绿色家居智能与节能测控技术研究

【摘要】：任何技术领域的发展都离不开一组供需关系,智能家居领域的发展也脱离不了自身的一组供需关系:供——计算机、通信和控制技术的融合、发展、成熟与革新,催生了智能化技术;需——社会经济水平的提高,使人们在满足温饱的基础上,对生活质量提出了更高要求。智能家居正是智能化技术普及和人们对生活质量要求提高这组供需关系的必然产物。伴随着能源问题,绿色家居作为智能家居的节能领域研究方向,也逐步为人们所关注。 现有的智能家居系统采用传统测控技术,其通信平台多移植工业总线,虽然使系统增加了部分用户所需功能(如视频监控、报警安防等),但同时产生了如下问题:1、系统布线繁琐,2、控制操作复杂,3、系统运行功耗大,4、智能化程度低,5、设备功能扩展困难。为了解决系统布线问题,也有采用无线方式进行通信的智能家居系统,但由于系统多以星形拓扑为主,测控节点易丢失,并且此类系统多存在节点供电问题。 为解决以上问题,本文以现有智能家居系统为研究平台,通过对传统智能家居系统的功能及技术分析,重新构建基于无线传感器网络的智能家居系统。该系统的研发工作主要包括智能家庭网关和智能家庭测控节点两个部分。其中,智能家庭网关采用嵌入式技术进行开发,在S3C2410x主芯片上搭载Linux系统,组建可用于智能控制和远程操作的Web服务器。智能家庭测控节点采用模块化设计思想,以Mote结构芯片M2110作为控制和信号传输模块的主控芯片,该模块通过ZigBee通信协议与邻近单元组建具有自组织、自愈合功能的Mesh网络,并可通过其上51PIN硬件接口连接测控模块。根据实测系统功耗数据预估,在该系统供电部分采用40W单板太阳能供电系统,即可实现系统零能耗运行。该系统配合上层智能控制和节能管理软件的运行,能够较好解决上述现有系统的主要问题。 基于此,本文的主要研究工作体现在:1.根据研发要求构建智能家居实验系统;2.基于实验系统分析,设计新型智能家居测控系统方案;3.完成系统方案的实现工作;4.对实现系统进行调试和性能预估;5.根据测试结果,完善智能家居系统6.针对实际住宅定制系统安装和功能解决方案。 【关键词】：智能家居网关 智能家居测控节点 嵌入式技术 无线传感器网络
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP273.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-12
• 1.3 本文主要工作与论文结构12-14
• 2 智能家居系统14-21
• 2.1 智能家居系统定义14
• 2.2 智能家居系统星级分类14
• 2.3 智能家居系统结构14-17
• 2.3.1 智能家居网络体系15
• 2.3.2 智能家居网关15-16
• 2.3.3 智能家居测控节点16-17
• 2.4 智能家居系统关键技术17-21
• 2.4.1 嵌入式技术17
• 2.4.2 组网技术17-21
• 3 智能家居实验系统21-33
• 3.1 实验平台搭建21-22
• 3.2 功能系统搭建22-31
• 3.2.1 背景音乐系统22-23
• 3.2.2 照明、窗帘自动控制系统23-25
• 3.2.3 远程抄表系统25-26
• 3.2.4 视频监控系统26-27
• 3.2.5 温度管理系统27-28
• 3.2.6 可视对讲系统28-30
• 3.2.7 自动报警系统30-31
• 3.3 研究系统总体设计31-33
• 4 智能家居测控系统网关研究33-61
• 4.1 智能家居网关的功能及结构33-36
• 4.1.1 智能家居网关的功能33-34
• 4.1.2 智能家居网关的结构组成34-36
• 4.2 智能家居网关的工作原理36-37
• 4.3 智能家居网关硬件系统设计37-45
• 4.3.1 智能家居网关硬件系统总体设计37-38
• 4.3.2 S3C2410x微处理器38-41
• 4.3.3 智能家居网关最小系统单元电路设计41-43
• 4.3.4 智能家居网关扩展接口电路设计43-45
• 4.4 智能家居网关软件系统设计45-61
• 4.4.1 智能家居网关软件系统总体设计45-46
• 4.4.2 Linux操作系统46-48
• 4.4.3 调试系统建立48-49
• 4.4.4 引导程序代码VIVI调试49-51
• 4.4.5 智能家居网关内核裁剪和移植调试51-53
• 4.4.6 智能家居网关文件系统移植53
• 4.4.7 智能家居网关相关驱动加载53-57
• 4.4.8 智能家居网关Web服务器功能实现及调试57-58
• 4.4.9 智能家居网关主控应用程序流程58-61
• 5 智能家居测控节点研究61-79
• 5.1 智能家居测控节点通信网络61-63
• 5.1.1 智能家居测控节点通信网络选择原则61
• 5.1.2 ZigBee组网技术61-63
• 5.2 智能家居测控节点硬件系统设计63-67
• 5.2.1 智能家居测控节点整体硬件设计63
• 5.2.2 智能家居测控节点控制和信号传输模块硬件设计63-66
• 5.2.3 智能家居测控节点测控模块硬件设计66-67
• 5.3 面向传感器节点应用的TinyOS操作系统67-70
• 5.3.1 TinyOS操作系统设计理念67-68
• 5.3.2 TinyOS 操作系统结构68
• 5.3.3 TinyOS组件结构及执行机制68-70
• 5.4 智能家居测控系统节点软件系统设计70-75
• 5.4.1 智能家居测控系统Sink节点70-71
• 5.4.2 智能家居测控节点软件总体设计71-74
• 5.4.3 智能家居测控节点主要组件设计74-75
• 5.5 智能家居测控节点调试75-79
• 6 智能家居测控系统太阳能供电技术研究79-81
• 6.1 智能家居测控系统太阳能供电系统整体方案设计79
• 6.2 智能家居测控系统太阳能电池板选型79-81
• 7 智能家居测控系统安装调试81-84
• 8 总结及展望84-86
• 8.1 总结84
• 8.2 展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91
• 作者在读硕士期间的研究成果91-92
• 一、在读硕士期间论文及刊物发表情况91
• 二、在读硕士期间专利申报情况91-92
• 附录1 VIVI第一阶段部分功能程序92-99
• 附录2 VIVI第二阶段main（）函数99-100
• 附录3 环境变量配置文件100-102
• 附录4 节点51PIN引脚功能对照102-103
• 附录5 节点工作状态电流值表103-106

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