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绿色家居智能与节能测控技术研究

2020-12-27阅读(970)

绿色家居智能与节能测控技术研究

论文摘要

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。

论文目录

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

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