毕业设计（论文）-基于物联网的智能家居网关系统的设计Word文件下载.docx

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2015年05月15日

基于物联网的智能家居网关系统设计

摘要

随着经济的高速发展，人们追求的生活质量越来越高，因此，建立一个舒适、低成本及高效率的智能家居系统已成为21世纪热点的话题之一。

物联网的应用前景将会成为智能家居系统的一个重要的突破口，对智能家居产业发展具有重要的意义。

本设计采用“贴近生活，使用方便”的物联网思想作为设计理念，搭建了一个基于物联网的智能家居网关系统。

本次设计包括的模块有网关板模块、节点板模块、网页模块、APP模块。

主要实现的具体功能有，PC机可以通过浏览器显示节点板采集的温湿度数据以及通过浏览器控制控制节点板的LED灯的开关状态，也可以通过APP显示节点板采集的温湿度数据以及控制节点板的LED灯的开关状态。

PC机与节点板之间的通信和

APP与节点板之间的通信，都需要经过网关板进行转接，因此网关板是整个系统的通信桥梁。

为了实现网关板通信桥梁的角色，本次网关板的设计，硬件上采用恩智浦公司的LPC1769作为主控MCU，该系统由LPC1769内嵌以太网模块和DP83848芯片构建一个以太网服务控制器，并与wifi模

块、ZigBee模块和W25Q128的存储芯片搭建成一个网关系统。

软件上以uC/OS-II实时操作系统为框架，搭载了uIP协议任务和其他任务模块，构建成一个WebServer功能。

通过设计相关的网页及APP，即PC机终端和手机终端，实现了“使用方便”的设计理念，采集温湿度数据实现了“贴近生活”设计理念，从而搭建成一个物联网的智能家居网关系统。

关键词：

智能家居；

物联网；

ZigBee；

wifi

Abstract

Withtherapiddevelopmentofeconomy,thequalityoflifethatpeoplepursuewithisgettingincreasinglyhigher.Therefore,settingupapleasing,lowcostingandefficientIntelligentHomeSystemhasbeenoneofthehottesttopicsinthe21stcentury.

Theapplicationprospectoftheinternetwillbeanessentialbreakthroughofintelligenthomesystem,havinggreatsignificanceforthedevelopmentofintelligentindustry.Taking“approachabletolife,convenienttouse”asthedesignconcept,thisdesignbuildsanIntelligentHomeGatewaySystembasedonIOT.Modulesofourdesignaremadeofthegatewayboard,gussetplate,webpageandAPP.Themainfunctionsofthedesigninclude:

throughbrowser,PCcandisplaytemperatureandhumiditydatacollectedbygussetplateandcontroltheon-offstateofLEDofgussetplate.Likewise,theAPPhasthesameeffects.Thegatewayboardactsasthebridgeofthewholesystem,asboththecommunicationbetweengussetplateandPCandthecommunicationbetweengussetboardandAPPneedthetransmissionthroughthegatewayboard.Toachievethis,thedesignofgatewayadoptsNXP’sLPC1769astheMCUonhardware.ThissystembuildsanEthernetcontrollercomposedofEthernetmodulewithembeddedLPC1769andDP83848chip;

italsoconstructsaGatewaySysteminwhichincludeswifimodule,ZigBeemoduleandW25Q128storagechip.Aboutsoftware,whichincludestheuIPProtocolTaskandothertaskmodules,itproducesaWebServerfunctionwithintheframeworkofuC/OS-IIRTOS.BydesigningrelevantwebpagesandAPP,thatis,PCterminalandmobileterminal,thedesignapproachofusingconvenienceispresented;

Bycollectingthetemperatureandhumiditydata,thedesignconceptofapproachingtolifeisrealized.UltimatelyanIntelligentHomeGatewaySystemofIOTiscreated.

Keyword：

SmartHome;

InternetofThings;

ZigBee;

wifi

目录

第1章绪论 1

1.1智能家居的概念 1

1.2物联网的智能家居 1

1.2.1物联网的概念 1

1.2.2物联网的智能家居系统 2

1.3研究意义 3

第2章系统的总体设计 4

2.1网关板的功能介绍 4

2.2系统的设计方案 4

第3章硬件设计概述 6

3.1网关板的设计概述 6

3.1.1网关板的总体设计概述 6

3.1.2LPC1769的相关概述 6

3.1.3以太网控制器概述 7

3.1.4xbee模块概述 8

3.1.5wifibee模块概述 8

3.1.6FLASH存储器概述 8

3.2ZigBee节点板概述 9

第4章软件设计 10

4.1软件的总体设计概述 10

4.2uC/OS-II操作系统和uIP协议概述 10

4.2.1uC/OS-II操作系统简介 10

4.2.2uIP协议简介 12

4.3开发工具介绍 13

4.3.1KeilMDK 简介 13

4.3.2Dreamweaver简介 13

4.3.3Ecplise简介 14

4.4网关板的软件设计与实现 14

4.4.1网关板的软件框架 14

4.4.2网关板的软件代码分析 17

⑴网关板程序框架分析 17

⑵WebServer的实现过程 18

⑶获取网页数据的过程 20

4.5网页设计 22

4.5.1网页设计结构 22

4.5.2网页数据的响应过程 24

4.6xbee和wifibee网络通信的实现与设计 25

4.6.1通信协议的定制 25

4.6.2xbee通信的实现 27

4.6.3wifibee通信的实现 28

4.7APP的实现过程 28

4.7.1APP的界面设计 28

4.7.2代码分析 28

第5章系统的搭建与测试 34

5.1PC机的环境搭建 34

5.2PC机访问网关板测试 35

5.3手机APP访问网关板测试 38

第6章总结与展望 40

6.1毕业设计总结 40

6.2未来展望 40

致谢 41

参考文献 42

第1章绪论

1.1智能家居的概念

智能家居，或称智能住宅，是以住宅为平台，兼备建筑设备、网络通讯、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。

它在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具。

智能家居不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、计算机控制、定时控制以及电话远程遥控等功能。

智能家居系统成为一种新兴的综合技术学科。

智能家居系统也可被定义为一个控制过程，或者控制系统，利用现在被大多数科技人员已掌握的计算机技术、网络布线技术、网络通信系统将其糅合，使之成为融合在家居控制中的多个子系统，并使其智能的结合在一起。

1.2物联网的智能家居

1.2.1物联网的概念

物联网（Internet of Things）指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具

“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”的，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M）、应用大集成（Grand

Integration/MAI）、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、

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领导桌面（集中展示的CockpitDashboard）等管理和服务功能，实现对“万物、高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化TaaS服务。

物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。

过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开，一方面是机场、公路、建筑物，另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。

而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球。

物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。

在这个物物相联的世界中，物品能彼此“交流”，无需人的干预。

可以说，这是一个智能化的世界。

智能家居是物联网最生活化的应用之一：

窗帘可以自动感知光线而关闭;

空调更

“听话”了，天热它会把温度调低，太潮就会自动抽湿灯也知道节能了，房间里没人会自动灭掉。

如此等等，不一而足。

物联网的应用竟已经很广泛，遍及智能交通、环境保护、