华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书课题名称智能家居监控系统设计课题来源课题类型导 师谢锋云学生姓名学 号2012031.。专 业测控技术与仪器一、课题的研究目的及意义由于生活质量的日益改善，智能家居慢慢走进了我们的生活，所谓智能家居就是通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。智能家居监控系统，是以智能家居系统为平台，以家用电器及相关设备为控制对象，通过控制端接收传感器采集端对于温度、湿度及有毒气体的检测的形成相关数据，并对数据进行处理分析，给出相应指令控制相关设备工作。智能家居监控系统利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的设施进行高效集成，构成了一个简便、全面并能远程控制的家庭设备控制平台。智能家居监控系统是智能家居系统的核心，是构建智能家居系统的必要前提。传统的智能家居一般采用有线方式组建，如电缆线、同轴电缆、USB、CAN总线等。虽然能够完成智能家居的大部分功能，但却有很多的局限性。比如扩展性差、布线困难，而且传统的智能家居的布线会受到家用电器摆放位置的影响。正是因为有线方式组建的智能家居存在这种局限性，而且现在蓝牙技术、wifi技术、zigbee技术的完善使得无线方式组建智能家居这一模式慢慢出现在我们的视野里。所谓的无线智能家居是指通过无线方式将家居中的数据采集和控制模块连接起来，实现无线监测控制的目标。ZigBee技术又称紫蜂技术，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种价格便宜、耗电较少的近距离无线组网通讯技术，通常一个ZigBee模块需要两节干电池供电可以工作数月到两年。随着生活水平的显著提高，人们对便捷、方便、智能化的家居生活有越来越多的向往，特别是对于无线方式控制的智能家居有更大的需求。通过比较上述几种无线传送方式，红外通信方式比较受屋内设备摆放位置的影响，传送的方向性较强且不能被阻挡，这一特点显然不适合智能家居；蓝牙传输距离短，只有几米，而家居中设备与设备的距离最高达到十几米，同时蓝牙模块可扩展性差，如果家中以后购入新的家电便很难加入的建立的监控系统中；wifi无线传输方式存在着功耗较大、成本较高的缺点。相较而言，zigbee模块因为功耗低、安装成本低、传输距离较远、扩展性强就很适合智能家居系统。而且zigbee的这些特点使得他在工程了有了很好地实现可能，zigbee与智能家居结合的方式更会贴合一般用户的消费观念。对于以后全面构建智能家居系统有很重要的作用。二、国内外发展现状 智能家居的发展分为三个阶段： 首先是家庭电子化阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。其次是住宅自动化阶段，这个时期主要是面对用户想要实现的某个功能，有一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，形成这一网络的原因是实现用户需要的某个功能，比如自动抄表系统。最后是家居智能化（欧洲称为SmartHome，美国称为WiseHouse）阶段，这个时期是为了实现多个用户想要实现的功能，并且将这些功能连接成一个完整的系统，通过控制系统实现不同的功能。系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。2.1国外发展现状1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。 2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。 在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。2.2国内发展现状与国外相比，我国对智能家居及家庭网络等相关产品的研制起步较晚，但是政府部门在政策和标准等方面不断加大扶持力度，指导行业发展。20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。我国智能家居虽然起步较晚，但是有着其他国家智能家居的发展经验和相关技术支持，在智能家居方面，虽然有着不同的标准，但相关技术已经趋于完善。除了使用外国的相关技术产品，我国也有比较完善的自主产品，比如海尔公司的“e家庭”和清华同方公司的“e-home 数字家园”。三、 国内智能家居现存问题随着相关技术的成熟，智能家居的全面普及慢慢的不是梦想。