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  • 目前智能家居控制系统主要采用的是有线通信方式。包括串口线、以太网、同轴电缆等。有线通信方式的优点是技术成熟、传输...本文针对现有的智能家居控制系统的发展现状,提出了一种基于ZigBee智能家居控制系统的解决方案
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  • 传感器包括温湿度传感器、气体传感器、人体感应传感器、继电器模块等。...手机终端既可以访问服务器检测各传感器的状态而且可以发送控制指令到达网关,再从网关通过ZigBee控制继电器,从而实现远程家电控制
  • 通过CC2530无线发送芯片的ZigBee无线网络对智能家居各个传感器设备进行无线组网和控制,并且通过移动终端对智能家居系统内部设备进行监控和控制;最后通过对智能家居设备的实际测试结果表明,系统组网简单快捷,稳定...
  • 通过Zigbee网络控制采集家居设备实现管理功能。小米智能家庭套装也是选择的ZigBee协议。简单的说,ZigBee是一种高可靠的无线数传网络,类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m...
  • 基于Zigbee智能家居系统

    万次阅读 多人点赞 2019-03-31 20:37:40
    1)做一个智能家居系统,有底层的Zigbee组网和相关传感器,实现数据采集和传输;使用树莓派作为网关,通过TCP通讯方式和手机APP相互信息交流。手机APP中可以看到不同位置实时的温度、湿度、光敏值、家电的状况等等。...

    这是我大三第一学期做得课设,小菜鸟一个,欢迎大家指正和参考

     

     

    目的

    1)做一个智能家居系统,有底层的Zigbee组网和相关传感器,实现数据采集和传输;使用树莓派作为网关,通过TCP通讯方式和手机APP相互信息交流。手机APP中可以看到不同位置实时的温度、湿度、光敏值、家电的状况等等。手机端记录的信息,会上传到服务器,用于数据分析,让用户有更好的生活质量。

    2)针对树莓派应用方面,结合TCP通讯、Zigbee组网、Android应用开发、Bmob云数据库、传感器技术,实现一个基于树莓派的智能家居系统。

    3)Android手机应用程序会用到数据库编程、网络编程、界面编程等等。

    4)熟悉树莓派的基本概念、基础知识和基本应用。

    5)培养程序设计能力,增强项目实践经验。

     

    主要内容

     1.在树莓派上,烧写操作系统,搭建python开发环境,安装相关的库;然后,编写程序,来实现一个网关功能。树莓派与手机端通TCP的方式来通讯;树莓怕做为服务器,接收协调器(Zigbee网络)的数据,传输到手机端。

     2. 使用4个Zigbee CC2530设备,构建一个局域网,在用户家中;其中,有一个协调器,三个终端节点。终端节点分别布置在:房间、厨房、客厅中。协调器构建好这个局域网,让3个终端节点加入;然后收集3个终端节点的传感数据。终端节点可以通过与其相连的温湿度传感器、光敏传感器等来采集温度、湿度、光敏值的数据;终端节点还连接着继电器,用来控制灯、和家电。

     3. 开发手机APP,手机端的功能有:能实时显示家中不同的位置的温度、湿度、光敏值的数据;能控制灯、家电;能查看历史数据;能用户登陆、注册;接收用户体验的反馈信息

     4. 注册Bmo云数据库,建立一个应用,获取到使用应用密钥,建立相关的数据表格。其中,表格包括温湿度表、光敏数据表、控制记录表、用户注册表、用户登陆表、用户体验反馈表等等;建立表格,为后面存储数据做准备。

     

     

     

     

     

