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基于NI无线传感网络的智能家居监控系统

作　者: 陆鑫潮
导　师: 蒋敏兰
学　校: 浙江师范大学
专　业: 物理电子学
关键词: 无线传感网络智能家居节点 LabVIEW 支持向量机远程监控
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

智能家居是以家为平台,利用自动化控制技术、网络通信技术和音视频技术等,构建一个高效、安全、便利、舒适、健康、节能、绿色环保的居住环境。智能家居监控系统是智能家居系统的重要组成部分,能够实现对家居环境的实时监控和有效控制。早期的智能家居监控系统采用有线通信、现场报警的方式。随着科技的不断发展进步,实现了利用电话线、GSM网络等方式进行远程监控,但还是无法实现监控的实时性和可靠性需求。无线传感器网络作为计算、通信和传感器各项技术相结合的产物,提升了人类在信息获取、传输和处理方面的能力。将无线传感网络技术应用于智能家居监控系统,以获取家居环境中的数据以及控制处理家居中的设备,改变了监控系统传统意义上的有线方式。美国国家仪器(National Instruments,简称NI)公司在无线传感网络技术与产品方面做得非常出色,其传感器节点简单易用、可靠、性价比高、低功耗。基于NI公司的无线传感网络产品的智能家居监控系统,将实现家居监控产品的智能化、模块化、实用化和傻瓜化(操作简单),实现对家居环境的远程实时可靠控制。论文主要研究内容包括以下几个方面：1.基于NI无线传感网络的硬件平台的搭建。选择合适的红外、气体和温湿度等传感器,电磁阀、无线通讯模块、能量供应管理模块,完成了五个子系统：防盗监控系统、火灾监控系统、有害气体监控系统、环境舒适度监控系统及智能照明监控系统的信息采集及无线传输单元的电路设计。2.智能家居监控系统软件设计。在Windows开发环境下,利用LabVIEW进行可视化界面编程设计,实现数据的采集、传输、处理和控制等功能,实现节点功能的直观化、分组管理的便捷化,并实现了远程控制。3.传感器及节点的合理布局。结合住宅空间坏境,设计节点布局的优化算法,合理布置传感器及节点,实现了无线传感器节点路径分布的最优化及节点数量最小化。4.多传感数据融合技术。运用支持向量机智能算法,以火灾监控子系统为例,通过对火灾监控系统中采集到的温度、烟雾、火焰多种信息进行数据融合,提高了系统的准确性和监控的可靠性。该智能家居监控系统采用了NI无线传感网络硬件平台,对家居环境中的盗情、火情、有害气体、人体舒适度及照明情况进行远程监控,选用了温度、湿度、光敏、火焰、红外和烟雾六类传感器,并设计了相应的调理电路,人机交互界面采用LabVIEW软件编程。该系统进一步结合支持向量机智能算法优化软件,实现了对家居环境监控的远程化、智能化。实验结果表明该系统具有实时性、有效性和可靠性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-14
  1.1 智能家居的发展现状及其趋势  9-10
    1.1.1 智能家居发展现状  9
    1.1.2 智能家居发展趋势  9-10
  1.2 课题背景及意义  10-12
  1.3 论文主要研究内容和组织结构  12-14
    1.3.1 论文主要研究内容  12
    1.3.2 论文组织结构  12-14
2 NI无线传感网络架构  14-18
  2.1 LabVIEW软件  15-16
  2.2 网关  16-17
  2.3 WSN测量节点  17-18
3 节点布局优化  18-24
  3.1 小波变换与模极大值理论  18-19
  3.2 算法描述  19-21
  3.3 仿真结果与分析  21-23
  3.4 结论  23-24
4 系统硬件设计  24-39
  4.1 温度测量模块设计  24-25
    4.1.1 温度传感器选择  24-25
    4.1.2 温度传感器硬件电路设计  25
  4.2 湿度测量模块设计  25-27
    4.2.1 湿度传感器选择  25-27
    4.2.2 湿度传感器硬件电路设计  27
  4.3 光敏传感器模块设计  27-30
    4.3.1 光敏传感器选择  27-29
    4.3.2 光敏传感器硬件电路设计  29-30
  4.4 火焰传感器模块设计  30-31
    4.4.1 火焰传感器选择  30-31
    4.4.2 火焰传感器硬件电路设计  31
  4.5 人体红外传感器模块设计  31-35
    4.5.1 热释电红外传感器选择  31-33
    4.5.2 BISS0001信号处理模块  33-35
    4.5.3 热释电红外传感器硬件电路设计  35
  4.6 气体传感器模块设计  35-39
    4.6.1 气体传感器选择  35-36
    4.6.2 气体传感器硬件电路设计  36-39
5 系统软件设计  39-49
  5.1 网络配置  39-41
  5.2 防盗监控系统  41-42
  5.3 火灾监控系统  42-44
  5.4 有害气体监控系统  44
  5.5 环境舒适度监控系统  44-45
  5.6 照明监控系统  45-47
  5.7 人机交互界面  47
  5.8 系统远程监控实现  47-49
6 SVM在智能家居监控系统中的应用  49-55
  6.1 SVM概述  49
  6.2 SVM的分类原理  49-52
    6.2.1 最优分类面  50-51
    6.2.2 核函数  51-52
  6.3 SVM在火灾监控系统中的应用  52-55
    6.3.1 数据采集及预处理  52-53
    6.3.2 仿真结果及分析  53-55
7 总结和展望  55-56
  7.1 总结  55
  7.2 展望  55-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
附录Ⅰ  62-63
附录Ⅱ  63-64
附录Ⅲ  64-65
攻读硕士学位期间科研成果及科研工作情况  65-67

基于NI无线传感网络的智能家居监控系统

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