基于物联网的智能灯控系统设计.docx
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基于物联网的智能灯控系统设计
第一章绪论
1.1设计的背景
随着物联网技术的发展和人们对物质生活水平的要求的不断提高，人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求也越来越高。
近年来人们对家庭住宅观念发生了巨大改变，智能家居将成为现代化住宅的发展趋势。
对于它的研究和开发，是一项有关自动控制、无线连接、无线通信多学科交叉的研究课题。
智能家居的概念早在上世纪80年代初就已经提出。
以“住宅电子化”实现，到了80年代末，逐步提出了"住宅智能化"，也就是现在所说的智能家居的原型。
智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。
它的研究与设计将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、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。
家居智能的基本目标是：
将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。
1.2设计的目的及意义
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。
第二章物联网简介
2.1物联网技术概述
2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念；2009年8月，温家宝在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时，提出了“感知中国”。
物联网被预言为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，一时间很多人预见到了一场新的技术革命。
物联网的概念：
物联网的英文名称为“TheInternetofThings”，简称IOT。
从字面上解释，物联网就是“物物相连的互联网”。
可以从两方面去理解：
其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络，物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义，有一个较为普遍认同的定义是物联网通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
究其来源，其实只不过是在20多年前，提出的“泛在计算”框架下的一个小分支。
但是物联网的第一次提出源于1999年，美国麻省理工学院成立Auto-ID研究中心，进行RFID技术的研发，将RFID与互联网结合，提出了产品电子代码（EPC）解决方案。
这是物联网的雏形，一直到现在为止，RFID的发展还是物联网发展的重要部分。
2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。
2005年，在突尼斯举行的世界电联报告中明确提出了“物联网”的概念，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：
物联网》。
近几年金融危机之后的复苏时期，物联网概念迅速风行，受到各国政府的重视。
我国的《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将物联网列入重点研究领域。
智能家居的概念早在上世纪80年代初就已经提出，以“住宅电子化”实现，而后又形成了“住宅自动化”的概念，到了80年代末，逐步提出了“住宅智能化”，也就是现在所说的智能家居的原型。
物联网的关键技术包括：
RFID标识技术、传感网技术、M2M技术。
物联网体系架构中三个层次所涉及的关键技术是物联网最终实现并得以实施的重要保证。
物联网中涉及的关键技术其中无线传感网（传感器网关、传感器）、中间件、客户端软件、用户卡鉴权和安全、远距通信（移动网/互联网等）、安全和隐私、智能处理技术（云计算等）已经广泛应用。
2.2物联网的出现
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。
在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。
其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。
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。
故也有业内人士认为物联网与智能电网均是智慧地球的有机构成部分。
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、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测等领域。
物联网繁多的应用，造就了一个庞大的产业链，从互联网、电脑、手机、天线等IT通讯领域，到智能卡、芯片、传感器、红外线产品等工业领域，再到冰箱、电视机等制造领域，环环相扣，商机巨大。
美国独立市场研究机构FORESTER预测，到2020年全球“物物互联”业务（即物联网业务），与“人与人通信”业务（即互联网业务）之比将达到30∶1。
专家预计，中国物联网整体产业在2015年将超过一万亿元规模，2050年传感器在生活中将无处不在。
第三章智能家居简介
3.1智能家居概述
智能家居又称智能住宅，英文名称为“SmartHome”。
是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、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；还由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互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，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、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。
家居智能的基本目标是，将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。
要完整地理解智能家居，有必要先对几个智能家居发展过程中有着重大影响的系统进行介绍。
智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。
由于智能家居受产品生产厂家的限制，在短时间内还没有统一的标准协议，所以一般都是一个厂家单独做系统研发方案的。
其中较为有影响力的一次是2007年微软推出的“未来之屋”，是物联网技术应用于日常生活的一个样板[5]。
进人房屋时，安全系统会对来访者的面部进行扫描，确认身份后自动打开房门。
客厅冰箱上的液晶显示器能列出保存的食物清单，厨房水槽能够根据使用者的身高调节高度，而排风机会根据油烟浓度自动开启。
此外，每个房间的墙壁颜色、装修风格和温度,都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换。
