1、-_毕业设计(论文)题目 基于物联网技术的智能家居系统 学院(全称) 信息科学与工程学院 专业、年级 计算机科学与技术 09 级 学 生 姓 名 学号 指 导 教 师 论文评阅人 重 庆 交 通 大 学2013 年-_前 言既互联网技术之后，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， “物联网就是物物相连的互联网” 。这里包括两层意思：第一，物联网的核心和基
2、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
3、、管理和控制。其在 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种子系统有机结合在一起统一管理，使生活舒适、安全、
4、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
5、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、成本更加低廉，功能更加完美，其市场需求将会非常巨
6、大。-_目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪 论 .11.1 智能家居的简介 .11.2 国内外的现状及发展趋势 .21.2.1 国外的发展现状 .21.2.2 国内的发展现状 .31.3 本课题研究的目的和意义 .41.4 本课题研究的基本内容 .41.5 本章小结 .5第 2 章 系统的总体方案设计 .62.1 系统需求分析 .62.1.1 系统功能需求分析 .62.1.2 性能需求分析 .62.1.3 用户界面及其他需求分析 .62.2 系统设计的原则 .72.3 系统总体架构设计 .72.4 系统主要硬件介绍 .82.4.1 ARM 处理器 .82.4.2 TC35
7、 模块 .102.4.3 温度传感器 .112.4.4 MQ-2 烟雾传感器 .122.4.5 光电传感器 .132.4.6 ISD1760 语音芯片 .142.4.7 继电器 .152.5 软件系统介绍 .152.5.1 几种嵌入式操作系统的比较 .152.5.2 选择嵌入式操作系统的依据 .172.6 本章小结 .19第 3 章 建立 Linux 开发环境 .203.1 搭建开发环境 .203.1.1 安装虚拟机、Linux 操作系统、源代码及其他工具 .203.1.2 建立交叉编译环境 .203.1.3 配置网络文件系统 NFS.213.2 嵌入式软件开发层次 .213.2.1 Boot
8、Loader 介绍 .223.2.2 定制 Linxu 内核 .223.2.3 根文件系统 .233.3 本章小结 .24第 4 章 系统的实现 .254.1 GSM 远程控制模块的实现 .274.1.1 mini2440 串口的配置和实现 .274.1.2 通过串口发送短信 .284.2 温度采集模块的实现 .29-_4.3 烟雾传感器模块的实现 .324.4 具有语音提示功能的密码锁防盗模块的实现 .344.5 预防小孩坠楼模块 .374.6 本章小结 .39第 5 章 系统测试 .405.1 整体界面测试 .405.2 模块功能测试 .415.2.1 远程监控家电模块功能测试 .415.
9、2.2 密码锁防盗模块功能测试 .435.2.3 烟雾报警模块功能测试 .435.2.4 预防小孩坠楼模块功能测试 .44第 6 章 总结与展望 .456.1 总结 .456.2 展望 .46致 谢 .47参考文献 .48-_摘 要物联网技术的兴起和发展，不仅改变了我们的工作方式、也逐渐地改变我们的生活方式。不仅要求办公自动化、智能化，也需要家居生活逐渐地变得自动和智能起来。智能家居就是在这样的背景下产生的。智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和网络通信技术将各种家用设施通过家庭网络连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活环境。本设计利用 32 位嵌入式 ARM 处理器 S3C2440 作
10、为智能家居控制系统的核心控制器，运用高性能、接口丰富、方便移植与扩展性好等优点，并且利用嵌入式操作系统实时性强、可靠性高、资源丰富等优势，将嵌入式技术作为智能家居控制器的开发平台，使智能家居控制系统的应用开发能够变为在嵌入式平台上的二次开发，从而缩短开发周期，并且节约资源。该设计通过对智能家居系统的分析，确定了总体架构设计。针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，分析了智能家居控制器的基本结构，然后对各个模块电路进行了详细设计。最终利用人体红外传感器( infrared sensor)、GSM 模块、温度传感器( temperature transmitter)、光电传感器(photoel
11、ectric sensor)，烟雾传感器(MQ-2)，继电器等，结合电路组装成系统，实现房屋的远程监控，以及保护人员、物体的安全，方便用户随时在最短的时间内了解并掌握房屋情况。关键词：物联网，智能家居，远程监控-_ABSTRACTThe rise and development of the Internet of things technology, especially highly developing of computer and networking technologies, not only change our everyday work, but also our life
12、. Automation and intelligence in office will not enough, its a trend to ask for more intelligent everywhere, home life included. That is why smart house come out. The smart home system is using computer and network communication, embedded system technology will all kinds of household facilities via
13、home network connection together, so as to provide more convenient and comfortable life for people. We utilize the 32-bit embedded ARM processor S3C44B0X as the controlling core of the smart home system in this paper. It has characteristics of high performance, plentiful interfaces and convenient tr
14、ansplantation and extension. And also we adopt embedded technology as the platform of the smart home controller owing to its high real-time ability, high reliability and rich resourses. Thus the application of smart home system becomes the secondary development on the embedded platform so that the d
15、eveloping period is cut down and resource is saved. This design through the analysis of the intelligent household system, determine the overall architecture design. According to the characteristics of the intelligent household system and to achieve the basic functions, the basic structure of smart h
16、ome controller are analyzed, then has carried on the detailed design to each module circuit, the final body using the human body infrared sensor, GSM module, temperature transmitter, photoelectric sensor, smoke sensors, etc. combining with the circuit assemble system, realize the remote monitoring o
17、f the building, as well as to protect the safety of personnel, objects, convenient to the user at any time in the shortest possible time to understand and grasp housing situation. Keywords: Internet of things, Smart home, Remote control-_第 1 章 绪 论随着人们生活水平的提高，电子技术，通信技术和自动化技术的日趋完善，家居智能化相应也就出现在了人们的生活中。
18、它既能给我们营造了温馨舒适、安全便捷的生活环境，还能够对家电设备进行实时监控以及管理，当家庭安全问题出现后还能及时给我们相应的警报。智能家居系统是将大大小小的各种家用电器以及家庭安全保护设备通过有线或无线的方式连接起来，可以进行集中或远程的监控、管理，为家庭住宅环境的安全提供了高效的管理方式。与普通的家居相比，智能家居不仅包括了普通家居的全部功能，更重要的是它提供给了我们温馨快乐，且安全高效的高质量生活环境，还将一个看似静止的生活空间变成了一个有一定高智能的生活小帮手，更加进一步优化了我们的生活质量。1.1 智能家居的简介智能家居系统的概念起源于上世纪 70 年代的美国 1，随后，传播到欧洲、
19、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在 90 年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。所谓智能家居（Smart Home）是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化
20、与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居进行研究 。随着网络技术的发展，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。 它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为-_住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家居智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、
21、协调。1.2 国内外的现状及发展趋势智能家居的发展分为三个阶段 2：首先是家庭电子化（Home Electronics）阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。其次是住宅自动化（Home Automation）阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自动抄表功能。最后是家居智能化（欧洲称为 Smart Home，美国称为 Wise House）阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管
22、理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全；集中或远程调节家居环境的温度、湿度以及风的速度等，同时检查空气成分，提高空气质量；调节音响，电视等娱乐设施，愉悦心情；合理利用太阳能活周遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；提供现代化的通信、信息服务。1.2.1 国外的发展现状1984 年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000 年，新加坡有近 30 个社区的约 5000 户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达 4 万户。2003 年，网络化家居的建设带来了高达 4500 亿美元的市场价值，这其中有 3700 亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这
