远程智能家居控制系统

河北工业大学硕士学位论文远程智能家居控制系统姓名：薛永江申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：耿恒山20081201河北工业大学硕士学位论文i远程智能家居控制系统摘要随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。电信、Internet、电视网三种网络的合而为一，是未来网络媒体发展的趋势，是当前竞相开发的热点，而文章就是在这样的背景下，实现了三网中移动网与家庭无线网络的结合，提出了一种采用GPRS技术与蓝牙无线技术来完成对智能家居系统的设计，该系统全部采用无线通信技术来完成，省去了重新布线的问题，而且把GPRS远程通信技术加入到智能家居的系统中，从而使用户在千里之外可以随时了解家中的情况并对家用电器进行控制。文章首先分析了智能家居的国内外发展的现状，并对传统智能家居的特点进行分析，提出了基于短距无线网络的现代智能家居系统是将来的发展趋势。接着对智能家居控制的系统构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于蓝牙技术是目前最适合无线家居控制系统的无线标准。分析了GPRS网络的结构以及GPRS的技术优势之后，又从蓝牙协议的体系结构，蓝牙主机控制接口（HCI），蓝牙数据流和控制流，蓝牙技术的应用规范，微微网（piconet）等方面对蓝牙技术进行了研究。然后提出了本系统的总体设计方案，以及各个功能模块的硬件选型方案。再之后根据系统软件环境的需求，构建了嵌入式Linux系统软件平台。最后从系统和应用的角度来研究智能家居控制网络，设计了一个基于近距离无线技术的智能家居控制系统，主要采用GPRS无线通信模块与新一代无线网络通信技术蓝牙相结合，实现了通过手机短信对家庭电器进行控制。关键词:GPRS，蓝牙，智能家居，嵌入式系统远程智能家居控制系统iiTHEREMOTECONTROLSYSTEMOFSMARTHOMEABSTRACTAlongwiththeenhancementofnationaleconomyandthescienceandtechnologylevel,speciallythecomputertechnology,thecommunication,thenetworktechnology,thecontroltechnologyswiftdevelopmentandtheenhancement,urgedthefamilytorealizethelifemodernizationcomfortably,theenvironmentsafely.Smarthomealsoispreciselyarisedinthissituation.Telecommunications,InternetandTelevisionarecombined，thenetworkmediaisthefuturedevelopmenttendency.Inthiscontext,theachievementofthetelecommunicationsnetworkandhomewirelessnetworkcombined.UsingGPRStechnologyandBluetoothwirelesstechnologywasproposedtocompletethesmarthomesystem.Wirelesscommunicationstechnologyisusedinthesystemwhichtobecompleted,eliminatingthere-wiringissues.GPRStechnologyisusedinsmarthomesystem,sothattheusercancontrolthehomeapparatusthousandsofmilesaway.Firstly,thisarticleanalyzesthedevelopmentofthesmarthomeofthestatusathomeandabroad,andanalyzesoncharacteristicofthesmarthome,pointsoutthesmarthomesystembasedontheshortdistancewirelessnetworkmodernintelligenceisdevelopmenttendencyinthefuture.Aftertheanalysisofthesmarthomecontrolsystemarchitectureandrelatedkeytechnologies,itpointsoutthatBluetoothtechnologyisthemostsuitableforwirelesshomecontrolsystem.AfteranalysisoftheadvantageoftheGPRSnetwork,andthestructureoftheGPRStechnologyadvantage,andstudytheBluetoothprotocolarchitecture,Bluetoothhostcontrolinterface(HCI),Bluetoothdataflowandcontrolflow,theBluetoothtechnologyspecification,piconetandsoon.Thenitgivesthesystemdesignprogram,andthevarioussolutionofthehardwaremodulesselection.Thenaccordingtotheneedofthesystemsoftwareenvironment,constructtheembeddedLinuxsystemsoftwareplatform.Thenstudiesonsmarthomecontrolnetworkfromthesystemandtheapplicationaspect,designedthesmarthomecontrolsystembasedontheshort-rangewirelesstechnology，mainlycompletedtheGPRSwirelessconnectionmoduleandnewgenerationofwirelessnetworkcommunicationBluetoothcombined,hascompletedthecontroloftheswitchofelectricequipmentbysendingtextmessages.KEYWORDS:GPRS,bluetooth,smarthome,embeddedsystem原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1课题研究的背景近年来计算机、自动控制和通信技术的发展，己经深刻地改变了人们的工作方式，极大地提高了企业的生产效率，为社会创造了巨大的财富，相比之下带给个人和家庭生活的好处却十分有限，传统的居家方式并没有因信息时代的到来而产生多大变化。家电产品种类日益增多，分散控制给人们带来了极大的不便，作为社会组成的基本单元——家庭几乎成为信息时代的孤岛。在这样的背景下，人们开始关注居住环境，注重家居环境的安全、健康、便捷和舒适，如何有效地在家居环境中组建家庭信息网络，将各种家电产品结合成一个有机整体，并通过它对家电设备进行集中或异地的智能化控制与管理，并且能够与外界进行信息交流，更好地为人们提供家居环境的各类信息，开发网络化、智能化、数字化的新型住宅。从而引发了一个极具吸引力的市场：智能家居系统。“智能家居”(smarthome)，又称智能住宅，它利用先进的计算机技术、嵌入式系统技术、网络通讯技术和传感器技术等，将家中的各种设备(照明系统、环境控制系统、安防系统、智能家电等)有机的连接到一起。智能家居让用户采用更方便的控制家用设备，根据场景设定设备动作，使多个设备形成联通的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网等。智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而在最大程度上给用户提供高效、便利、舒适与安全的居住环境和工作环境[1,2]。智能家居是近几年产生并迅速崛起的一种新型家居住宅，而家居的智能化是其最重要最基本的内容，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代技术的完善综合。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。但是，当前的智能家居产品大都基于有线通信技术，系统成本高，设计周期长，维护不方便，较难适应当前的发展形式，同时智能家居技术在我国还是刚刚起步，许多技术标准都还不统一，还有很多工作需要做。随着智能家居的发展和人民生活水平的提高，人们对于智能家居系统的要求也不断提高，如何实现家庭设备网络化综合管理是智能家居系统要解决的首要问题，智能家居远程控制系统正是为了实现这一目标。然而目前在智能家居中的远程控制系统在设备的管理以及设备之间的联动上仍存在不少问题。因此加强这方面的研究，如何选取合适的技术，进行合理的方案设计，进而组建一种符合我国国情的、具有自主知识产权的智能家居系统己成为当前智能家居领域中极富挑战的课题。本设计课题就是在这种背景下，经导师悉心指导下选定的。远程智能家居控制系统2§1-2智能家居及其控制系统的发展现状1-2-1智能家居系统国外发展现状世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅迪格州出现，当时只是对一座旧式大楼进行了一定程度的改造，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。从那以后，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和地区先后提出了各种智能家居方案。1998年5月，新加坡举办了“亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”，在会上展示了模拟的“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。该系统提供了以下功能：三表抄送、安防报警、可视对讲、集中化监控、家电控制、有线电视接入、电话接入、住户信息留言、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入、系统软件配置等。2000年，在新加坡有近30个社区的近5000户家庭采用了这种家庭智能化系统；美国则有近4万户家庭安装了这类系统。资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000～9000美元之间，而目前的费用已经大大降低。就目前的发展趋势分析，预计今后两年内将有近1亿的家庭构建家庭网络，根据美国一家权威市场调查机构资料显示，2003年，建设网络化家庭所带来的市场总值高达4500亿美元，其中3700亿美元是智能信息家电硬件产品的价值，其余是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统已日趋成熟，预计到2010年，50％以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。同时，由于