    摘要

      本系统使用Zigbee CC2530设备构建一个局域网,来作为底层通信;这个局域网由1个协调器、3个终端节点组成;终端节点会采集温湿度传感器、光敏传感器的数据,然后传输到协调器;终端节点上连接着继电器,可以控制不同位置的灯和家电。树莓派作为一个网关,通过串口与协调器连接,并相互数据传输。树莓派与手机端通过TCP方式通信,其做为服务器,手机端做为客户端;树莓派会把温度、湿度、光敏值等数据发送到手机端;手机向树莓派发送指定的指令,可以控制不同位置的灯、家电。手机端可以实时查看家中的温度、湿度、光敏值等数据,同时手机端也会把这些实时数据上传到Bmob云数据库中,通过智能家居数据分析,用户可以更好的查看历史数据,知道家里的情况;并结合建议,进行优化家里的状况;提高用户的生活质量,感受智能家居的美好。

     

    关键词:    Zigbee组网、树莓派、TCP通信、Bmob云数据库、手机APP 、继电器、温湿度传感器、光敏传感器

     

    二、设计正文

    1. 系统总体设计

      本系统采用Zigbee组网技术、结合温湿度传感器、光敏传感器、人体红外感应传感器、继电器设备等,来采集相关数据,实现智能控制。通过Zigbee协议栈技术来构建协调器、终端节点1(放置在客厅)、终端节点2(放置在厨房)、终端节点3(放置在卧室)组成的局域网。

      Zigbee协调器和树莓派是通过串口来传输数据的。树莓派把收集到的温度、湿度、光敏值等数据,传输到手机APP端,可以实时数据显示。

    系统框图:

              

                                                                                            图2 系统框图

         手机端在接收相关数据信息的同时,也会把相关的数据信息上传到Bmob云数据库中。然后,用户可以用手机APP查看历史数据,这里会结合相关智能家居分析模型,帮助用户了解家里的情况,知道那些可以优化的,然后协助用户去优化家里的环境。

     

    手机APP程序流程图:

                                          

                                                                图3 手机APP程序流程图

     

     

     

    终端节点设计:

                             

                                                             图3 终端节点设计图 

     

     

    三、详细设计

    1)传感层

    传感层包括温湿度传感器、光敏传感器、人体红外传感器。

    1.温湿度传感器(DHT11模块)

     温湿度传感器是传感器其中的一种而已,是把空气中的温湿度通过一定检测装置,测量到温湿度后,按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出,从而采集到温度、湿度的数据。光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器,它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。

    DHT11通信时序:

       

    电路图:

                                    

     

    实物图:

                                           

     

     

    2.光敏传感器

     光传感器不只局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,从而采集到家里的光敏数据。

      光敏电阻模块对环境光线最敏感,一般用来检测周围环境的光线的亮度,触发单片机或继电器模块等;模块在环境光线亮度达不到设定阈值时,DO端输出高电平,当外界环境光线亮度超过设定阈值时,DO端输出低电平;DO输出端可以与单片机直接相连,通过单片机来检测高低电平,由此来检测环境的光线亮度改变;DO输出端可以直接驱动本店继电器模块,由此可以组成一个光控开关。

     电路图:

                      

    实物图:

                        

     

     

    3人体红外传感器(HC-SR501模块)

     3.1  人体红外传感器,人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10UM左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。 红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

    3.2  热释电效应:当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。

     3.3  触发方式:L不可重复,H可重复。可跳线选择,默认为H。
    A. 不可重复触发方式:即感应输出高电平后,延时时间一结束,输出将自动从高电平变为低电平。 B. 重复触发方式: 即感应输出高电平后,在延时时间段内,如果有人体在其感应范围内活动,其输出将一直保持高电平,直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段,并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。

               

     

    3.4可调封锁时间及检测距离调节

    1、 调节检测距离
    2、 封锁时间:感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平),可以紧跟着设置一个封锁时间,在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作,可应用于间隔探测产品;同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(默认封锁时间2.5S)

    注:

    1、调节距离电位器顺时针旋转,感应距离增大(约 7 米),反之,感应距离减小(约 3 米)。

    2、调节延时电位器顺时针旋转,感应延时加长(约300S),反之,感应延时减短(约 0.5S)。

                   

