家庭智能系统开发终稿.docx

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家庭智能系统开发终稿

大学

本科毕业设计（论文）

题目：

家庭智能系统开发

学院：

信息工程学院

专业：

电子信息工程

班级：

学号：

学生：

指导教师：

职称：

时间：

大学

本科毕业设计（论文）任务书

题目：

家庭智能系统开发

专题题目（若无专题则不填）：

原始依据（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：

工作基础：

本科阶段开设了单片机、模电、数电等课程，为课题的开展奠定了良好的理论基础。

在生产实习阶段，学生掌握了单片机系统的硬件电路设计及软件设计等方面的知识，为课题的研究提供了保障。

另外，几次的学科类比赛也为本次毕业设计课题研究打下了坚实基础。

研究条件：

硬件条件－计算机、STM32f107主控板、51单片机系统2套、RS485模块、继电器模块；软件条件－Win7操作系统、KeilMDK集成开发环境、AltiumDesigner6；

应用环境：

建筑电气设备控制、智能交通领域、工业生产与科学研究。

工作目的：

（1）使学生提高综合运用所学专业知识的能力；

（2）使学生掌握从事学术研究的基本方法；

（3）使学生掌握撰写学术论文的基本格式；

（4）研究嵌入式系统设计，了解掌握STM32f107核心芯片的应用。

（5）使学生掌握RS485总线设计、多机通信、以太网远程控制等技术的应用。

主要内容和要求：

（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：

为了实现家庭灯光、窗帘以及其他电气设备的控制，设计实现一个基于STM32f107互联型微控制器为主控芯片的智能家居系统。

系统使用Keil-MDK集成开发环境作为程序设计的基本软件，使用AltiumDesigner作为硬件设计软件。

整个系统同时使用2块8051单片机作为从机，得以控制不同的房间，对内利用红外遥控的方式控制主机，主机再通过RS485接口发送指令给目的从机，从而实现内部局域控制网的建立；对外利用STM32f107的以太网接口，通过WebSever实现远程登录、操控主机，主机进而通过RS485总线发送指令到各个从机，从而实现远程控制。

各个从机利用自身的I/0资源，进行灯光、继电器、电机等设备的控制。

日程安排：

第1～2周：

收集课题资料，阅读相关文献（2周）

第3～4周：

学习STM32控制器的使用，建立开发环境并学习开发工具的使用（2周）

第5～6周：

系统分析和设计（2周）

第7～8周：

硬件电路结构设计和建筑模型的设计制作（2周）

第9～10周：

软件设计、代码编写

第11～12周：

代码调试与系统功能测试（2周）

第13周：

小组讨论、进一步完善课题（1周）

第14～15周：

撰写毕业设计论文（2周）

第16周：

做好答辩前的各项准备工作并参加答辩（1周）

主要参考文献和书目：

[1]张逢雪，王香婷，王通生，等.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].自动化技术与应用，2011,30（8）：

98～101.

[2]刘康，王宣银.嵌入了TCP/IP协议的单片机数据通信系统的设计与实现[J].电测与仪表，2003,40（6）：

43～45.

[3]王婧.RS-485总线通讯技术在多机监控系统中的应用[J].制造业自动化，2010,32（11）：

46～48.

[4]姜莹.一种基于RS485总线的智能家居系统[J].仪器仪表报，2007,28（4）：

789～792.

[5]龙鹏飞，宫蓉蓉.一种新的嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现[J].微计算机应用，2007,28（4）：

372～375. 

[6]昊晨.RS-232与RS-485接口的技术探讨[J].计量与测试技术，2008，35（10）：

1～2.

[7]金子瑜，张声传，房茂金，等.智能家居系统研究与实现[J].自动化与仪表，2011,26（9）：

47～50.

[8]GregerSandstrom,StigGustavsson,StefanLundberg,etal.Long-TermViabilityofSmartHomeSystem[J].IFIPInternationalFederationforInformationProcessing,2005,17（8）:

71～75.

[9]JongBongLee.Smarthome—digitallyengineereddomesticlife[J].LecturePersonalandUbiquitousComputing,2003,7（20）:

189～196.

[10]ERDEMH,UNERA.Amulti-channelremotecontrollerforhomeandofficeappliances[J].IEEETransactionsonConsumerElectonics,2009,55（4）:

2184～2189.

