硕士论文-基于无线通信的家居控制系统的研制

重庆大学硕士学位论文基于无线通信的家居控制系统的研制姓名：王华华申请学位级别：硕士专业：仪器科学与技术指导教师：龚卫国20060401中文摘要I摘要随着科学技术的发展和人们物质生活水平的不断提高，人们对生活的安全、舒适、方便等方面的要求越来越高。技术的发展推动社会信息化的不断发展，特别是智能家居、信息家电等概念的出现，使家庭作为社会信息终端的作用日趋显著，人们对家居控制系统等智能家居产品也充满了期待。论文分析了家居控制系统的起源、发展和研究现状，在对相关技术进行分析论证的基础上，针对目前移动通信工具比较普及，家居内部以传统电器为主的特点，提出通过移动通信手段实现家居的对外联系，通过红外通信技术实现家居内部的互联和传统家电控制的方案，实现了家居控制系统互联和控制的功能。论文给出了基于无线通信的家居控制系统的总体设计方案和部分实现细节，主要工作包括：1.针对家庭网络中，用户需要远程控制、查询各种家居信息的功能需求，制定了即适宜家居控制系统实际需要，又与工业自动化网络中流行的Modbus协议相兼容的家居控制协议；2.在Linux系统下，使用C语言编写了通过ETPro-201AiGPRSMODEM接收、发送短信息(SMS)的程序，并按照制定的家居控制协议，实现了手机与家居控制系统的通信；3.对MMS发送的原理、数据包结构进行了深入分析，并参与了相关软件开发工作；4.分析了家电红外控制的相关协议，并采用自学习的方法，实现了对传统红外控制家电的远程控制；5.完成了基于PIC16F877单片机的红外遥控自学习模块、家电控制模块、家居状况监控模块及家居安防模块等家居控制系统外围硬件的制作和相关软件的编写，与基于EBD2440开发板的家庭控制器构成完整的家居控制系统，并通过试验对系统进行了测试。基于无线通信的家居控制系统把人们日常所用的通信工具作为家居控制系统的移动终端，使人们随时随地可以控制、查询家庭状况，拓展了人们的生活空间。试验结果表明，采用该方案搭建的家居控制系统使用方便、通用性好、控制响应时间短，能满足人们的日常生活需要。关键词：无线通信，SMS，MMS，PIC16F877，家居控制系统英文摘要IIIABSTRACTWiththedevelopmentoftechnologyandadvancementofpeople’slivingquality,peopleturntopaymoreattentiononlife’ssecurity,comfort,convenienceetc.Theimprovementsoftechnologyhavequickenedthecomingofinformationage.Especiallyinthefieldofintelligenthouse,home,astheinformationterminal,hasgraduallyshownitsimportanteffect,andthere’smoreandmoreexpectationontheproductsofintelligenthousecontrolsystems.Thispaperincludestheintelligenthome’sderivation,developmentandachievementsnowadays.Weobservethatthetoolsofmobilecommunicationsarecommonplacesnowandthetraditionalappliancesstillplaythemainroleathome.So,accordingtoouranalysisanddemonstrationontherelatedtechnology,weproposedthemethodofcommunicationbetweenhouseandtheoutsidethroughmobilecommunication,andusedthetechnologyofinfraredcommunicationtorealizetheinsideappliancescommunicationandappliancescontrol.Here,wepresenttheoveralldesignofourwirelessbasedintelligenthomecontrolsystems.Partsofthesystemwhichhavebeenrealizedareshownbelow:1.Tomeetclients’needsofremotecontrolandqueryingtheappliances’information,weestablishedthehomecontrolprotocol,whichiscompatiblewiththeModbusprotocol.2.WecompletedtheSMSsendingandreceivingthroughETPro-201AiGPRSMODEM(inlanguageC,underLinux)andrealizedthecommunicationbetweenmobilephoneandhomecontrolsystemaccordingtotheself-establishedhousecontrolprotocol.3.WegottoknowthetheoryofMMSsendingandthepacketstructureandtookpartinrelatedprogramming.4.Weanalyzedappliances’infraredcontrolprotocol,andusedtheself-learningmethodtorealizetheremotecontroloftheinfraredcontrolledappliance.5.Wecompletedtheself-learning,houseappliancecontrol,housemonitorandhouseguardmodulesandtheirrelatedprogrammingonthePIC16F877singleprocessor.AllofthesetogetherwiththeEBD2440areintegratedtobeawholeintelligenthomecontrolsystemandhavebeentested.Usingthetechnologyofmobilecommunication,intelligenthomecontrolsystemisabletoexpandclients’activityspaceandmakeiteasytocontrolandqueryhouse重庆大学硕士学位论文IVcondition.Alltestsprovethissystemtobeconvenient,compatibleandresponsequickly.Itcanmeettheneedsofclients’dailylife.Keywords:wirelesscommunication,SMS,MMS,PIC16F877,homecontrolsystem1绪论11绪论随着网络通信技术、计算机技术、电子技术和智能传感技术的发展和人们物质生活水平的不断提高，人们对生活的安全、舒适、方便和符合绿色环境保护等方面的要求越来越高，同时技术的发展也促进社会信息化的不断推进。家庭是社会最基本的要素，家庭信息化既是对社会信息化的支撑，也是社会信息化的必然要求。上海、深圳等东部沿海城市甚至开始通过地方法规等行政手段逐步推进智能社区、智能家庭等社会基础元素的信息化进程。家居控制系统作为智能家居系统的重要组成部分，无疑是其中的重要技术手段和今后社会的基础信息结点。开发智能家居相关产品不仅能够满足人们生活的需要，对整个社会信息化进程的推动作用也不可忽略。1.1概述自1984年世界上第一幢智能建筑在美国出现后，“智能家居”逐步走入人们的视野，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居方案，并在美国、德国、新加坡、日本等国得到应用[1]。20年后，智能建筑也在我国扎根发芽，并从单一的建筑单元深入到家庭个体中，智能家居逐步形成。“智能”也从20多年前简简单单的电话通话，发展到现在遍及人们生活的每个环节：智能控制灯光、智能控制开关门、智能化冰箱、智能操作的洗衣机、智能防盗系统、智能调节室温感应等。智能家居[2]，或称智能住宅，在英文中常用SmartHome。同时与智能家居含义近似的还有家庭自动化(HomeAutomation)、电子家庭(ElectronicHome、E-home)、数字家园(DigitalFamily)、家庭网络(HomeNet/NetworksforHome)、网络家居(NetworkHome)、智能家庭/建筑(Inte1ligentHome/Building)，在香港、台湾等地区还有数码家庭、数码家居等称法。什么是智能家居？达到一个什么样的标准才可以称之为智能家庭？至今尚没有取得一致的认同。尽管名称五花八门，但它们的含义和所要完成的功能大体是相同的[3]：首先，它们都要在家居中建立通信网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测；其次，它们都要通过一定的媒介，构成与外界的通信通道，以实现与外部世界的信息沟通，满足远程控制、监测和交换信息的需求；最后，它们的目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。可以看出，智能家居是一个典型的集计算机、通信和消费在一起的重庆大学硕士学位论文23C(Computer、CommunicationandConsumer)系统，利用先进的计算机技术、网络通信技术、电子技术和智能传感技术，将与家居生活有关的各种子系统有机结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效，是整个世界所形成的巨型网络的末端。把自动控制技术以及计算机网络技术、通信技术引入家居，实现对家用电器设备自动控制和调节的家居控制系统是智能家居中必不可少的基础组成部分。智能家居的功能分为三个层次[4]。首先是实现家庭网络监测与局域网/Internet的连接与通信；其次是实现远程的控制与浏览；第三是作为家庭媒体中心，实现音频和视频信息的综合预处理。三个层次内容逐层推进，前者是后者的前提和基础。显然，家居控制系统所要实现的是智能家居系统第二层次的功能，可以说，家居控制系统是第二层次的智能家居，同时家居控制系统也是智能家居最基础、最实用的组成部分，是智能家居发展的主要方向之一。智能家居或家居控制系统由多种家庭信息终端或家用电器设备组成，要想将各成体系、互不相连的子系统协调起来，必须有一个兼容性强的家庭控制器和满足信息传输需要的家庭网络。家庭控制器是系统的心脏，通过它实现系统信息的采集、信息输入、逻辑处理、信息输出、联动控制等功能。家庭网络是系统的经脉，其包括两个层面：首先就是家庭信息终端之间的互联问题，也就是使不同家庭信息终端之间能够互相识别，协同工作；第二个层面是解决家居内外的沟通问题，使家庭中的信息网络真正成为世界网络的延伸。两者协调工作才能构成一个完整的集家居通信、家居设备自动控制、家居安全防范等功能的家居控制系统[4][5]。1.2家居控制系统技术现状1.2.1家庭网络技术现状要实现对家居状况的远程监测和对家庭信息终端的互操作，家庭网络的组网和接入是需要解决的关键问题[7]。从网络连接的角度看，家庭网络是指在家庭和社会的信息网络相连之前，将家庭内部所有的终端设备连接起来而形成的网络。家庭网络技术的最终目标是使家居环境中的所有电子设备互联，电子设备之间、电子设备与外部环境之间能够相互通信[6]。国际上对家庭网络的研究起源于20世纪70年代，主要集中在美国、日本、德国、英国、法国等发达国家