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基于无线网络的智能家居系统的研究与开发

作　者: 余春生
导　师: 陈立定; 彭国标
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制工程
关键词: RF射频技术无线网络智能家居最优路径算法
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着物联网与自动控制技术的高速发展，人们对家居生活的智能化需求越来越高，智能家居系统已经快速地走进到普通老百姓的生活中，为人们的生活增添了许多便捷和乐趣。传统的智能家居系统主要采用有线的方式进行组建，如RS-485/X10/Lonworks/CAN等。有线网络的设备增加或删除都会涉及到线路的改动，工程量大且影响室内装修的美观，其系统的扩展性差，安装、调试、维护成本都比较高。针对上述问题，结合无线网络通信技术的发展现状，本文将研究基于无线网络的智能家居系统的系统设计、网络结构、主控制器（智能网关）、中继装置（无线中继器）以及终端节点（无线灯光控制器）的设计。通过基于射频（Radio Frequency）技术的无线网络智能家居系统的系统设计，将解决智能家居的安装、调试及日常维护问题，使系统具备随意扩展、简单安装、一键调试等功能。通过对智能家居系统的网络结构设计，将解决智能家居系统的多个中继装置的网络路由问题，并实现与各终端的快速组网和最短传输路径的自动学习。通过基于CC1110/CC1101芯片的智能网关、无线中继器以及无线灯光控制器的研究开发，来完成整个系统的设计。最后，从系统集成和应用的角度对该智能家居系统进行模拟环境测试，通过实验结果验证该系统具有较好的实时性、可扩展性和安装简单、易调试的特点，并特别举例验证了最短传输路径的中继算法的优势及正确性，可应用于普通老百姓的家居生活中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-13
    1.2.1 国外的发展状况  11
    1.2.2 国内的发展情况  11-12
    1.2.3 发展趋势  12-13
  1.3 本文的研究内容  13
  1.4 本文结构描述  13-15
第二章智能家居系统方案  15-28
  2.1 设计目标  15
  2.2 功能设计  15
  2.3 智能家居系统构成  15-17
  2.4 智能家居系统可行性分析  17-27
    2.4.1 完整性与必要性  17-18
    2.4.2 通信网络选型  18-25
      2.4.2.1 电力载波类  19-20
      2.4.2.2 总线类  20-25
    2.4.3 智能家居系统的可靠性  25-27
      2.4.3.1 芯片的选型  26-27
      2.4.3.2 控制指令的可靠性  27
    2.4.4 经济可行性  27
  2.5 小结  27-28
第三章智能家居系统硬件设计  28-66
  3.1 智能网关的设计  28-40
    3.1.1 智能网关原理图  29-37
    3.1.2 智能网关技术参数  37
    3.1.3 智能网关程序设计  37-39
      3.1.3.1 业务功能模块  37-38
      3.1.3.2 业务流程图  38-39
    3.1.4 智能网关功能描述  39-40
  3.2 无线灯光控制器的设计  40-52
    3.2.1 无线灯光控制器原理图  41-45
    3.2.2 无线灯光控制器技术参数  45
    3.2.3 无线灯光控制器程序设计  45-51
      3.2.3.1 业务逻辑设计  45-47
      3.2.3.2 程序结构设计  47-51
    3.2.4 无线灯光控制器功能描述  51-52
  3.3 中继器及路由算法设计  52-65
    3.3.1 中继器原理图  53-57
    3.3.2 中继器技术参数  57
    3.3.3 中继器程序设计  57-61
      3.3.3.1 业务逻辑设计  57-59
      3.3.3.2 数据结构设计  59-61
    3.3.4 中继路由算法设计  61-65
      3.3.4.1 中继结构图  61
      3.3.4.2 整体流程设计  61-62
      3.3.4.3 中继路由逻辑设计  62-65
  3.4 本章小结  65-66
第四章智能家居系统软件设计  66-86
  4.1 智能家居系统运行环境  66
  4.2 需求概述  66
    4.2.1 灯光控制  66
    4.2.2 场景控制  66
    4.2.3 系统设置  66
  4.3 系统软件总体设计  66-76
    4.3.1 类图  67-73
      4.3.1.1 家居控制类图  67-68
      4.3.1.2 场景控制类图  68-69
      4.3.1.3 房间设置类图  69-71
      4.3.1.4 设备设置类图  71
      4.3.1.5 设备注册类图  71-72
      4.3.1.6 场景设置类图  72-73
    4.3.2 数据结构说明  73-76
  4.4 软件界面功能介绍  76-85
    4.4.1 房间与设备注册  76-80
    4.4.2 家居控制主界面  80-81
    4.4.3 场景设置  81-85
    4.4.4 场景控制  85
  4.5 本章小结  85-86
第五章智能家居系统测试  86-103
  5.1 整体系统测试  86-89
    5.1.1 测试内容  86
    5.1.2 测试设备清单  86-87
    5.1.3 设备介绍  87
    5.1.4 软件清单  87
    5.1.5 测试环境接线图  87-88
    5.1.6 控制逻辑功能调试和测试  88-89
  5.2 中继器的测试与调试  89-101
    5.2.1 测试内容  89
    5.2.2 测试设备清单  89
    5.2.3 设备介绍  89-90
    5.2.4 软件清单  90
    5.2.5 设备注册  90-95
      5.2.5.1 测试环境示意图  90
      5.2.5.2 测试流程图  90-92
      5.2.5.3 测试结果分析  92-95
    5.2.6 最优路径选择测试  95-101
      5.2.6.1 测试环境示意图  95-96
      5.2.6.2 设备控制信号流程图  96
      5.2.6.3 测试结果分析  96-101
  5.3 本章小结  101-102
  5.4 论文主要工作的总结  102
  5.5 工作展望  102-103
参考文献  103-105
附录  105-114
  附录 1 智能网关串口处理代码  105-107
  附录 2 灯光状态刷新代码  107-110
  附录 3 控制指令发送代码  110-112
  附录 4 智能网关实物图  112-113
  附录 5 无线灯光控制器实物图  113
  附录 6 无线中继器实物图  113-114
致谢  114-115
答辩委员签名的答辩决议书  115

基于无线网络的智能家居系统的研究与开发

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