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摘 要
基于Internet的家电智能控制系统
摘要：随着互联网技术和嵌入式技术的发展, 智能化逐渐应用到我们的家庭生活中, 如信息家电、远程抄表、远程安全报警等。家用电器智能远程控制是当前的发展趋势。家用电器远程控制是智能家居产品的主要功能之一, 它集成了嵌入式技术、自动化控制、传感器技术、网络通信技术和数据库技术。近年来, 国内外一些知名科技公司也对这一技术进行了投资研究, 并生产了一些好产品。
在对各种相关产品和技术进行研究和总结的基础上, 实现了家用电器的集中控制和远程控制, 并对人工智能控制进行了尝试。该方案分为H部分: 服务端、家用电器设备无线子网和智能终端。服务器是整个系统的中心, 在家用电器的控制和信息管理中是必要的。家用电器无线子网用于将每种家用电器连接到服务器, 实现服务器与家用电器之间的通信和管理。本文首先介绍了家用电器智能控制系统整体结构的设计思想, 然后介绍了服务器与 Zigbee通信的设计思想, 然后详细介绍了设计与实现。在家用电器智能控制平台上, 各终端节点的设计和BP神经网络智能控制的设计。最后, 进行了仿真实验, 对系统进行了测试。试验证明, 该系统能够实现所设想的功能, 表明该系统具有一定的实用性和参考价值。。
关键词：互联网；智能家电；远程控制
目 录
第一章 绪论 3
1.1 研究背景 3
1.2 国内外研究情况 4
1.3 解决的主要问题 4
1.4 本文的主要工作 5
第二章 加点智能控制系统需求分析 6
2.1系统概述 6
2.2 系统目标和解决的问题 6
2.3 功能需求 6
第三章 系统整体架构和家电设备的设计 9
3.1 系统整体架构模型的设计 9
3.2 家电设备无限子网的设计 10
3.3 无线子网的详细设计 11
第四章 家电智能控制系统的实现与測试 12
4.1 服务端的实现 13
4.2 无线子网的实现 14
4.3 测试 15
4.3.1硬件测试 15
4.3.2 无线子网的软件测试 16
4.3.4 系统测试 16
4.4 测试结果分析 16
第五章 结论 17
致 谢 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1 研究背景
互联网技术已经渗透到各行各业, 由于其难以想象的信息共享能力, 影响着人们工作和生活的各个方面。互联网已从早期获取文字和图片等信息发展到各种音频和视频文件共享、音频和视频对话、各种业务活动、企业管理等。无处不在的互联网服务已经成为我们生活的一部分。随着科学技术的进步, 网络技术有可能为人们提供美丽、温暖的生活环境、智能安全和舒适的生活环境, 这也是古代 人所向往的。古代的反刺客或防盗器官, 就像新兴的智能防盗系统一样, 也是为了给人们提供一个安全的环境而设计的[1]。当然, 现代防盗系统并没有安装保护人们免受伤害的装置, 这也是人类文明进步的体现。在人们到达他们想去的办公室或生活场所之前, 空调系统会提前运行, 活动场所的灯光会根据不同的室外照明随时进行调整, 并使用网络技术和自动控制技术为人们提供安全、节能、舒适的活动场所, 满足人们对未来生活的需求, 已逐渐成为重要的研究课题之一。基于互联网的控制系统是以互联网为共享通信网络的网络控制系统。目前, 许多设备都具有互联网连接功能, 如手机、PDA、智能手表、网络电视机顶盒等。因此, 这类设备有更方便的信息交流机会, 更容易实现资源共享。基于互联网的家用电器智能控制系统属于物联网技术中的智能家居范畴[2]。智能家居是物联网在家用电器等家用电器控制中的应用分支。
