基于RF的无线智能家居系统的设计与实现

论文摘要

本文设计并实现了基于射频的无线智能家居系统。随着经济和技术的发展,人们对家居提出了安全、舒适、快捷、方便等方面的要求。经调研,目前国内智能家居市场比较混乱,缺乏统一的标准,而随着小区建设的发展需求,特点鲜明、功能齐全、经济实用的智能家居系统将具有广阔的发展前景。本文在分析了国内外智能家居系统的发展现状的基础上,结合嵌入式技术、无线局域网技术设计了一种采用分布式、集散型工作方式的智能化家居网络。解决方案由家庭网关、中继器和无线子网三大部分组成。家庭网关通过Ethernet连接各房间里的中继器,统一管理中继器和家庭设备。用户可通过人机界面与家庭网关进行交互,了解家居环境的状况,进行监控。中继器则分布于各个房间,通过与无线子网通信来采集家居网络中各个传感器的数据和控制开关设备。无线子网则由接入服务器和接入终端构成,它们之间通过射频通信协议进行通信。接入服务器是无线子网与中继器的接口,主要用于提供接入终端和中继器之间无缝的数据传输功能。接入终端采集各种传感器、开关设备的数据或状态信息;在被查询到时,组装这些信息成射频帧,上传给接受服务器。对下,接入服务器接收接入终端上行的射频帧,提取有效数据,传给中继器。对上,它无缝地接收中继器下达的下行帧,组装为射频帧,发送给接入终端。本文的主要内容是首先调研了国内外智能化家居系统的现状和发展趋势,并结合目前国内智能家居的发展特点和小区建设发展需要,选用无线组网方式;其次,阐述系统总体架构;再次,介绍了家庭网关的主要功能和软件架构设计;然后,简述了基于ARM-Linux嵌入式系统的中继器硬件设计和应用软件的开发;最后,也是本论文的重点,即详述了无线子系统的软硬件、通信协议的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 智能家居的现状与发展
• 1.2.1 国外智能家居的发展
• 1.2.2 国内智能家居的发展
• 1.2.3 智能家居的发展方向
• 1.3 课题意义与主要工作
• 1.3.1 课题意义
• 1.3.2 主要内容
• 1.4 本文章节结构
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 系统整体架构
• 2.1.1 无线局域网
• 2.1.2 射频技术简介
• 2.1.3 系统结构
• 2.2 系统功能分析
• 2.3 家庭网关架构
• 2.4 中继器架构
• 2.4.1 嵌入式ARM-Linux 系统概述
• 2.4.2 中继器硬件
• 2.4.3 中继器软件
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线子系统设计
• 3.1 子系统总体设计
• 3.2 单片机选型
• 3.2.1 选型原则
• 3.2.2 ATmega8 单片机特性简介
• 3.3 接入服务器设计
• 3.3.1 接入服务器硬件设计
• 3.3.2 接入服务器软件设计
• 3.4 接入终端设计
• 3.4.1 接入终端硬件设计
• 3.4.2 接入终端软件设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 通信协议设计
• 4.1 系统通信协议
• 4.2 接入服务器SPI 通信协议
• 4.3 射频通信协议
• 4.4 本章小结
• 第五章 场景测试与性能分析
• 5.1 场景测试
• 5.2 性能分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录1 （硬件PCB 图）
• 附录2（源代码举例）
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文