指导教师（签字）：

年月日

注：

本表可自主延伸，各专业根据需要调整。

大学

本科毕业设计（论文）开题报告

题目：

家庭智能系统开发

专题题目（若无专题则不填）：

本课题来源及研究现状：

课题来源：

智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（UnitedTechnologiesBuildingSystem）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。

智能家居又称智慧家居/智能住宅，在国外常用SmartHome表示。

智能家居是IT技术（特别是计算机技术）、网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。

由社会背景之层面来看，近年来信息化的高度进展，通讯的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加。

此外在科学技术方面，随着计算机控制技术与电子信息通讯技术的不断发展，也促成了智能家居的诞生。

研究现状：

1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。

现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。

在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。

近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。

例如:

微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场。

此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。

20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。

众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。

随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。

由工信部牵头制定的“物联网"十二五"发展规划”中明确指出：

"十二五"期间，初步完成产业体系构建，形成较为完善的物联网产业链。

智能家居作为与物联网密切相关的核心领域，也随着国家对新兴经济的扶持力度而迅速崛起。

据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。

我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准。

目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：

e家庭（海尔）、e-home数字家园（清华同方）等等。

课题研究目标、内容、方法和手段：

研究目标：

实现家庭内部局域网和对外以太网远程控制的组建，实现两种方式共同对家庭智能系统进行控制：

本地端可采用红外遥控方式，远程端采用远程登录方式。

两种方式共同控制家庭系统的灯光、电机和继电器等设备。

研究内容：

（1）STM32f107微控制器的相关内部资源使用。

（2）RS485接口的使用以及多机通信。

（3）红外遥控方式的设计。

（4）以太网接口的使用和WebSever服务器的建立。

研究方法和手段：

本家庭智能系统采用基于ARMCortex-M3内核的STM32f107互联型微控制器为主控芯片。

同时使用2块STC89C51单片机作为从机，用以控制不同的房间，对内利用红外遥控的方式控制主机，主机再通过RS485接口发送指令给目的从机，从而实现内部局域控制网的建立；对外利用STM32F107的以太网接口，通过WebSever的建立实现远程登录控制主机，主机进而通过RS485控制各个从机，从而实现远程控制。

各个从机利用自身的I/0资源，进行灯光控制和继电器的控制，从而达到家庭设备的智能化控制的目的。

整个系统软件部分使用Keil-MDK集成开发环境作为程序设计的基本软件，硬件部分使用AltiumDesigner作为硬件设计软件对系统电路进行设计。

设计（论文）提纲及进度安排：

第1～2周：

收集课题资料，阅读相关文献（2周）

第3～4周：

学习STM32微控制的使用，建立开发环境并学习开发工具的使用（2周）

第5～6周：

系统分析和设计（2周）

第7～8周：

硬件电路结构设计和建筑模型的设计制作（2周）

第9～10周：

软件设计、代码编写

第11～12周：

代码调试与系统功能测试（2周）

第13周：

小组讨论、进一步完善课题（1周）

第14～15周：

撰写毕业设计论文（2周）

第16周：

做好答辩前的各项准备工作并参加答辩（1周）

主要参考文献和书目：

[1]张逢雪，王香婷，王通生，等.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].自动化技术与应用，2011,30（8）：

98～101.

[2]刘康，王宣银.嵌入了TCP/IP协议的单片机数据通信系统的设计与实现[J].电测与仪表，2003,40（6）：

43～45.

[3]王婧.RS-485总线通讯技术在多机监控系统中的应用[J].制造业自动化，2010,32（11）：

46～48.

[4]姜莹.一种基于RS485总线的智能家居系统[J].仪器仪表报，2007,28（4）：

789～792.

[5]龙鹏飞，宫蓉蓉.一种新的嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现[J].微计算机应用，2007,28（4）：

372～375. 

[6]昊晨.RS-232与RS-485接口的技术探讨[J].计量与测试技术，2008，35（10）：

1～2.

[7]金子瑜，张声传，房茂金，等.智能家居系统研究与实现[J].自动化与仪表，2011,26（9）：

47～50.

[8]GregerSandstrom,StigGustavsson,StefanLundberg,etal.Long-TermViabilityofSmartHomeSystem[J].IFIPInternationalFederationforInformationProcessing,2005,17（8）:

71～75.

[9]JongBongLee.Smarthome—digitallyengineereddomesticlife[J].LecturePersonalandUbiquitousComputing,2003,7（20）:

189～196.

[10]ERDEMH,UNERA.Amulti-channelremotecontrollerforhomeandofficeappliances[J].IEEETransactionsonConsumerElectonics,2009,55（4）:

2184～2189.

