智能家居监控系统的设计与实现.docx

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北京理工大学第十二届“世纪杯”学生参赛作品

智能家居监控系统的设计与实现

摘要

智能家居作为家庭信息化的实现方式，已经成为社会信息化发展的重要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居的产业发展具有重大意义。

目前我国国内基于无线网络技术的智能家居监控系统还不是很成熟。

本文提出的智能家居监控系统是对家居高度自动化、智能化提出的一种新的解决方式。

本系统主要由蓝牙系统，ZIGBEE系统，人脸识别系统三大子系统构成，蓝牙系统主要是用户通过安卓手机或者计算机上的客户端管理系统，以蓝牙方式与家居设备相连接，可以控制设备的状态，比如灯的亮灭等。

ZIGBEE系统主要通过构建ZIGBEE无线传感器网络，采集室内环境参数，并且实时显示，实现家居控制、参数检测的自动化，智能化。

人脸识别系统主要基于OPENCV编程，从摄像头实时采集数据，系统根据不同的人自己独特的喜好预先设定好模式，自动完成模式的转换。

关键词：

物联网智能家居ZIGBEE人脸识别蓝牙传感器

Abstract

IntelligentHomehasbeenanimportantpartofthesocialinformatizationasarealizationofhomeinformatization.Sinceitshugeapplicationprospect,theInternetofthingswillbeanactualbreakthroughofIntelligentHomeindustry.Nowadays,thereisnotanymatureIntelligentHomemonitoringsysteminChina.Theschemeproposedinthispaperisasolutionforhighdegreeofautomationandintelligent.

ThesystemconsistsofBluetooth,ZIGBEEandFacerecognition.Bluetoothconnectsfurnishingtocontrolitsstatus,likelightonandoff,throughAndroidmobilephoneorPCClient.ZIGBEEbuildsawirelesssensornetworktomonitortheenvironmentinsideanddisplayrealtime.Facerecognition,basedonOPENCV,collectdatafromcameraandswitchthepreferredsettingsaccordingtodifferentpeopleautomatically.

Keywords:

Internetofthings,IntelligentHome,ZIGBEE,Facerecognition,Bluetooth,sensor

目录

第一章绪论 1

1.1智能家居概述 1

1.2项目研究背景 1

1.2.1国内外智能家居的发展现状 1

1.2.2智能家居的发展前景 2

1.3蓝牙技术简介 2

1.4ZigBee技术简介 3

1.5OpenCV简介 3

第二章总体方案设计 4

2.1项目整体设计思想 4

2.1.1可控制 4

2.1.2可识别 4

2.1.3可实时查看 4

2.1.4场景自动化 4

2.2项目整体结构 5

第三章蓝牙子系统设计 6

3.1软件设计 6

3.1.1安卓手机客户端管理系统 6

3.1.2Labview客户端管理系统 6

3.2硬件设计 6

3.2.1蓝牙设备的选型 7

3.2.2被控对象的选择与调试 7

3.3场景自动化设计 8

第四章ZIGBEE子系统设计 9

4.1软件设计 9

4.1.1JenNet协议栈特性 9

4.1.2JenNet的应用函数接口 10

4.1.3ZigBee网络结构 10

4.2硬件设计 11

4.2.1总体方案设计 12

4.2.2控制器的选择 12

4.2.3无线传输模块 13

4.2.4协调器节点硬件设计 16

4.2.5路由器和终端节点硬件设计 17

4.3传感器介绍 20

4.3.1光照度传感器 20

4.3.2温湿度传感器 21

4.2.3烟雾传感器 23

4.2.4RFID射频模块 24

4.2.5加速度计 25

4.2.6人体红外传感器 26

4.2.7GSM模块 26

第五章人脸识别子系统设计 27

5.1总体设计思路 27

5.2人脸检测算法设计 27

5.2.1AdaBoost算法简介 27

5.2.2Haar分类器 28

5.3基于直方图的人脸匹配 29

5.4实际效果图 30

第六章总结与展望 31

6.1项目工作总结 31

6.2项目前景展望 31

第七章参考文献 33

北京理工大学第十二届“世纪杯”学生参赛作品

第一章绪论

1.1智能家居概述

智能家居,又称智能住宅,在国外常用SmartHome表示。

与智能家居含义近似的有家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（EleetronieHome·E一home）、家庭网络（HomeNet/NetworksforHome）、智能家庭（xntelligentHome/Building），在我国香港和台湾等地区,还有数码家庭、数码家居等称法。

