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基于无线传感器网络的智能家居系统设计

作　者: 王铭明
导　师: 陈涛；王建立
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械电子工程
关键词: 智能家居 无线传感器网络 GSM 嵌入式Web服务器 STM32
分类号: TU855
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着人们对高品质生活的追求和智能家居的发展，基于无线传感器网络的智能家居系统将拥有广阔的发展潜力。目前城市高速网络化建设初见成效，智能家居与物联网的概念逐渐被人们接受。不仅如此，家庭信息化是未来的发展方向，智能家居作为社会信息发展的重要组成部分，必将得到越来越多人的重视[1]。本文以STM32微控制器为核心，在STM32中移植uIP协议栈构建嵌入式Web服务器，利用无线传感器网络构建家居内部网络，结合GSM通信技术，设计了一套成本低、稳定性高、灵活性好、操作方便的智能家居控制系统。首先，本文分析了不同无线传感器网络实现方法的优缺点。根据智能家居系统对无线传感器网络模块低功耗、低成本的要求，选择德州仪器的CC2530芯片作为主控芯片，并结合德州仪器无线设计方案，设计了F型板载天线和匹配电路。软件方面利用德州仪器CC2530芯片的Basic-RF双向无线通信协议结合应用层算法程序构建了一种稳定、高效、满足实际需求的树状无线传感器网络协议。实验证明本文介绍的无线传感器网络设计方案可以保证家居内信息的稳定传输，满足无线传感器网络节点小体积、低功耗与低成本的要求。其次，本文设计了智能家居系统的主控模块电路。通过在STM32中移植uIP协议栈建立了嵌入式Web服务器，并加入了基于SIM900A的GSM模块与ENC28J60以太网控制器模块。智能家居主控模块不仅可以独立作为主控模块，也可以作为信息中转节点，连接性能更好的主控模块与无线传感器网络的协调器节点进行通信，满足智能家居系统对于主控模块的性能要求。最后，根据用户需求设计了系统遥控器。使用户可以通过系统遥控器、登陆Web网页、打开客户端软件或发送短信多种模式控制家居设备。实验测试证明了本文设计的智能家居控制系统，能够实现智能家居系统的本地与远程稳定控制，具有使用简单、灵活性好等优点与广泛的应用前景。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-16
  1.1 课题背景与研究意义  12
  1.2 相关领域的研究现状  12-14
    1.2.1 智能家居的国内发展状况  12-14
    1.2.2 智能家居的国外发展状况  14
  1.3 课题研究目的及意义  14-15
  1.4 论文的主要研究内容和论文结构安排  15-16
第2章 无线传感器网络与智能家居系统  16-26
  2.1 智能家居系统主控与无线传感器网络的选择  16-22
    2.1.1 智能家居系统主控的选择  16-17
    2.1.2 智能家居系统家居内网中无线传感器网络的选择  17-22
  2.2 智能家居远程控制技术  22-23
    2.2.1 主控模块 Web 服务器远程控制  22-23
    2.2.2 GSM 短信远程控制  23
  2.3 智能家居系统方案设计  23-26
    2.3.1 智能家居系统需求分析  23-24
    2.3.2 智能家居系统方案设计  24-26
第3章 智能家居系统硬件设计  26-50
  3.1 智能家居系统无线传感器网络节点模块硬件设计  26-32
    3.1.1 无线传感器网络节点模块硬件系统设计  26-29
    3.1.2 模块天线设计  29-31
    3.1.3 充电电源模块设计  31-32
  3.2 智能家居系统主控模块硬件设计  32-41
    3.2.1 GSM 短信模块选型与设计  34-35
    3.2.2 以太网控制芯片选型与模块设计  35-38
    3.2.3 存储模块设计  38-40
    3.2.4 电源模块设计  40-41
  3.3 智能家居遥控器硬件设计  41-50
    3.3.1 TFT 触摸屏电路设计  44-46
    3.3.2 遥控器语音模块设计  46-47
    3.3.3 遥控器电源模块设计  47-50
第4章 智能家居系统软件设计  50-74
  4.1 基于 Basic-RF 的无线传感器网络通信程序设计  50-62
    4.1.1 基于 Basic-RF 双向通信协议介绍  50-52
    4.1.2 基于 Basic-RF 的无线传感器网络程序设计  52-62
  4.2 智能家居主控模块程序设计  62-70
    4.2.1 uIP1.0 以太网协议栈的移植与应用  62-67
    4.2.2 GSM 短信模块程序设计  67
    4.2.3 主控模块 STM32 程序设计  67-70
  4.3 智能家居客户端软件设计  70-74
第5章 基于无线传感器网络的智能家居系统测试  74-80
  5.1 智能家居模块性能测试  74-78
    5.1.1 智能家居以太网模块性能测试  74-76
    5.1.2 GSM 短信控制模块性能测试  76-78
  5.2 无线传感器网络节点性能测试  78-80
    5.2.1 无线传感器网络节点通信测试  78
    5.2.2 无线传感器网络节点功耗测试  78-80
第6章 总结与展望  80-82
  6.1 总结  80-81
  6.2 展望  81-82
参考文献  82-86
在学期间学术成果情况  86-87
指导教师及作者简介  87-88
致谢  88

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 机电设备 > 建筑物的电气化、自动化装置
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