这一概念的提出在推广普及上还需加以时日，但是随着技术的革新，我们这里将把能够实现远程监控、智能照明、以及智能音响的智能家居。
我们可以考虑将物联网技术应用到智能家居的设计中，使我们的家居环境更加智能化、人性化、高效化。
3.2智能家居的发展
相比于国外，我国对智能家居系统的相关产品的研发起步较晚。
从目前中国的国情来看，实用型与舒适型应当成为家庭住宅建设的主流，舒适型面向中等偏上收入者。
但是住宅是一项使用寿命较长、一次投资较大的特殊商品，因此，建设时的标准必须具有一定的前瞻性。
目前在我国，智能家居系统被定义为：
利用4C（自动控制、计算机网络、无线通信、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、安全防护与物业管理、住宅智能化系统集成，提供高技术的智能化住宅小区的服务于管理为手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。
目前智能家居系统一般要求有三大功能单元：
第一，必须要有一个功能非常强大的智能家庭系统平台；第二，必须要有一个完整的综合性的家居布线系统；第三，必须要有家庭内部进行控制的互联网、连接外网的宽带互联网和家庭内部各种家电进行控制的家庭控制网络这三种网络支持的系统才能叫做真正的智能家居系统。
3.3智能家居系统的特点
（1）它的对象是结构和特性完全相异的各种家用电器，相互之间兼容性比较差，电器之间的数据共享比较困难。
（2）家电的信息量小但对实时性要求较高，必须针对当时的家庭环境进行实时的调整。
（3）家电运行时所处环境有很大差异，对系统的抗干扰性和稳定性要求较高。
（4）家庭用户对于价格要求比较高，必须把组建网络的费用降低到一定程度，才能被广泛认可和接受。
（5）家电完成的功能各有不同，需要达到的智能水平也有很大的差异，要针对不同的功能要求，设计不同家电的智能水平（比如说，如果让电灯也共享Internet资源，显然没有必要，但是家中的摄像监控设备则需要较高的智能水平）。
（6）从用户的角度来说，用户需要简化家电的操作过程，统一家电的操作方法。
因此，组建智能家庭网络时需要考虑的问题有很多。
第四章智能家居的实物仿真
4.1实物仿真编程
首先，用C语言编一段程序，让他能够控制单片机接口，使单片机上的小灯按控制进行亮和灭，打开keil软件编程并运行如图4-1所示编程界面：
图4-1运用keil软件编程界面
图4-2运用keil软件运行界面
再将编好的程序通过STC52下载到单片机里如果4-3所示：
图4-3STC52的操作界面
4.2WIFI模块的调试
为了测试串口到WIFI网络的通讯转换，我们将模块的串口与计算机连接，WIFI网络也和计算机建立连接。
由于需要同时具有WIFI和串口的特殊要求，采用台式机（笔记本）加WIFI网卡的形式测试，如图3-4所示：
图4-4WIFI模块连接示意图
当连接完成后，进行网络调试，先在台式机上插上USB网卡后，安装驱动，注意只安装驱动，搜索网络，如图3-5的HF-A22X_AP即是模块的默认网络名称（ssid）。
图4-5模块的默认网络名称
最后在进行收发测试，网络设置区选择TCPclient模式，服务器IP地址输入10.10.100.254，为此WIFI模块默认的IP地址，服务器端口号8899，为此模块默认监听的TCP端口号，点击连接建立TCP连接如图4-6所示进行设置。
图4-6WIFI模块的设置
4.3仿真的硬件设置
本次设计，我们使用USB网卡（如图4-1），AT89C51（如图4-2），USB-232（如图4-3）
图4-1无线USB网卡
图4-2AT89C51模块
图4-3USB-232模块
具体操作如下：
1、将安卓手机打开，搜索WIFI，会搜索到HF-LPB，搜索后，连接上，如图4-4，
图4-4搜索无线
2、打开网络继电器软件，将设置成10.10.10.254.8899，然后连接调试.如图4-5和图4-6；
图4-5网络继电器手机图标
图4-6
3、调试成功后，可反复进行吸合和断开，当电路板上的灯随着手机上的控制吸合和断开时，表示成功，如图4-7。
图4-7智能手机操作界面
第五章课程设计总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着网络在人们生活中的运用越来越广泛和嵌入式技术在日常生活中的地位日益凸显。
这对我们这些学习有关网络以及计算机专业的学生来说既是一种挑战，又是一个难得的机会。
在课程设计过程中，我们了解到课程设计不光光是埋头做设计，也是同学之间互相学习和互相交流经验和知识的机会。
也是我们大家向老师提出疑问和学以致用的机会，这让我们不会成为只知道理论而不会将理论化为实践中去的书呆子。
我觉得课程设计就是一个复习课堂上学到知识的机会，也是一个加强学生动手能力设计的机会。
更是一个让学习得到升华的过程。
这次课程设计考察了我们对课堂上所学专业知识的理解程度，提高了我们独立思考文理，解决问题的能力。
总体上看，我觉得这次课程设计是我自身的知识丰富了不少，但同时也发现了自己的不足之处。
例如在知识融合方面，不能与实践相结合。
软件操作不够熟练，不能灵活运用。
是我了解要先学好理论知识才能很好地与实践相结合，才能熟练地运用到生活中。
参考文献
[1]何立民.单片机应用系统设计.北京：
航天航空大学出版社.2001年.
[2]李广弟.单片机基础.北京：
北京航空航天大学出版社,2001年.
[3]何希才.新型实用电子电路400例.电子工业出版社,2000年.
[4]赵负图.传感器集成电路手册,第一版.化学工业出版社,2004年.
[5]杨邦文.新型实用电路制作200例.北京：
人民邮电出版社，1998年.
[6]邹其洪.电工电子试验与计算机仿真.北京：
电子工业出版社.2003年.
[7]谢自美.电子线路设计实验测试[M].武汉：
华中科技大学出版社，2000
[8]马靖善，秦玉平.C语言程序设计[M].北京：
清华大学出版社，2005
[9]赖麒文.8051单片机C语言开发环境实务与设计[M].北京：
科学出版社，2002.
[10]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2004.
附录
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineON0;
#defineOFF1;
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voiddelay1ms（uintw）//1ms延时
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/**********************************************/
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（1）
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voidserial（）interrupt4using3
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}9
}
}
else
{
countR++;
}
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