智能家居是以家庭为平台,通过网络通信技术手段实现对家居电器等的智能控制,创造兼备建筑、自动化、智能化于一体的高效、安全、舒适、便利的家居环境。

1.2项目研究背景

1.2.1国内外智能家居的发展现状

从20世纪后期开始,采用电子技术的家用电器大规模投入市场催生了住宅电子化。

到80年代中期,通信设备、安防设备与家用电器一起走入家居生活,于是提出了住宅自动化的概念（HA,HomeAutomation）。

上世纪末,通信技术与信息技术迅猛发展,在美国出现了集成家中各种通信、家电及安防设备的商用系统,系统通过总线技术对这些设备进行控制与管理,是现代常说的智能家居的原型。

1984年美国出现首栋“智能型建筑”。

这个建筑是由美国联合科技公司出的,它将建筑设备信息化、建筑功能整合化概念应用在康乃迪克州哈特佛市,全世界建造智能家居的序幕由此开启。

其后加拿大、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家也相继提出了各种智能家居方案,并在该国得到了一定应用。

近年来,美国为其四万多户家庭推广了家庭智能化系统,新加坡也为国内近5000户的家庭安装了智能家居系统。

其中新加坡模式主要包括三表抄送、家电控制、安防报警及可视对讲等功能,提供有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板等。

韩国三星从2003年始开部署中韩两国的智能家居市场,通过机顶盒和有线电视网络,将家电自动控制、家电信息交互、智能安防以及娱乐信息中心这四部分集成为一个全面的家居控制网络。

我国居住模式以住宅小区多、人口密度高等特点区别于发达国家,智能家居这项工作在国内起初以智能小区建设为主。

随着对智能家居的了解和认识,对支撑智能家居各项技术的深入研究,上世纪末一些企业开始引入国外的智能家居技术和产品在国内推广。

虽起步较晚,但我国智能家居市场发展大有雨后春笋之势。

一些大企业已经推出了各具特点的智能家居产品,如清华同方推出的“e.Home数字家园”,是基于家庭自动化和建筑自动化技术,配合计算机技术、软件技术、网络技术,为家庭及社区提供全方位数字化服务的方案；科龙集团研制的“智能网络家居系统”,该系统按开放服务网关标准系统规范设计,能与国际信息家电平台标准接轨；海尔集体的“智能家居”,以嵌入式U—home系统为平台,结合有线与无线网络,把所有设备通过信息传感设备与网络连接。

2005年4月深圳“红树西岸”掀起了我国智能化小区建设的新一轮高潮。

红树西岸的智能系统包括安全防范系统、智能家居系统、信息服务系统、物业管理系统等有二十多个子系统。

它以霍尼韦尔的“家庭网关”为系统核心,整合了空调控制系统、信息家电控制系统、安防系统、煤气阀控制系统、灯光控制系统、窗帘控制系统、场景联动控制系统、可视对讲系统、物业管理以及远程通讯系统等。

1.2.2智能家居的发展前景

根据十一五规划纲要的要求，国家着重强调了住宅建设要做好节能减排、绿色建筑、智能建筑的要求，中央也不断加大了财政与政策支持，提出了“到2010中国大中城市60%的住宅要实现智能化”这一发展目标。

因此，住宅智能化必然会是未来住宅建设发展的趋势，而住宅的智能化即意味着家庭的智能化。

同时，随着人民生活水平的不断提高，人们生活质量也越来越好，人们追求高品质住房的要求也不断提高，而家居智能化概念的普及，智能化装修的观念必将深入人心，家居智能化装修的选择必将是大势所趋。

那时，家居智能化必然是生活中一个最基本的要求，智能家居有未来，而且一定会很好的服务中国人民。

1.3蓝牙技术简介

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。

能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等之间进行无线信息交换。

利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。

蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。

其数据速率为1Mbps。

采用时分双工传输方案实现全双工传输。

1.4ZigBee技术简介

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

1.5OpenCV简介

OpenCV的全称是：

OpenSourceComputerVisionLibrary。

OpenCV是一个基于（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows和MacOS操作系统上。

它轻量级而且高效——由一系列C函数和少量C++类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。

OpenCV提供的视觉处理算法非常丰富，并且它