电灯、风扇、音响、饮水机等可以分别于Zigbee相连接,作为每一个小分支和终端机进行通信,终端机的Zigbee模块和每一个小分支进行
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- 基于 统一 家电 协议 智能家居 控制 终端 设计 报告