基于ARM和ZigBee无线网络的智能家居系统的研究与设计

论文摘要

智能家居是未来家居的发展趋势。它是指将家庭中的各种电子、电气设备通过网络连接起来,建立一个由家庭环境监测、安全防护、网络服务和家庭自动化系统组成的家庭管理系统,为人们提供一个安全、舒适、高效和便利的生活环境。但是,我国智能家居系统总体处在发展初期,并缺乏统一的标准和权威的产品。基于此背景,本文设计了基于ARM和ZigBee无线网络的智能家居系统。本文详细介绍了智能家居系统的总体设计和具体软硬件开发,并对ZigBee网络路由算法进行研究和改进。本文根据智能家居系统的要求,选择了基于ARM核心的OMAP3530和基于ZigBee核心的CC2430硬件平台。以OMAP3530处理器为核心,采用Linux作为嵌入式操作系统,在OMAP3530上完成了Linux的移植后,建立了Web服务器Boa,利用CGI技术编写了监控主页和CGI程序；编写了ZigBee协调器和ZigBee终端上的应用程序,主要用于建立无线网络和实现网络间通信。系统构建成功后,用户可以通过远程PC机上的IE浏览器登陆到嵌入式Web服务器的管理页面,点击页面上的按钮,就可以实现对家居环境的查询和家电设备的控制。为了延长ZigBee无线网络寿命,对ZigBee路由算法进行了研究,提出了一种基于能量均衡的改进路由算法,通过NS2进行仿真分析,证明了改进路由算法的有效性。在实验室环境下,本文通过模拟对家居环境的监控,对系统进行了性能测试。结果表明,系统达到了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 无线传感器网络的研究现状
• 1.3 智能家居系统的研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 第二章 智能家居系统方案设计
• 2.1 智能家居系统总体设计方案
• 2.2 系统网络连接方案
• 2.3 系统硬件平台搭建
• 2.3.1 主控制器硬件设计
• 2.3.2 ZigBee模块硬件设计
• 2.3.3 电源电路设计
• 2.3.4 RS-232接口电路设计
• 2.3.5 传感器模块设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 智能家居系统软件设计
• 3.1 构建嵌入式Linux开发环境
• 3.1.1 搭建Linux开发平台
• 3.1.2 构建嵌入式Linux系统
• 3.2 建立嵌入式WEB服务器
• 3.2.1 Boa的移植
• 3.2.2 Boa的配置
• 3.2.3 Boa功能测试
• 3.3 CGI程序开发
• 3.4 无线模块软件开发
• 3.4.1 ZigBee协调器程序
• 3.4.2 应用层功能模块程序
• 3.4.3 网络功能测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 ZigBee网络路由研究
• 4.1 ZigBee路由算法研究
• 4.2 路由算法优缺点分析
• 4.3 路由算法改进
• 4.4 改进算法仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统功能测试
• 5.1 测试环境与方法
• 5.2 功能测试
• 5.2.1 ZigBee网络性能测试
• 5.2.2 智能家居系统功能测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果