青岛市基础研究计划项目申请书-软件项目管理.doc

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青岛市基础研究计划项目

申请书

项目名称

智能家居控制系统

申请者

孙中卫

承担单位

中国海洋大学

参加单位

信息科学与工程学院

邮政编码

266100

通讯地址

青岛市崂山区松岭路238号信息学院

单位电话

05305880221

手机

15254279086

传真

电子信箱

404050771@

主管部门

教育部

申请日期

2012年9月5日

青岛市科学技术局

二〇一一年制

一、主要信息表

研

究

项

目

名称

智能家居控制系统

所属领域

电子信息

摘

要

智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器（各种模块）、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。

申请金额

50万元

起止时间

2012年12月至2014年12月

项

目

申

请

人

姓名

孙中卫

性别

男

年龄

23

学历

硕士

职称

研究生

签名

孙中卫

手机

15254279086

电子信箱

404050771@

单位名称

中国海洋大学信息科学与工程学院

通讯地址

青岛市崂山区松岭路238号信息学院

邮政编码

266100

电话

05305880221

主管部门

中国海洋大学

单位性质

教育部门

主要参加人员

姓名

年龄

学历

职称

现工作单位

签名

穆振

22

硕士

研究生

中国海洋大学信息科学与工程学院

穆振

赛序朋

硕士

研究生

中国海洋大学信息科学与工程学院

赛序朋

二、立项依据

（立项背景、研究意义、项目目标，1500字以内）。

21世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。

自从1876年，AlexanderGrahamBell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速，近十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。

现代电话网络是由程控交换机进行交换传输，移动通信也从模拟时代走向了高度数字化时代，它们的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。

随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。

电话远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。

同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。

另外电话属双工通信手段。

因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。

操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。

电话遥控部分课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。

本设计正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。

而且本设计的调试都是在线调试，已经在电信、铁通的交换机实验并且能够成功的使用移动电话进行操作。

短信息服务（ShortMessageService，SMS）是GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）系统中提供的一种GSM终端（手机）之间，通过服务中心（servicecenter）进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。

短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。

由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。

同时，他对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。

比传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。

利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。

在此以GSM网络作为数据无线传输网络，它可以应用在银行、储蓄点机房监控、电信机房动力环境监控、通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护（如移动通信基站、微波站、光纤中继站等）及其他无人值守点（如仓库、办公楼等）监控及城市公用事业实时监控维护系统像煤气调压站、自来水、污水管网和热力系统、电力系统城市中电网等情况中。

在此本系统采用了Siemens公司新一代无线通信GSM模块TC35是，它设计小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。

智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。

利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。

与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。

还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。

使生活更加舒适、便利和安全。

因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。

三、研究内容

（围绕项目目标，分层次、有条理地叙述，突出所解决的关键科学问题、研究特色和创新点。

1500字以内。

）

本文利用SM8952AC25P、MT8870、TC35modem和各类家居传感器设计制作一款智能家居控制系统样机。

实验样机的设计包括：

系统硬件的设计与调试和控制软件的编写与调试。

（1）硬件部分

智能家居控制系统其硬件部分主要由五大部分构成，即电话交换网程控交换信令部分、控制单元、传感器数据采集系统、GSM模块TC35modem与接口和电源部分。

电话交换网程控交换信令部分主要由MT8870和电压检测元件组成，它是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能；传感器数据采集系统、GSM模块TC35modem和控制单元完成报警等信号的处理和发送；电源部分则为各个部分提供工作电源。

（2）软件部分

软件设计部分主要由五大部分构成：

即数据采集与数据分析部分、电话交换网程控交换信令识别与分析部分、GSM模块TC35modem接口程序部分、分析控制部分。

其中数据采集与数据分析部分和电话交换网程控交换信令识别需要作实时处理；GSM模块TC35modem接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和电话交换网交换信令进行分时操作有利于提高系统效率。