在上世纪80年代, 智能家居的概念出现在美国。在康涅狄格州哈特福德的城市建筑建设中, 联合技术公司运用建筑设备信息化的概念对建筑中的空调和电梯设备进行了监控, 实现了智能化。照明系统的控制。此外, 它还提供电子邮件。等待信息服务。近年来, 德国提出的工业4.0、和中国最近提出的互联网 + 概念标志着互联技术和各种技术在各行各业的深度融合的开始。它更像是物联网概念的发展和延续。
1.2 国内外研究情况
目前, 针对特定地点的防盗报警系统和视频监控系统随处可见, 在公园、商场等公共场所随处可见, 但智力水平不高。适合家庭使用的智能系统并不多。产品不均匀, 功能性能也有很大的不同。在功能方面, 西口子、霍尼韦尔等国外知名厂家生产的智能家居产品性能稳定, 功能可靠。在安装智能家居和远程控制之前, 他们既可以采用传统的控制模式, 也可以采用远程控制。但是, 控制模式是人为的, 系统本身没有对信息进行深入的分析和处理, 也不能为用户提供任何操作建议。谷歌开发的智能空调控制器可以存储和分析用户的操作信息, 并自动设置下一个温度参数。它开创了智能控制在家庭控制中的应用[3]。
近几十年来, 中国出现了许多智能家居制造商, 实现了遥控电视、空调、照明调节、窗帘开、关等功能。一些传统的视频监控制造商和新兴的互联网技术公司也在开发智能家居产品。与国外产品相比, 国内产品种类和功能都很好, 但在稳定性方面仍存在一定差距。一般来说, 几乎所有的智能家居产品都只能通过互联网实现家用电器的远程控制, 但却没有智能控制功能, 这也是这项技术仍然不流行的原因之一。
1.3 解决的主要问题
家用电器智能控制系统采用 PC 和 Zigbee 协调器模块作为控制中心, 形成智能网关。PC 终端设计了家电智能控制与管理平台, 实现了控制指令发送、数据采集、存储和运行以及网络通信等功能。在智能网关上安装了 Zigbee 协调器模块, 安装在家用电器上的按钮终端节点模块形成了一个无线通信网络, 实现了信息通信和控制。智能网关收集和存储每个节点的信息。根据适当的算法进行处理后, 生成的指令将发送到相应的节点。智能网关具有互联网通信功能。它可以与智能手机等智能终端进行通信, 实现家用电器的远程控制。系统使用的硬件和软件资源如下: 硬件: PC、智能终端、Zigbee 协调模块、Zigbee 终端节点模块、红外转发模块等。中文风格软件: Windows7操作系统, Visual Studio 2013。嵌入式工作台C 语言开发环境。本文主要研究无线子网的设计和服务器软件的设计。在实现网络通信和数据采集等基本功能的基础上, 将人工智能技术引入系统, 实现家用电器的自动化和控制, 使系统具有一定的确定性智能控制功能。例如, 照明设备, 系统根据用户的习惯, 通过一段时间 (如三周) 的数据学习, 分析用户的生活模式, 预测第二天的切换动作。
1.4 本文的主要工作
为了实现基于互联网的家用电器智能控制, 有必要进行硬件制作和编写相应的软件。首先, 在 Windows 7 操作系统上运行的服务器软件由 PC 编译。服务器软件是对整个系统的管理。它收集和处理每个节点的通信数据, 并根据处理结果向相应的节点发送指令。Zigbee 协调器模块安装在 PC 上, 并通过服务器管理平台形成一个智能网关。它通过 Zigbee 无线通信协议与每个终端节点进行通信。具有互连的智能网关网络通信功能为手机等智能终端通过互联网进行通信提供网络接口, 实现远程控制。该模块的核心是 TI 的 CC2530 单片机。CC2530 结合了领先的射频收发器的卓越性能和行业标准增强的 8051 CPU。CC2530F256 结合了德克萨斯仪器行业领先的 Zigbee 协议。它提供了一个强大而完整的 Zigbee 解决方案。该芯片用于制作开关输出节点模块、开关输入节点模块、模拟输出节点模块、模拟输入节点模块和红外转发模块。最后, 连接系统的组件, 调试系统, 并改进发现的问题。。
