基于嵌入式平台的无线网络智能家居系统应用研究

摘要

随着国民物质文化水平的日益提高，精神质量亟待改善。飞速发展的科技、提倡智能化物联网的热潮、快速的生活节奏、中国式的市场化居家需求等一些列内外因素大大加快了智能家居的产生和发展。虽然智能家居概念的提出由来已久，由于种种缘由，目前还不能够达到与时俱进，满足人民日益提高的生活需求。所以研究设计和优化智能家居系统具有现实意义。
　　可以说智能家居系统是大数据、物联网、人机交互、人工智能技术的产物，也是人类热爱生活，追求高端大气上档次生活质量的时代产物。
　　本文以ARM9为硬件核心模块，linux(ubuntu)为嵌入式操作系统，设计以温度、湿度、光照、气体等一系列传感器结合zigbee网络数据收发模块的家居节点，架构以嵌入式微处理器为核心的WEB服务器网关的网络环境，室内使用采用新一代协议的无线技术，外网使用有线和无线相结合的方式，PC终端使用有线，移动终端使用无线网络，从而实现对家居网络节点的集中统一监测和控制管理。
　　无线化、快速化、精简化是智能系统的发展要求。本文首先对嵌入式平台环境搭建及移植、zigbee无线通信技术相关概念进行介绍，然后在此基础上详细阐述了智能家庭网关与家具设备节点的设计与实现，结合智能家具无线网络节点的分布环境构建了嵌入式WEB服务器，通过网络使用者可以随时随地的对家居系统进行监控。
　　本文在传统技术应用的基础上，学习探索改进，精简协调器软硬件平台，设计网络速度更快的网络家居节点模块，通过分析ZigBee协议中Cluster-Tree和AODVjr算法的优缺点，提出一种基于Cluster-Tree+AODVjr的优化路由算法，此优化算法能够有效地减小路由跳数，缩短传输时延，减少网络中死亡节点的数量，提高数据传送的成功率，设计数据交换处理能力更好的嵌入式服务器等等一系列新技术手段，实现了整体系统的快速、高效、准确、灵敏、精简和成本低廉的预期目标。
　　论文最后通过对系统整体和细节模块的分析测试验证，得出了较合理而且符合设计之初预想的结论，本系统具有现实意义和应用价值，当然，在细节的处理上发现了一些非人为的不足之处，还需进一步研究和探索。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 概念和定义

1．2 研究现状和发展趋势

1．3 实际意义和应用价值

1．4 本文研究内容和组织结构

第二章 搭建平台和网络组建

2．1 嵌入式相关概念

2．1．1 硬件选型

2．1．2 芯片简介

2．2 交叉编译环境

2．2．1 交叉编译实现

2．2．2 步骤

2．3 Zigbee无线通信技术介绍

2．3．1 无线模块的选择

2．3．2 ZigBee相关概念介绍

2．4 本章小结

第三章 基于ZigBee技术的家庭控制网络的组建

3．1 总体设计

3．2 网关协调器方案选择及网络拓扑结构选择

3．2．1 协调器方案选择

3．2．2 网络拓扑结构选择

3．3 协调器节点设计

3．3．1 协调器节点硬件设计

3．3．2 协调器软件设计

3．4 设备节点设计

3．4．1 设备节点网络核心模块

3．4．2 硬件平台

3．4．3 软件平台

3．5 本章小结

第四章 嵌入式服务器设计

4．1 服务器

4．1．1 服务器相关概念

4．1．2 WEB服务器的工作原理

4．1．3 HTML语言

4．2 硬件系统结构

4．3 软件及服务器设计

4．3．1 服务器的选择

4．3．2 CGI脚本

4．3．3 BOA服务器实现

4．3．4 HTTP模块

4．3．5 CGI模块

4．4 BOA服务器移植步骤

4．5 本章小结

第五章 ZigBee网络路由算法优化

5．1 概述

5．2 ZigBee路由算法研究

5．2．1 网络地址分配

5．2．2 ZigBee路由算法

5．3 ZigBee路由算法优化

5．3．1 ZigBee路由算法分析

5．3．2 优化路由算法提出

5．3．3 优化路由算法设计

5．4 仿真与实验结果分析

5．5 本章小结

第六章 系统实现和结果分析

6．1 交互界面

6．2 EM-WEB服务器测试

6．3 系统整体性能测试

6．3．1 传感器数据采集

6．3．2 移动终端数据接收测试

6．3．3 可靠性测试

6．3．4 稳定性测试

6．3．5 安全性测试

第七章 总结和展望

7．1 全文总结

7．2 未来展望

参考文献

致谢

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