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基于ARM和ZigBee的智能家居无线终端控制系统的设计

作　者: 师振伟
导　师: 赵建华; 肖锋
学　校: 西安工业大学
专　业: 控制工程
关键词: 智能家居 ARM ZigBee 嵌入式Linux CGI
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着计算机网络和现代通信技术的不断发展,家庭智能化已经越来越受到人们的青睐。智能家居是信息时代带给人们的一个高科技产物,是人们追求高质量生活状态的一个必然要求,智能家居将是未来生活的一个不可或缺的生活必需品,同时也具有更为广阔的市场前景,智能家居发展的同时也将会大力推动物联网发展。本文通过ARM技术与ZigBee技术结合,搭建一个智能家居无线控制系统,外部通过互联网对家居进行远程控制,内部将家用电器通过ZigBee无线通信技术搭建家庭无线局域网,实现信息家电、安全家电的智能管理。首先,文章重点介绍了系统所采用的关键技术,对现有的短距离无线通信技术进行对比介绍,深入剖析了ARM处理器以及嵌入式Linux操作系统的特点。提出总体的设计方案,以设计方案为基础搭建硬件平台,设计硬件平台上各个电路模块部分,最终完成智能家居核心部分——家居控制器的硬件搭建。其次是软件部分的设计与开发,在硬件平台的基础上,家庭无线局域网中完成对家居ZigBee终端节点以及协调器节点的软件设计。重点在于家居控制器的软件设计,在ARM平台上,移植嵌入式Linux操作系统以及搭建嵌入式Web服务器,软件平台的搭建就已完成。最终是网关程序CGI的开发设计,在软件设计部分,重点介绍了CGI程序的工作原理以及智能家居系统CGI程序的开发步骤。在完成硬件与软件部分的平台的搭建以后,最后对各个功能模块进行了测试,实现功能联调。本文设计的基于ARM和ZigBee技术的智能家居无线控制系统,可以完成远程控制家庭内的家居电器。本文所研究的内容对于物联网的发展,将会提供新的契机。系统最终调试的结果能够满足用户的一些基本需求,该设计合理,能够达到预期的目标。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 智能家居系统的应用前景  10
  1.3 课题结构安排以及研究内容  10-12
2 控制系统关键技术介绍  12-18
  2.1 ZigBee技术  12-14
  2.2 嵌入式ARM处理器及Linux操作系统  14-17
    2.2.1 嵌入式ARM处理器  14-15
    2.2.2 Linux操作系统  15-17
  2.3 小结  17-18
3 系统整体结构设计及硬件平台搭建  18-28
  3.1 系统整体方案设计  18-19
  3.2 数据采集单元硬件设计  19-22
    3.2.1 硬件选型  19-21
    3.2.2 硬件接口连接图  21-22
  3.3 数据传输单元硬件设计  22-27
    3.3.1 硬件选型  23-24
    3.3.2 家居控制器底板电源电路设计  24-25
    3.3.3 USB电路设计  25
    3.3.4 串口电路设计  25-26
    3.3.5 以太网控制电路设计  26-27
  3.4 小结  27-28
4 家庭局域网软件设计  28-34
  4.1 智能家居系统软件结构  28
  4.2 ZigBee模块软件设计  28-33
    4.2.1 软件开发平台介绍  29-30
    4.2.2 系统终端节点软件设计  30-31
    4.2.3 ZigBee协调器节点软件设计  31-33
  4.3 小结  33-34
5 家居系统控制器软件设计  34-48
  5.1 控制器软件整体结构  34
  5.2 嵌入式开发平台的建立  34-36
  5.3 Linux向ARM上的移植  36-43
    5.3.1 Boot Loader的移植  36-37
    5.3.2 内核的移植  37-42
    5.3.3 Web服务器的搭建  42-43
  5.4 CGI程序的开发  43-47
    5.4.1 CGI基本原理  43-44
    5.4.2 CGI环境变量  44-45
    5.4.3 CGI程序实现步骤  45-47
  5.5 小结  47-48
6 系统功能测试  48-53
  6.1 无线节点的功能测试  48-49
  6.2 协调器节点功能测试  49-50
  6.3 系统的硬件连接  50
  6.4 远程控制家电设备  50-52
  6.5 小结  52-53
7 总结与展望  53-55
  7.1 本文工作总结  53
  7.2 研究展望  53-55
参考文献  55-57
攻读硕士学位期间发表的论文  57-58
致谢  58-61
附录  61-71

基于ARM和ZigBee的智能家居无线终端控制系统的设计

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