     

    3.5光敏控制:

    模块预留有位置,可设置光敏控制,白天或光线强时不感应。光敏控制为可选功能,出厂时未安装光敏电阻。
                

     

    3.6模块优缺点:

    优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。价格低廉。

    缺点:精度一般,感应距离近。

     

    人体红外传感器(HC-SR501模块)硬件电路图:

                       

     

    人体红外传感器(HC-SR501模块)实物图:

                          

     

     2)网络层(Zigbee组网数据传输)

    1)Zigbee组网优势

      ZigBee不仅只是IEEE802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,而ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。 ZigBee联盟还开发了安全层。

    简单概括:

     

    几种无线通信技术参数对比:

                        

    相比之下采用Zigbee技术来传输数据,是比较好的。

     

     

    • ①低功耗                   ②低成本
    • 低速率                  ④近距离
    • ⑤短时延                   ⑥高容量
    • ⑦高安全                   ⑧免执照频段

    2)本项目通过Zstack协议栈把4个Zigbee cc2530设备进行组网。

    Zstack组建的网络类型:网状网(mesh网)

                          

    本项目由一个协调器,和3个终端节点组成的网络。

     

    其中协调器与终端节点之间,采用广播的方式来无线网络中数据通信:

    广播:

            

     

    3)Zigbee cc2530硬件电路

    cc2530核心板电路图:

                          

     

    cc2530 GPIO电路图:

                        

     

    cc2530 供电板电路图:

                                  

     

    cc2530底板电路图:

                                

      总体概况:CC2530 是集成了8051内核的mcu和2.4G的无线射频模块,该芯片具有21个IO引脚,P0、P1、P2;一般来说P2口的P2.2和P2.1加上芯片上的VDD、GND、RESET_N五个引脚作为下载调试接口用,P0口集成有AD输入功能。该芯片有两个外接晶振,一个32.726Khz;一个32Mhz,32Mhz的晶振主要是2.4G无线收发模块使用,布线是尽量靠近其引脚,周围敷铜会减少晶振高频信号对其他信号的音响,特别是RESET_N管脚的走线要稍微原理晶振走线。RF_P、RF_N是无线发送接收引脚,其出来的电路是巴比伦电路,PCB布线是两线尽量粗(减少阻抗衰减)、对称,两边最好有完整的地线覆盖,布线处理不好会影响CC2530的收发距离。 

     

    4)CC2530实物图

    终端节点图:

      

     

    协调器与树莓派连接(两者是通过串口连接的):

     

     

    三、手机APP端设计

    1)打开手机APP,首先来到登陆界面,注册了的用户,其信息会保存在表login 中;用户输入的用户名存在时,并且密码正确时,才会提示登陆成功,进入Zigbee智能家居控制界面。

      

     

    2)如果用户没注册的,可以点击右下角的注册新用户按钮,然后来到如下界面:

     

     

    3)当用户登陆成功后,进入连接设备的界面:

     

     

    4)点击连接按钮,会进入实时数据显示界面:

     

    5)点击控制灯按钮,会进入控制家电的界面:

     

     当你点击一下对应的灯,就会从点亮了;点击多一下,灯会从明亮到熄灭的。还可以控制空调,和热水器,只需按一下按钮就可以了。

     

    6)点击返回,来到实时数据显示界面,点击图标,就会来到用户信息反馈了界面。

    7)来到用户信息登记界面,这是为了方便和用户沟通交流,解决相关问题,优化APP.