第二章 加点智能控制系统需求分析
2.1系统概述
家用电器的遥控器使人们在外出时了解家用电器的操作, 关闭被遗忘的密闭电器, 并在回家前提前打开空调。它不仅提高了生活的舒适性, 而且节省了电力, 确保了安全。互联网的普及为家用电器远程控制的数字化和智能化提供了条件。家用电器有很多种, 控制方式也不同。将单一控制硬件应用于所有家用电器是很困难的。此外, 不同的用户可能对家用电器的控制有不同的功能要求。经过大量的访问和调查, 结合现有产品, 选择更常见的功能进行设计。对于市场上成熟的技术, 如视频监控, 话题是不涉及的。最后, 重点研究了照明控制、空调控制和多媒体控制的功能。该系统实现了家用电器的远程。同时, 介绍了人工智能控制技术。该控制系统通过了解用户在历史时期的操作习惯, 可以在未来几天内自动控制灯具的切换动作[4]。
2.2 系统目标和解决的问题
该系统建立了家用电器智能控制与管理平台, 可集中控制室内空调、照明、电视音响等多媒体设备。它可以调节和控制空调的照明强度、开关和温度。它可以测量房间的温度、湿度、照明和空气质量, 并反馈给用户。多媒体控制功能主要控制电视的切换和选择、数字播放器、数字机顶盒等多媒体终端的切换和选择。用户可以通过家电智能控制和管理平台查看和控制家电的状态。实现智能控制具有预测功能。它还可以使用智能手机和其他智能终端通过互联网远程操作[5]。
2.3 功能需求
通过该系统, 用户可以通过网络远程控制家用电器, 实时查看家用电器的温度、湿度和空气质量。由于家用电器种类繁多, 这就要求系统具有较强的功能扩展能力, 从而实现对新型家用电器的控制和管理。
如图2-1 所示, 系统组合图[2]。该系统可分为智能网关、家用电器设备子网和智能终端王国。所有需要控制的家用电器都需要通过无线通信构成家用电器设备子网。家用电器设备子网的组成主要包括光控制器、红外应答器和各种用于监测环境参数的传感器。照明控制器可以控制可调和不可调灯, 照明传感器可以测量室内照明, 可供用户参考调节室内照明, 还可以通过系统自动控制照明设备。红外应答器用于控制电视、空调、多媒体终端等家用电器, 由红外遥控器控制。系统中安装了温度和湿度传感器, 如 PM2.5 传感器。空气净化设备可以由用户手动控制, 也可以根据空气质量进行连接。智能终端和智能网关通过互联网网络连接, 可以远程查看家庭信息, 控制家用电器。每个家用电器都可以用传统的方式由控制, 也可以由智能网关管理平台控制, 也可以通过智能终端遥控器进行控制。一般采用用户干预的智能控制。该系统根据用户存储在数据库中的历史运行记录了解用户对家用电器的控制习惯, 并根据传感器收集的信息自动控制家用电器[6]。
图2-1 系统组成图
智能网关是系统控制的必要条件。管理员可以设置系统参数、管理用户、查询家用电器和家庭环境参数的状态、查询历史信息和控制家用电器。如图2-2 所示。家庭成员可以检查家用电器的状况, 查询家庭环境参数, 用开关控制家用电器。家庭环境参数包括温度、湿度、空气质量、照明等信息。管理员还可以使用设置系统参数和管理用户[7]。
图2-2系统功能用例图
家用电器控制功能, 包括家用电器控制参数设置、家用电器状态监控、打开或关闭家用电器、家用电器日历数据查询、家用电器自动控制五个主要功能, 如图2-3 所示。
图2-3 家电控制用例图
如图2-3所示，家电控制参数设置用于设置家电的名称、所在房间等
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