智能家居开题报告.doc

烟台大学文经学院
毕业设计开题报告

学生姓名： 王明昌 学 号： 201090513106
专 业： 通信工程
设计题目： 智能家居控制系统
班级 ： 文通104-1
指导教师：

2014 年 3 月 1 日

1．本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势
1.1研究意义
目前智能家居系统有了一定的发展，并且市场上也开始出现相应的产品，但从总体的发展来看，不容乐观，特别是统一标准和权威产品的缺乏严重影响了家居智能化的发展。随着科技的提高，经济的发展，人们的物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心部分——智能家居控制系统也越发显得重要。家居智能化控制的开发和建设是未来国家、经济发展的必然趋势。 智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案，使住户的控制更便捷，更高效，更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。而且在现在这个注重绿色环保的世界里，智能的为住户控制好空气的湿度、温度等，检查分析空气成分，让住户安心入住。无线传感网络技术应用于智能家居领域，其原因是随着高科技产品在现代及未来家庭生活中的应用，同时在使用过程中存在一定的问题，如煤气管道、热水器以及其他大容量的家用电器的使用，会因为操作不当产生危险或者因为工作时间紧凑，为了舒适安全的环境，所以家庭智能系统的研究具有相当重要的意义。
其二是市场前景广阔，因为安全和智能对在未来生活中的是每一个家庭都有重要意义，所以该系统的应用范围是相当广泛的。
其三是其典型性和可移植性，如果在智能家居中实现了，那么该技术可以移植到其他很多系统之中，比如说智能大楼，智能医疗系统，而只需做部分应用方面的修改。
1.2国内外研究现状
1984年，世界上第一座智能建筑在美国出现。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的方案。
国外智能家居的发展起步较早，由于国外的住宅多以分散型为主，智能家居系统多数直接与市政系统相连，导致国外的智能家居系统多数是独立安装，个性化比较强。智能家居在美国、德国、新加坡等国都有广泛的应用。目前在新加坡已有30个社区近5000户的家庭、在美国近四万户家庭安装采用了家庭智能化系统。新加坡模式的家庭智能化系统包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板等。
目前我国的家庭智能化系统还处于从无到有的初级发展阶段，家庭智能化系统构成形式和手段还没有统一的标准。尽管智能家居在我国起步较晚，但发展非常迅速。各大厂家已经推出了具备各自特点的智能家居系统，由于国内的住宅多以住宅小区为主要方式，因此，目前常常会从一个小区的智能化角度来看待家庭的智能化，这也就是目前国内比较流行的“智能小区”。随着智能家居系统在国内的逐步发展，越来越的家庭认识到，目前的这种智能小区系统，不能很好地体现出个体的需求，对于有些家庭来说，监控系统显得比较重要，而另外的家庭会更加注重家电设备的智能化，这样的问题就使得智能家居的发展逐步迈向个性化和人性化的方向。
1.3发展趋势
目前国内智能家居控制仍多采用传统控制方式，传统控制系统一般是通过有线的方式来组建的，功能需求越多安装越复杂，它具有以下几个弊端：1.布线复杂，安装空间大；2.电缆用量大，浪费材料；3.系统功能固定，扩展性差；4.运行维护成本高，损耗能量；5.移动性能差，且影响美观。总总原因，总线制智能家居在现在不符合潮流，已经趋于被市场淘汰。
“无线”和“环保”将成为智能家居行业的俩大趋势。
Zigbee的基础是IEEE 802.15。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的近程、低速率、低功耗的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本、自组网、高可靠、超视距的特点。主要适合应用于自动控制和远程控制等领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的、低功耗、自组网的近程无线通讯技术，引领智能家居主流产品走向商业化。
目前智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都是基于自己组的网络和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的，部分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。再者，缺乏对应的第三方产品，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，不利于产品的扩充，因而进一步局限了产品的发展。再加上，有的系统成本过高，严重影响了产品的普及。因此设计一个符合国家国情和规范的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统是非常具有现实意义的，且势在必行。 作为智能家居的核心系统的智能家居的控制系统，它的设计功能的完善必将推动住宅智能化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。
2、本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施
2.1基本内容：
本课题主要研究无线传感器及无线传感器网络平台在智能化家居系统中的应用。
2.2预计可能遇到的困难：
1：网络内通信问题。家庭内部设备众多，因此要选择好解决方案使家庭内部的各种设备间可互相通信，使家庭内部数据和外部网络能相互联通。
2：系统能量供应问题。
3：无线传感器网络系统的软件设计问题
2.3解决问题的方法和措施：
1：家庭内部网络有众多的种解决方案，主要是有线，无线方式以及有线与无线混合。通过相互比较选择合适的解决方法。