     

     

    8)填写好相关信息后,开到这个界面:

    填写好相关信息后,点击按钮 写好了,就成功提交信息到bmob数据库了。
     

     

    9)用户在APP上查看历史数据

     

     

     

    四、Bmob云服务器端

    首先在Bmob云注册账户,创建应用。

     

    1)在Bmon云平台创建应用,本项目的应用名为:大三_安卓 。然后,获取应用key,进行开发。

    2)创建数据库的表格:login , wenshidu, feedback

    其中,表login是存储用户信息的;表 wenshidu 是存储温度、湿度、位置、采集时间等信息的;表feedback 是存储用户对手机APP 的体现分享或建议的。

     

    3)表login

     

    4)表 wenshidu

     

    5)表feedback

     

    五、测试

    1. 底层传感器能采集数据,通过Zigbee网络进行传输。通过串口调试,查看终端节点成功加入协调器构建的网络,并能收到采集的数据2;
    2. 树莓派和协调器通过串口连接,可以相互传输数据;
    3. 树莓派作为网关,收集到协调器的数据,通过TCP通讯与手机传输信息,树莓派做为服务器端;
    4. 手机端测试正常,实现相关功能(注册新用户、用户登陆、查看实时温湿度、控制灯、反馈信息、查看历史数据)。
    5. Bmob云服务器正常。

     

        

     

     

    六、课程设计总结或结论

        这是我第一次自己做一个完整项目,虽然做的时候遇到了好的问题;如制作手机端时:HashMap出现死循环的原因,ActivityLifecycleCallbacks 怎么使用;除了用Intent 去启动一个Activity,还有其他方法吗;Android Service与Activity之间通信的几种方式?等等;多数的问题解决不了时,都是百度、看博客、问论坛,然后一步一步的做了起来;会花时间去继续做,不断完善的。然后就,当解决了之前遇到的问题后,是很开心的,感觉收获很多。

      智能家居这个项目,总结为5层,传感层(温湿度、光敏、人体红外传感器),zigbee组网传输底层数据,树莓派网关层,Bmob云数据库层,手机APP应用层。一步一步地做好每一层,接着做下一次层,真不容易,也遇到许多问题,最后解决好,收获许多,这些付出是值得的。当5层基本做好后,就开始各层之间连接起来,zigbee网络和各个传感器连接起来,能传输采集数据;zigbee网络和树莓派网关层通过串口连接起来;手机APP和树莓派网关层通过TCP通讯方式来相互通信;手机APP和Bmob云数据库连接起来。系统总体连同后,进行不断调试,测试稳定性。

       这次是做智能家居,应该对从用户需求方面去考虑,为用户服务。目前,用户可以用手机控制厨房、客厅、房间等不同位置的灯,可以控制空调、热水器的开关。后其还会加入语音识别,人脸识别等功能,让用户更舒适地使用。

     

     

    七、参考文献

    [1]杨云君.Android的设计与完成[M].北京:机械工业出版社,2013:5-65.

    [2]李刚.疯狂Android讲义[M].北京:电子工业出版社,2013:12-87.

    [3]陈最.基于Android平台挪动终端通明加密零碎的研讨与完成[D].重庆理工大学,2012:108-150.

    [4]李骏,陈小玉,Android驱动开发与移植实战详解,北京:人民邮电出版社,2012:87-105.

    [5]王毅。 Android平台并行计算研究[J]. 电子制作,2015,24:26.

    [6]简靖韡。 Android智能手机信息安全问题与对策分析[J]. 通讯世界,2015,24:33.

    [7]石翠。 PS制作Android智能手机界面技巧解析[J]. 电脑编程技巧与维护,2015,24:53-54+66

    [8]王庆磊。 Android移动数据安全探析[J]. 福建电脑,2016,03:101+109.
    [9]陈屴。 Android云终端的系统备份与还原方案[J]. 福建电脑,2016,03:130-131+157.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    展开全文
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  • STM32源码+PCB
  • 针对传统家居灯光控制方式智能程度低的问题, 开发了基于 ZigBee智能灯光控制系统, 从移动控制器和灯具控制终端两方面介绍了系统硬件的设计, 满足了现代化的控制要求, 并有效地延长了灯具的寿命, 节约了能源...
  • 为实现对家庭安全的实时监控,提出了智能家居远程...同时引入了多种传感器,实现了对家用电器的远程控制,实现了智能家居远程监控。重点阐述了系统的硬件、软件设计以及系统的性能测试,实现了多个监控装置的无线联网。
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    声明:本项目的所有源码均公开,但未经同意不得转载或用于其他用途,有任何问题请联系博主,感谢大家的支持。