虽然国内的技术实现了智能家居的功能，给用户带来了极致的体验，但是现在国内的智能家居仍然存在很多问题：（1）目前绝大多数家电产品没有统一的标准，比如接口不统一等，一个程序难以将所有的产品纳入其中进行互联，同时不同公司使用的无线模块也不相同，这也导致了如果使用这个公司的产品，那么维修和更换就必须再次联系该公司，产品的互换性不强，给用户带来了很大的麻烦。 （2）中国家庭现在拥有很大存量的非智能家电产品，要将这些产品智能化，是一个非常艰巨的工程。要实现家电产品互联，就必须要借助传感器，而目前传感器的存量并不多，内置传感器的家电产品更是少之又少，而且如果将所有的家电产品都内置传感器，成本问题又会随之而来。（3）安装复杂、费用高。除了产品的实用性，用户关注的最多的内容就是安装的费用了，如果费用太贵，那么一般用户是承担不起的，在目前的智能市场上，一个智能门锁大概在200美元左右，而其他智能电器更昂贵，一个完整的智能家居系统造价高达70万，这是一般市民负担不起的。（4）用户数据共享和收集很难，每个用户家中的家电品牌不一，每个品牌又会有各自不同的数据收集后台，难以进行统一的大数据管理；最后，现有的智能互联产品体验并不出色，很多功能实际意义并不强，没有实现真正的互联。（5）除此之外，用户通过客户端控制家用电器，客户端一般是手机或pc端，但是控制智能家居的软件却都大不相同，这也给用户的体验带来了极大的不便。四、 Zigbee在智能家居中的适用性 基于上述问题，在智能家居这个领域因为zigbee只能在硬件上来体现，没有一个统一操作平台，很多设备不能通用，这个很大程度上阻碍了zigbee在智能家居领域的推广。现在很多做zigbee技术的都是一些小型的创业型公司，风险比较大。目前智能家居上做的比较好的基本上是国外的公司，而且他们已经出了一些标准文件。相比之下，国内的大大小小标准很多。同时Zigbee的产品似乎比较少见，因为WiFi和蓝牙都随着移动设备的普及铺开了，Zigbee更偏向工业和工程应用，而且用户大多数只是注重实际的功能而不太关心具体的实现方式。Zigbee的特点是低功耗、低成本、网络容量大，同时传输速率也比较低。一般地说Zigbee很少用在数据流传输，但放在智能家居传感和控制这样的碎片化信息传递上非常适宜。五、设计思路与方法 首先根据智能家居的现状以及市面上成熟的产品，初步确定设计的思路以及需要实现的功能。该课题的预期目标也就是智能家居所要实现的功能有：入侵报警、温湿度检测、有毒气体检测、门禁系统、灯光控制等。根据预期目标，进一步确定设计思路，为了实现需要的功能，就需要设计不同的子系统，每个子系统通过zigbee相互联系以实现不同功能之间的沟通。实现整个系统的所有功能，除了硬件还应该考虑软件上可能会存在的问题，比如在构建可视化界面过程中如何建立硬件与上位机的联系，这是设计过程中的难点，除此之外，zigbee网络的组建以及精度处理都是设计可能会遇到的难点。为了解决这些可能出现的问题，需要做好相关准备，比如查阅相关资料、多看看网络教程，而对于精度的处理，除了选择精度高的传感器还需要消除外界干扰；同时也要根据ZigBee在当代智能家居中的实际应用，参考相关文献，进一步细化设计的思路，确定基于ZigBee的智能家居控制系统的设计思路。并选择合适的ZigBee芯片，进行相关的学习实验，了解ZigBee的模块结构、相关标准、通信协议及组网方式等。初步完成ZigBee部分的相关设计，包括硬件电路的设计，程序的编写，从而实现基于ZigBee的智能家居控制系统的基本功能，最后确立设计方案，设计方案流程图如下：上位机显示Zigbee节点Zigbee节点窗帘控制Zigbee节点热释电模块灯光控制温湿度传感器六、 参考文献1李鸿. 几种智能家居网络控制系统方案的分析与比较J. 现代电子技术,2010,03:143-146.2童晓渝,房秉毅,张云勇. 物联网智能家居发展分析J. 移动通信,2010,09:16-20.3叶兴贵,缪希仁. 基于ZigBee的智能家居物联网系统J. 现代建筑电气,2010,09:25-28.4高明明,惠晓威,林森. 基于GSM短信的智能家居控制系统的研究J. 微计算机信息,2010,34:79-81.5郭稳涛,何怡刚. 智能家居远程监控系统的研究与设计J. 计算机测量与控制,2011,09:2109-2112.6刘晓彤. 嵌入式智能家居远程监控系统的设计与实现D.北京交通大学,2009.7马季. 智能家居远程监控系统的研究与实现D.中国海洋大学,2009.8金东勇. ZigBee技术在智能家居控制系统中的应用研究D.太原理工大学,2008.9庞泳,李光明. 基于ZigBee的智能家居系统改进研究J. 计算机工程与设计,2014,05:1547-1550+1582.10尹纪庭,袁佳,焦志曼,吴斌,张在房,余建波. 基于ARM和ZigBee的智能家居控制系统研究与开发J. 计算机测量与控制,2013,09:2451-2454.11李正明,吴波. 基于物联网的智能家居控制系统研究J. 现代科学仪器,2012,02:68-71.精选