用于智能家居的室内监控无线传感网络关键技术

摘要

随着智能分析技术、网络技术的迅速发展以及生活水平的提高，人们开始更加注重家居环境的安全，伴随着人们需求的提高，基于无线传感网络的室内监控系统应运而生。室内监控系统主要是利用手机和电脑将家庭的安保防护与互联网、移动网络紧密结合，实时监控家居安全。智能家居监控系统还能实现对家中各项数据的监测，使得家庭和外部网络流畅地交流，在节约各种能源的基础上，增强了家居环境的安全性。因此，基于无线传感器网络的室内监控系统的研究十分有意义。本论文的主要工作包括以下几个方面:
　　在深入研究国内外关于智能家居发展的现状和智能家居的无线传感网络监控系统技术特点的基础上，提出了一种基于无线传感网络的室内监控系统方案。
　　设计智能家居室内监控节点，包括传感节点、控制节点、中继节点。给出了详细的硬件设计，对电路原理以及PCB布板进行了详细阐述。
　　设计智能家居室内各类监控节点的软件。传感节点能够正确的采集环境信息，通过无线传感器网络将数据一层一层的传送到家庭网关;同时，家庭网关能够将控制指令无线传送给控制节点，控制节点完成相应操作后将设备状态信息反馈给家庭网关。中继节点能够准确地完成数据转发，增加节点间的传输距离。
　　开发适用于智能家居室内监控系统的无线自组网程序和实现时间同步关键技术。采用CTP协议，将室内监控系统无线网络节点本地采集的数据或者来自其他节点的转发数据沿着汇聚树的发送给它的父节点，再逐步向上传送，直到家庭网关。采用TPSN和DMTS两种同步技术相结合的方案，保证了时间同步的需求的同时，减少了网络资源消耗。
　　构建智能家居室内监控节点性能测试环境，测试与分析传感节点、控制节点以及中继节点;设计系统自组网的测试方案，并对测试结果进行分析，验证设计的有效性和可靠性。
　　本课题设计的基于无线传感器网络的室内监控系统，能够有效地采集室内的环境数据，并能将这些数据进行有效地处理与汇总，通过控制节点实现对家用电器进行自动与手动联动控制。在追求一个舒适、安全、方便和高效的生活环境的今天，具有广阔的应用前景和良好的社会经济效益。

目录

声明

摘要

图清单

表清单

缩略词

第一章 绪论

1．1 本课题研究背景及意义

1．2 国内外应用及研究现状

1．3 本课题主要研究内容

1．4 本文的组织结构

第二章 智能家居室内无线传感网络监控系统总体方案

2．1 智能家居无线传感网络系统概述

2．2 智能家居室内无线传感网络监控系统方案

2．2．1 智能家居无线传感网络室内监控系统硬件方案

2．2．2 智能家居无线传感网络室内监控系统软件方案

2．3 本章小结

第三章 智能家居室内无线传感网络监控系统硬件设计

3．1 智能家居室内传感节点硬件设计

3．1．1 处理器模块设计

3．1．2 无线通讯模块设计

3．1．3 电源模块设计

3．2 智能家居室内控制节点硬件设计

3．3 智能家居室内中继节点硬件设计

3．4 智能家居家庭网关硬件平台介绍

3．5 本章小结

第四章 智能家居室内无线传感网络监控系统软件设计

4．1 TinyOS操作系统及nesC语言简介

4．1．1 TinyOS操作系统简介

4．1．2 nesC语言简介

4．2 智能家居室内监控传感节点软件设计

4．2．1 标准I2C接口输出型传感器软件设计

4．2．2 非标准接口输出型传感器软件设计

4．2．3 串口输出型传感器软件设计

4．2．4 电压信号输出型传感器软件设计

4．3 智能家居室内监控控制节点软件设计

4．4 智能家居室内监控中继节点软件设计

4．5 本章小结

第五章 智能家居室内监控节点自组网和时间同步设计与实现

5．1 智能家居室内监控节点自组网设计与实现

5．1．1 智能家居室内监控节点自组网总体方案

5．1．2 CTP协议

5．1．3 CTP协议软件实现

5．2 智能家居室内监控节点时间同步设计与实现

5．2．1 时间同步概述

5．2．2 智能家居室内监控节点时间同步方案

5．2．3 智能家居室内监控节点时间同步误差分析

5．2．4 智能家居室内监控节点时间同步软件实现

5．3 本章小结

第六章 智能家居室内监控节点性能测试与分析

6．1 智能家居室内监控节点性能测试环境搭建

6．1．1 Crimson Editor代码编译工具

6．1．2 Cygwin平台

6．1．3 AVR Studio4仿真开发环境

6．2 智能家居室内传感节点性能测试

6．2．1 基于TSL2550传感器光照采集测试与分析

6．2．2 基于SHT11传感器温湿度采集测试与分析

6．3 智能家居室内控制节点性能测试

6．4 智能家居室内中继节点性能测试

6．5 智能家居室内监控节点自组网测试方案

6．6 本章小结

第七章 总结

7．1 主要成果与总结

7．2 不足与改进

致谢

参考文献

作者简介