指导教师审核意见：

指导教师（签字）：

年月日

注：

本表可自主延伸

摘要

随着经济的发展和社会的进步，人民对物质生活与精神生活的要求也逐日高涨，对生产、生活场所的条件越来越要求方便、舒适、高效、安全以及环保节能，这些需求极大地促进了智能家居的应用。

智能家居这个概念的形成并引入国内不过十来年的时间，但已在国内兴起持续的浪潮，它的应用范围包括了各个行业。

本文简要叙述了智能家居的发展及应用，采用了基于Cortex-M3内核的STM32f107互联型微控制器作为主控芯片，两块STC89C51单片机作为从机，通过RS485实现内部控制网络的建立，达到本地控制的目的。

同时经分析得出采用红外线遥控实现室内单个房间的电器控制具有较好的实用性与抗干扰能力，设计简单，成本较低，功能拓展方便。

本课题同时利用STM32f107的以太网10/100MAC模块实现远程登录，使用STM32f107单片机构建WebSever，并在单片机上移植了精简的TCP/IP协议，实现了嵌入式WebSever与远程浏览器的动态交互，使用户可以在任何时间和任何地点利用标准的Web浏览器（如IE浏览器）进行远程访问和控制。

论文在完成RS485模块和WebSever模块的基础上，进行了本地控制器模块的软硬件设计。

能够很好的实现家庭灯光控制和电器设备的远近端控制。

经本地控制和远程登录控制测试，结果表明，该系统操作灵活、性能稳定、成本较低、功耗较小，具有很好的开发和应用前景，整个课题达到了预期的设计效果。

关键词：

STM32；RS485；智能家居；以太网；WebSever；远程登录；TCP/IP。

ABSTRACT

Withthedevelopmentoftheeconomyandtheimprovementofsociety,people'sdemandsofmaterialandspirituallifearealsorisingdaybyday.Theconditionsofproductionandlivingareincreasinglyrequiredtobeconvenient,comfortable,efficient,safeandenvironmentallyfriendly.Thesedemandsgreatlypromotetheapplicationofsmarthome.Itisabouttenyearssincethesmarthomeconcepthasbeenformattedandintroducedintothedomestic.However,ithascausedthecontinuousrisewaveinthedomesticandithasbeenappliedinallwalksoflife.

Thearticlebrieflydescribesthedevelopmentandapplicationofthesmarthome,whichadoptstheInternetmicrocontrollerofSTM32F107basedonCortex-M3asthemasterchip,andtwoSTC89C51microcontrollerasaslave.ItachievestoestablishtheinternalcontrolnetworkthroughtheRS485andgainsthegoaloflocalcontrol.Meanwhile,accordingtotheanalysis,usingtheinfraredremoteelectricaltocontrolsingleroomhasgoodpracticalityandanti-jammingcapability.Thesystemisdesignedtobesimple,cost-effective,andeasytoexpandthefunctionality.

ThesubjectnotonlytakestheadvantageofSTM32F107’sofEthernet10/100MACmoduletorealizetheremotelogin,butalsousesSTM32F107microcontrollertobuildWebSeverandtransplantsthestreamlinedTCP/IPprotocolinSCMtoachievethedynamicinteractionoftheembeddedWebSeverandremotebrowser,sothatuserscanuseastandardWebbrowser（suchasIEbrowser）forremoteaccessandcontrolatanytimeandanyplace.

ThispaperdesignsRS485moduleandWebSevermoduleandthelocalcontrollermoduleincludeshardwareandsoftware.ThesystemcanwellrealizetheProximalanddistalcontrolofthelightingandelectricalequipmentathome.Thetestresultsoflocalandremotelogincontrolshowthatthesystemisflexible,stable,cost-effective,lowconsumedandhasgoodprospectsofdevelopmentandapplication.Theresultsshowthatitachievesthedesiredfunctionseffectively.

KeyWords：

STM32;RS485;smarthome;Ethernet;WebSever;remotelogin;

TCP/IP.

目录

第一章绪论···········································1

1.1课题来源与背景·····································1

1.2国内外智能家居发展现状······························2

1.2.1智能家居发展阶段·······························2

1.2.2国外智能家居的发展现状·························2

1.2.3国内智能家居的发展现状·························3

1.3研究目的与意义······································4

1.4本章小结··········································4

第二章智能家庭系统整体设计························5

2.1智能家庭环境分析与结构分析·························5

2.1.1环境分析·······································5

2.1.2结构分析·······································6

2.2智能家庭系统整体设计方案···························7

2.3智能家庭控制方案简介·······························7

2.3.1本地控制设计方案·······························7

2.3.2远程控制设计方案·······························9

2.4本章小结···········································9

第三章硬件电路设计及实现···························10

3.1STM32F107核心控制电路·····························10

3.2电源电路··········································14

3.3LED模块与继电器模块电路··························14

3.4RS485模块电路····································17

3.5红外接收模块电路··································18

3.6以太网模块········································19

3.7本章小结··········································22

第四章软件平台设计及实现··························23

4.1RS485原理········································23

4.2Modbus协议·······································24

4.2.1总体描述······································24

4.2.2通讯协议······································24

4.3红外遥控原理·····································27

4.3.1红外遥控系统··································27

4.3.2遥控发射器及其编码····························27

4.3.3红外解码······································28

4.4以太网实现Telnet远程登陆·························29

4.4.1远程登陆······································29

4.4.2网络数据包流向································30

4.4.3WEB服务器应用程序实现························31

4.5本章小结··········································32

第五章总结······························