基于3G和ZigBee的智能家居无线传感网络系统设计与实现

论文摘要

近年来,智能家居的出现完全颠覆了传统的生活理念,为人们享受生活提供了广阔的平台。它以住宅为平台,通过一个以计算机为依托的集中的家居智能管理系统,将家中的照明、环境控制、网络和家电等各种电子、电气设备,通过家庭网络连接到一起,从而实现对这些设备和家庭环境的智能管理、远程监控和资源共享,达到家居安全舒适、信息交互的功能,构筑未来生活自动化、人性化的理想生活。本课题将ZigBee无线传感技术、3G网络与ARM技术三者相结合,以嵌入式微处理器为核心建立一个家庭WEB服务器网关平台。通过这个家庭网关将3G通信网络的公共网络与家庭内部ZigBee无线传感网络相连接,实现智能家居内设备的集中管理,从而使用户通过远端PC或者智能手机就可以对家居系统状态查询和控制管理。此应用研究无线网络方式替代传统的基于PC机、单片机或者现场总线技术的有线监控网络,一定程度上有效的解决有线监控系统带来的布线麻烦,以及后期进行维护、改造的不便问题。本课题设计主要包括两部分的内容：一部分是负责包括温湿度、烟雾、有毒气体、电气开关等家居环境参数的采集与控制的ZigBee无线传感网络,实现对家居环境参数的实时监控和记录。另一部分是连通ZigBee无线传感网络与3G通信网络,负责数据提取、处理等功能的家庭网关。它以嵌入式ARM搭载Linux操作系统为核心,外扩ZigBee协调器模块和3G网络模块,以及其他接口模块。在此基础上,编写相应的WEB服务程序,提供远程WEB服务,供用户在线实时查询和监控家居状况。本课题作为将ZigBee与3G技术融合应用于智能家居的初步探索。搭建两个终端传感节点平台,并对通信的稳定性和数据的正确性进行了测试和验证。对以后智能家居的发展以及为深入ZigBee技术与3G网络在智能家居中的应用的研究打下基础,有一定的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Content
• 第一章 绪论
• 1.1 智能家居
• 1.1.1 智能家居基本概念
• 1.1.2 智能家居实现的基本功能
• 1.1.3 智能家居的基本组成部分
• 1.2 智能家居发展和研究现状
• 1.2.1 国外智能家居发展状况
• 1.2.2 国内智能家居发展状况
• 1.3 智能家居采用的主要技术
• 1.4 本文研究内容和组织架构
• 第二章 3G通信网络与ZigBee无线传感网络技术概述
• 2.1 3G网络通信技术概述
• 2.1.1 3G技术介绍
• 2.1.2 3G网络通信应用于智能家居
• 2.2 ZigBee无线传感网络技术概述
• 2.2.1 ZigBee技术简介
• 2.2.2 ZigBee技术与其它短距离无线通信技术的比较
• 2.2.3 ZigBee技术组网方式
• 第三章 系统总体方案设计
• 3.1 智能家居需求分析
• 3.2 智能家居系统设计原则
• 3.3 智能家居网络选择
• 3.3.1 ZigBee组建智能家居内部网络
• 3.3.2 3G作为网关服务器接入互联网方式
• 3.4 总体结构设计框图
• 第四章 ZigBee内部通信网络的设计
• 4.1 ZigBee芯片选型
• 4.2 CC2430模块的介绍
• 4.3 主要设计内容
• 4.3.1 温湿度传感器节点的设计
• 4.3.2 无线智能插座节点的设计
• 4.4 网络控制软件设计
• 4.4.1 网关端协调器程序设计
• 4.4.2 终端节点程序设计
• 第五章 家庭网关平台设计
• 5.1 嵌入式网关硬件平台
• 5.2 嵌入式网关内核定制以及服务器的建立
• 5.2.1 Linux交叉编译环境的建立
• 5.2.2 Linux内核3G模块驱动的添加和移植以及实现ppp拨号上网
• 5.2.3 Web服务器的选择与移植
• 第六章 WEB监控软件集成设计及系统测试与分析
• 6.1 监控界面设计及相关程序
• 6.1.1 设计思路
• 6.1.2 相关程序设计
• 6.2 系统测试与分析
• 6.2.1 系统测试
• 6.2.2 系统分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢
• 附录