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随着网络信息技术和计算机技术的发展,住宅小区和家庭逐渐智能化,智能家居系统成为当今的一个研究热点。实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的必然趋势。
本课题基于ZigBee技术组建家庭内部的无线传感器网络,开发了智能家居系统。完成系统结构设计,实现家居内部各种传感器节点的应用功能,组建具备自组织功能的家庭ZigBee网络,实现网络内部节点间的信息交互,通过协调器管理整个家庭网络的功能。最后通过智能家居服务器将家庭网络与Internet相连,实现远程用户对智能家庭网络的监控和管理。与传统智能家居系统相比,具有免布线、体积小、运行可靠、维护方便,远程实时监控等特点。本系统重点解决组网方便、标准化、扩展性强、低成本、低功耗等关键技术问题,具有较高的创新和实用价值,并可推广应用到工业过程控制、楼宇自动化、医疗等其他领域。课题主要研究内容包括以下几个方面:
第一章介绍课题的研究背景,智能家居和无线传感器网络的概念和性能特点,分析了智能家居的国内外发展现状,确定课题的主要研究内容。
第二章设计智能家居系统总体方案,提出智能家居系统的功能结构,比较各种组网技术的特点,选择适合智能家居系统的ZigBee技术组建内部通信网,通过对ZigBee无线网络拓扑的分析,确立家庭无线网的拓扑结构,最后说明本系统设计中考虑的主要因素。
第三章设计智能家居系统内部网络协调器节点,其中重点为无线通讯模块和微控制器模块的硬件设计,最后编写节点间无线通信的程序。
第四章设计智能家居内部各种功能节点的软、硬件。
第五章设计家庭无线传感器网络系统的软件,实现网络及应用的完整功能。首先简要分析ZigBee技术及ZigBee协议栈,然后分别设计主程序的软件框架,编写协调器和终端设备的程序,其中包括建立无线网络及设备加入无线网络、实现数据采集等。最后成功组建由网络协调器、路由设备和多个终端设备构成的树型、多节点、单跳路由的自组织家庭无线网络,实现通过网络协调器对整个网络进行控制和管理,具体实现远程调光控制、室内环境监测、家用电器控制、抄表数据采集等应用功能。最后制定与上层家居服务器之间的应用层通信协议,远程用户通过家居无线网络控制界面对整个家庭网络进行统一监控和管理。系统取得良好的效果,完成了预期的目标。本课题研究并开发的基于ZigBee技术的智能家居系统,在家居行业的技术发展和应用方面具有前沿性和实用价值。