嵌入式无线家庭网关的设计与应用

论文摘要

随着物联网相关技术的发展,传统的广播电视网、互联网、电信网络三网的融合,带动了各类家用消费类电子产品的发展,单个家电的自动化已经不能满足人们的需求,智能家居现已成为中国家居消费市场的新潮流。家庭网关作为智能家居的核心部件,已经成为了抢占智能家居市场的关键。目前存在的网关设计方案有很多缺点,它们对能源的消耗比较大,成本也比较高,家庭内部网络布线麻烦,并不太适合在家庭中使用。因此,本设计要以ARM处理器作为硬件平台,嵌入式Linux系统作为软件平台,再配合ZigBee和CGI技术,设计一个适合普通家庭使用的无线家庭网关。通过向ARM处理器上移植Linux操作系统和嵌入式Web服务器,用户可以在任何地方通过外网登录到服务器上,以表单的形式发送管理或控制信息,这些信息会被运行在Web服务器上的CGI程序获得,并对其进行协议转换,转换成家庭内部局域网络可以传输的帧格式。家庭内部局域网络,是由运行有ZigBee协议的无线收发模块和智能家电构成的,一个与ARM处理器相连的协调器,和若干个与智能家电相连的终端节点,组建成一个星型的无线传感器网络。CGI程序将转换后的帧发送给协调器,协调器就可以根据帧的内容,对相应的智能家电进行管理或控制。本设计将嵌入式技术和ZigBee技术相结合,解决了以往网关设计方案的成本高、能源消耗大、布线麻烦等缺点,适合普通的家庭进行使用,是具有现实意义的一种开发方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的研究内容及组织
• 第2章 相关技术介绍
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 什么是嵌入式系统
• 2.1.2 嵌入式系统的基本结构和特点
• 2.1.3 嵌入式系统的分类
• 2.2 CGI技术
• 2.3 ZigBee技术
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 ZigBee协议栈结构
• 2.3.3 ZigBee网络拓扑结构
• 第3章 无线家庭网关系统的搭建
• 3.1 系统总体结构
• 3.2 嵌入式硬件平台的选型
• 3.2.1 硬件开发平台的结构
• 3.2.2 SDRAM模块
• 3.2.3 Flash模块
• 3.2.4 以太网接口
• 3.2.5 串口模块
• 3.3 ZigBee无线开发模块
• 3.3.1 ZigBee无线模块结构简介
• 3.3.2 MCU和存储器系统
• 3.3.3 RF收发器
• 3.4 组建无线家庭网络
• 第4章 无线家庭网关的软件设计
• 4.1 交叉编译环境的设置
• 4.2 Linux操作系统的移植
• 4.2.1 BootLoader的移植
• 4.2.2 内核的配置和移植
• 4.3 Web服务器的移植
• 4.4 嵌入式数据库的移植
• 4.5 应用程序的开发
• 4.5.1 帧内容的设计
• 4.5.2 CGI程序和无线通信模块程序设计
• 第5章 嵌入式无线家庭网关测试
• 5.1 无线网关系统的工作流程
• 5.2 无线家庭网关功能测试
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文情况
• 致谢