基于wifi的智能家居系统

基于wifi的智能家居系统设计报告组员：组号：指导教师：11.智能家居系统简介随着社会的发展，人民生活水平的提高，越来越多的人感受到智能家居系统方便，智能家居（英文：smarthome,homeautomation）是以住宅为平台，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、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居的概念起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（UnitedTechnologiesBuildingSystem）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州（Connecticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居派的序幕。智能家居系统的功能如下所示：(1)始终在线的网络服务，与互联网随时相连，为在家办公提供了方便条件。(2)安全防范：智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情，系统会自动向中心发出报警信息，同时启动相关电器进入应急联动状态，从而实现主动防范。(3)家电的智能控制和远程控制，如对灯光照明进行场景设置和远程控制、电器的自动控制和远程控制等。(4)交互式智能控制：可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能家居的主动性动作响应。(5)环境自动控制。如家庭中央空调系统。(6)提供全方位家庭娱乐。如家庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。(7)现代化的厨卫环境。主要指整体厨房和整体卫浴。(8)家庭信息服务：管理家庭信息及与小区物业管理公司联系。(9)家庭理财服务。通过网络完成理财和消费服务。(10)自动维护功能：智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断、新功能自动扩展。2图1智能家居系统原理图2.WiFi技术简介Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线电信号。[1]无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的3有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问接入点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，无线保真更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。图2WiFi连接结构图3.系统硬件组成本系统由核心控制板、WiFi联网模块、路由器、服务器(PC)、四路继电器电路、DS18B20温度传感器等组成一个简化的智能家居模型，动手实现基于WiFi技术的智能家居的模型，体验科技带来的便利，感受电子世界的美丽。硬件结构框图如图3所示。4核心控制板Wifi模块服务器（PC)温度传感器路由器四路继电器模块被控制端图3硬件结构框图3.1核心控制板(1)核心实训板如图4所示。图4核心控制板图5(2)STC89C52STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。主要特性：a)8K字节程序存储空间；b)512字节数据存储空间；c)内带4K字节EEPROM存储空间；d)可直接使用串口下载。(3)UART接口通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)，通常称作，是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。将资料由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片，通常集成于其他通讯接口的连结上。计算机内部采用并行数据，不能直接把数据发到Modem，必须经过UART整理才能进行异步传输，其过程为：CPU先把准备写入串行设备的数据放到UART的寄存器（临时内存块）中，再通过FIFO（FirstInputFirstOutput，先入先出队列）传送到串行设备，若是没有FIFO，信息将变得杂乱无章，不可能传送到Modem。6它是用于控制计算机与串行设备的芯片。作为接口的一部分，UART还提供以下功能：将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部并行数据的器件使用。在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验。在输出数据流中加入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。处理由键盘或鼠标发出的中断信号（键盘和鼠标也是串行设备）。可以处理计算机与外部串行设备的同步管理问题。3.2以WiFi模块为核心的无线网络一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问接入点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，无线保真更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。如图4所示为以WiFi为核心的无线网络。7图5以WiFi为核心的无线网络(1)服务器本文是一台PC机，作为一个开放的教学模型，也能使用其他嵌入式核心系统板来代替和扩展，仅要将其设置为服务器即可。(2)路由器路由器(Router)，又称网关设备(Gateway)是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。其是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。路由器如图5所示。图6路由器(3)WiFi模块a)WiFi模块引脚分步WiFi模块引脚分步图如图6所示。各个引脚的功能描述详情如图7所示。8图7WiFi模块引脚分步图图8WiFi模块引脚功能详情b)电平转换模块电平转换模块如图8所示。图9电平转换模块由于WiFi模块的所需电平电压为3.3V，而核心板的供给电压为TTL的高电平电压5V。因而借助电平转换模块将5V电压转换为3.3V电压。9其中接线方式为接线如图9所示。具体如下：①实训板电源连接电平转换模块的输入端实训板+5V—电平转换模块VIN实训板GND—电平转换模块GND②Wifi模块连接电平转换模块的输出端电平转换模块VOUT—Wifi模块第2脚电平转换模块GND—Wifi模块第1脚③Wifi模块连接到PC串口（通过实训板的串口转USB电路）Wifi模块第5脚—实训板P3.0Wifi模块第6脚—实训板P3.1给系统供电（打开实训板电源），等待大约3-6秒，wifi模块启动完成。图10接线方式(4)相关AT命令AT+UART=9600,8,1,None,NFC//设置/查询串口通信参数AT+MID//查询模块ID（默认USR-WIFI232-T）AT+WRMID=USR-WIFI232-TYX//设置模块IDAP+TCPserver通信模式AT+LANN=10.10.100.254,255.255.255.0//设置/查询AP模式下的网络参数AT+WAP=11BGN,USR-WIFI232-TXY,CH1//设置/查询AP的WIFI参数STA+TCPClient通信模式AT+WSSSID=Tenda_YX//设置/查询关联AP的SSIDAT+WSKEY=WPA2PSK,AES,12345678//设置/查询STA的加密参数AT+WANN=static,192.168.0.XX,255.255.255.0,192.168.0.1//设置/查询STA的网络参数设置10AT+NETP=TCP,Client,8899,192.168.0.100//设置/查询SockedA连接的服务器的端口和IPAT+WMODE=APSTA最后将通信模式修改为AP+STA模式TCP(5)测试软件USR-WIFI232-SetupV1.2.0，串口调试助手，有人网络助手。其中串口调试助手的界面如图11所示。图11(6)测试过程a)AT命令修改模块参数打开USR-WIFI232-SetupV1.2.0,设置实际的串口号，波特率设置为115200，单击“打开串口”按钮。①发送“AT+MID”，查询当前模块名称。②发送“AT+WRMID=USR-WIFI232-TXX”修改模块名为USR-WIFI232-T08③发送“AT+UART”，查询当前串口参数（出厂默认为AT+UART=115200,8,1,None,NFC）。④发送“AT+UART=9600,8,1,None,NFC”，修改串口波特率位9600。⑤模块重启，点击Alt+Z。USR-WIFI232-SetupV1.2.界面如图12所示。11图12USR-WIFI232-SetupV1.2.界面b)手机WiFi控制单片机①Wifi模块连接到单片机串口，启动模块。Wifi模块第5脚—实训板P3.1/TXDWifi模块第6脚—实训板P3.0/RXD②安装手机软件“USR-TCP-Test（有人网络助手）”③手机WLAN搜索WiFi设备AP，连接WiFi模块。④打开手机软件“USR-TCP-Test（有人网络助手）”，以客户端形式连接wifi模块IP（默认为10.10.100.254）。⑤手机与单片机通过wifi模块进行无线通讯，即发生一些数据指令。c)模块设置为APSTA+TCPServer方式①给WiFi模块供电（借助电平转换模块和实训板），启动WiFi模块。②电脑连接wifi模块AP（需要PC具有wifi连接功能）。Ⅰ.搜索WiFi热点名