    上一节介绍了智能网关,本节将介绍Android客户端。

    本系统要想实现远程通信,进行远程操作,就需要编写客户端。现如今,Android手机大量普及,编写Android客户端将会使得更多的用户享受智能家居给人们带来的便捷与乐趣。下面对Android客户端的具体实现进行详细的讲解。

    在讲解Android客户端具体实现之前,不得不提Android的架构四层机构,具体如下图所示。
    在这里插入图片描述

    图1 Android四层架构

    开发Android应用程序,最主要就是以下四部分:活动/界面、服务、广播接收器、内容提供者。
    对于本系统而言,要想实现手机远程操作,开发Android客户端必须包含以下三个部分的内容:网络数据的上传,网络数据的下载以及socket编程。

    本设计采用的是C/S就客户端/服务器端模式,通过任意的网络协议通信,因此需要特定的客户端软件。

    1 Android客户端实现原理

    1.1初始化通信协议</

    展开全文
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    智能家居通常意义上的智能家居是指使用计算机技术、网络技术、综合布线技术、传感器技术和设备自动控制技术建立家庭或楼宇智能化管理平台,通过信息管理平台将与家居生活相关的各种设施管理起来。智能家居信息系统的建立需要使用RFID标签、RFID读写器、各类传感器、仪表、继电器和执行器等各种硬件设备,这是一个典型的复杂实时信息系统。

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    万次阅读 多人点赞 2016-03-09 09:54:59
    基于ZigBee和STM32的智能家居控制系统的设计与实现(一) 时间过的好快,已经到了做毕业设计的时候了,本次毕业设计题目是自己选的,为什么做这个?原因很简单,想把自己所学的大部分知识都应用上,虽然以后工作了不...

    基于ZigBee和STM32的智能家居控制系统的设计与实现(一)

           时间过的好快,已经到了做毕业设计的时候了,本次毕业设计题目是自己选的,为什么做这个?原因很简单,想把自己所学的大部分知识都应用上,虽然以后工作了不可能同时做这么多事情,就当时一次纪念吧!

      本次智能家居系统分为硬件部分和软件部分。系统主要原理是STM32单片机驱动各个传感器模块采集数据,然后发送给ZigBee终端,ZigBee终端在接收到数据后发送给协调器,协调器是和ARM开发板相连接的,ARM开发板收到数据后进行相应的解析并显示在界面上。其中ARM开发板上跑的是使用Qt编写的程序,经过交叉编译后移植到了开发板上。

    系统的整体结构是这样子的

    这里写图片描述

      以下是ARM板上程序的大概样子

    智能家居主界面

    智能家居主界面


      主要的功能就是实现对家庭中环境进行检测,包括温度、湿度、烟雾浓度,当这几个参数超过预设值时发出报警,给与提示。系统通过模式LED灯的亮灭实现对家庭灯的控制。这是主控制界面:
    智能家居主界面

    智能家居控制界面


      系统目前图片资源还不匹配,等后期再进行修改,还有好多地方需要进行修改,后期完成后会进行更加详细的介绍,这里只列出几个主要界面,让大家可以看清楚这是个什么东东。       
    智能家居主界面

    智能家居–客厅管理界面


      这里只是简单的介绍了 下系统的基本运行过程和几个主要的界面,后面几篇博客会分别介绍每一个模块的驱动编写到最后的整合,数据的发送,数据解析,应用程序的移植等等!


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    2018-09-01 17:27:56
    智能家居控制系统
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