（3）总体设计

设计并制作智能家居的模型。

用合适的材料按照现实中的住宅做一个智能化家居的模型，研究硬件电路，搭建硬件平台，把搭建好的硬件平台嵌入到智能化家居的模型中。

搭建无线网络平台，本系统拟采用超低功耗的MSP430系列单片机和低功耗的CC1100无线模块搭建无线网络平台，采用星型网络实现平台内各节点的通信。

把搭建起的无线网络平台成功的应用到智能家居上，本智能家居系统主要包括室内灯光的控制，太阳能热水器水温和水量的检测及自动上水，窗帘的自动开合的控制，厨房油烟、天然气的监测报警及自动排烟，室内温度湿度检测及控制，时间显示及无线设定修改。

通过无线网络平台将这些功能有机的组合起来，能够正常有序的工作。

本系统中存在的困难点为：

1、 无线传感器节点的组网。

2、 主机从机通讯协议的制定。

3、 无线传感器节点与家具模型的结合。

创新点：

一、本系统的超低功耗

本系统拟采用MSP430系列单片机和CC1100无线模块来搭建无线网络平台。

从硬件方面来说，MSP430系列单片机是目前业界功耗最低的16位单片机，电源采用的是1.8~3.6V电压，芯片的电流在200~400uA；CC1100无线模块也是低功耗的，工作电压也是1.8~3.6V，正常工作时的电流仅为15mA。

从软件方面来说，对于MSP430系列单片机，通过软件编程可以设定当在高速处理信息时启用高频时钟，这样可以缩短消息处理时间，减小数据包的延时，当单片机处于待机模式时可以启用低频时钟用于内部定时器的时钟源，并且同时提供给实时时钟模块作为基准时钟。

采用两个时钟协调工作大大降低了单片机以及系统的功耗。

而CC1100有三种工作模式：

正常工作模式、空闲模式和睡眠模式。

通过软件编程可以实现三种不同的工作模式的切换，可以节省大量的资源。

二、避免无线网络平台之间的干扰

本系统拟采用CC1100无线模块，CC1100的数据包协议已经固化在芯片中，使用起来非常方便，但是CC1100的数据包格式能被软件配置，可根据自己的实际情况对数据包格式进行删减，通过前导和同步词汇的设定可以实现无线网络平台之间的干扰，接着可以对地址设定，这样就可以解决无线网络平台内部节点之间的信号干扰问题。

并且还可以通过设定地址滤波和最大长度滤波实现外界信号对本系统的干扰，CRC校验还可以提高信息的准确度。

三、星型的网络结构

本系统采用星型无线网络结构，星型网络是由一个控制终端和若干个传感器终端组成。

每个传感器终端上都安装上一个处理器和一个无线芯片，主控制端通过广播的方式呼叫其他传感器终端和执行终端。

传感器终端和执行终端只有在接受到与自己地址匹配的数据包才会接受数据。

能有效解决网络冲突问题。

通过以上的技术达到：

用超低功耗的MSP430F436和CC1100无线模块成功的搭建起一个稳定的无线网络平台。

将搭建起的无线网络应用到智能家居上，实现对智能家居的无线控制。

做出一个智能家居的模型，届时会在大家面前呈现一个无线控制的智能化住宅。

依据以上的技术，探讨智能家居的未来方向。

实现本系统的技术先进，理论创新。

四、预期目标

（预期目标必须说明项目期内将完成哪些研究任务、所要达到的指标、理论上在哪些方面可能取得何种程度的突破、应用前景及对解决经济和社会发展面临的问题可能作出的贡献；论文著作发表情况、知识产权情况、获奖情况、获得其它计划支持进一步研究的可能等；应用类研究应说明主要技术指标和经济指标，应提出具体、明确的可考核的指标，避免目标空泛。

1000字以内）

1系统总体设计与分析

1.1单片机控制部分

把单片机面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。

嵌入式系统具有以下特点：

（1）面对控制对象。

如传感信号输入、人机交互操作,伺服驱动等。

（2）嵌入到工控应用系统中的结构形态。

（3）能在工业现场环境中可靠运行的品质。

（4）突出