智能家居系统的组成框架
2：目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络能量收集技术和电池无线充电技术。
3:选用ZigBee无线传输技术，在选用过程中介绍其各种内容并与其它技术相比较。

系统名称
IrDA
Bluetooth
HomeRF
ZigBee
终端设备费用
低
低
一般
低
电池使用（天）
长
1-7
100-2000
100-1000
通信范围
1M
1-10CM
10m
10-75m
传输速度
1-4Mbps
1Mbps
最高1Gbps
20-250kbps
网络节点
2
7
2
255/65535
优点
短距离
低成本，易操作
定位精确
可靠低功耗，低成本
复杂性
复杂
复杂
复杂
简单

3．本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析
研究手段：
1. 通过查阅资料了解无线传感器网络的智能家居系统组成和功能：
智能家居系统的组成：智能家居控制器主机，家庭通信网主机单元，家庭设备自动化单元，家庭安全防范单元
智能家居控制器功能：通过总线与各种类型的模块相连接，通过电话线路。计算机互联网、CATV线路与外部相连接。通过利用个人电脑或网络电视，主用户设置控制命令（开关控制、时间表控制或联动控制）。根据设置在内部的时钟功能，和内部的软件程序，执行控制命令，并向单元控制模块传达命令，对联接的各种家电进行控制。
2. 对其内部的线路进行设计与分析：
家庭内部组网主要是解决各种信息设备之间的数据传输。家庭内部的各种设备间可
互相通信，并把外部网络传入的数据传输到相应的设备上去，同时可以把家庭内部数据传输到外部网络。目前关于家庭内部网络有许多种解决方案，主要是有线，无线方式以及有线与无线混合传统的有线方式包括电力线载波X．10和CEBus、电话线的HomePNA、以太网IEEE8023以及专用总线Lonwbrks和IEEEl394等。随着技术的进步，出现了很多无线传输方式，例如红外通讯技术、蓝牙技术、wi—Fi技术，HiperLAN以及近年兴起的ZigBee技术等。
3. ZigBee无线网络拓扑的介绍：
ZigBee网络包括以下三种网络结构：星型网络、树型网络、散射型网络。在论文中将会对这三者进行介绍。
4. 能家居系统内部功能节点的设计:
ZigBee技术只是应用的载体，只有当它与家庭中的具体应用相结合时，才能实现家
居网络的各种监控和管理功能。家庭网络中的各种终端设备实现具体的功能应用，其结构构成除了包括协调器电路的无线通讯模块、微处理器模块、串口收发模块和电源模块等四个部分外，还包括传感器模块。传感器模块是实现家庭内部各种监控等应用功能的核心部件，主要负责信息的采集，并将家庭内部采集到的信息如光信号、电信号、化学信号转变为数字信号送给微处理器。在论文中将会介绍智能家居中典型节点的应用功能实现。
5.无线传感器网络的智能家居系统中节点的设计要满足的要求：
(1)网络性：节点必须能够自组织地形成采集 处理和收发监测数据的多跳无线网络系统，这就要求节点必须要有足够的存储空间和数据采集处理速度等。
(2)小型化：较小的节点不仅可以更方便地安装,而且可以部署在更多的地点,从而可以应用于更多的场合。
(3)低成本：低成本是无线传感器网络节点的基本要求，也是大规模无线传感器网络广泛应用的前提。
(4)低功耗：由于节点要满足长时间独立工作的需要，因此其必须要低功耗。
(5)灵活性：不同的应用场合对节点的能耗 采样率响应时间和数据处理能力要求都不相同。
(6)稳定性：传感器数量多，分布范围广，维护十分困难，传感器网络的软硬件必须具有高稳定性和容错性。
指导教师意见:

指导教师：

2014年3 月 日
教研室审查意见:

教研室负责人：
2014 年 3 月 日
系审查意见:

系负责人：
2014 年 3 月 日