大学生课外学术科技作品竞赛项目论文.doc
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大学生课外学术科技作品竞赛项目论文
开放自学习式模块化
智能家居集成控制系统
成员：
王力栋（电气081）
梅倍祯（质量081）
许啸天（电气081）
张锋达（电气081）
郑星（081光信）
指导老师：
施阁
二零一零年十二月
开放自学习式模块化智能家居集成控制系统
王力栋梅倍祯许啸天张锋达郑星
（中国计量学院）
中文摘要：
本系统首次使用手机或者计算机的IE浏览器作为远程控制端，以ARM作为web服务器端，通过物联网无线收发器、红外线、电力载波等技术，可以在任何能上网的地方使远程监测和控制家里的家用电气、太阳能热水器、晒衣架等设备，同时能实现智能化控制家居设备。
系统成本低廉，极易推广。
关键字：
智能家居远程控制ARM电力载波
1方案设计与论证
1．1远程控制方案
方案一：
通过GSM网络发短信。
收到短信发出命令，进而机器进行工作。
方案二：
改装手机加装红外线使其直接控制单片机。
方案三：
在家装路由器，在路由器上连接ARM单片机，以ARM作为服务器。
以手机自带浏览器通过以太网访问网页，从而控制家居。
方案三系统简单易行，无须是用手机网络，一块ARM板，并且基本利用家庭现有工具。
同时由于本方案以ARM的强大功能做服务器为中介，巧妙的绕开了改装手机的弊端，实现手机远程对单片机的控制。
故选用方案三来实现远程控制。
1．2局域控制方案
方案一：
使用红外线遥控器对家电进行点对点的控制，基本都是一个电器一个控制遥控板，不能对于一些非电器进行控制，如关窗。
方案二：
以TPLINK等无线路由为依托，建立家庭局域无线网，以WPA2级别以上进行加密，手机可以成为家庭遥控器。
我们选择方案二。
1．3ARM单片机驱动方案
方案一：
在家电内加装WIFI芯片，从而使家电进入家庭无线局域网，通过无线访问控制家电。
该方法快捷，方便，但是加装芯片技术要求高，费用极大。
方案二：
直接连接ARM和以太网接口ENC28J60及各类驱动装置，由于ARM有丰富的IO口资源，从而有极大的扩展性，价格低廉。
我们选择方案二来实现。
2系统整体介绍
本作品首次采用了手机作为远程控制端，同时以ARM作为web服务器端，以TCP/IP协议作为通讯协议，实现了智能化识别、检测、定位、控制和管理的控制端口。
1、手机作为远程控制端，在家作为万能遥控器，在外也可通过互联网访问控制检测家中情况。
2、ARM除了作为web服务器，还是智能控制核心，通过传感器实现对家中环境的检测，并自动实现部分功能，同时也是控制各种驱动家电的正常执行。
3、使用电力载波技术，从而解决了家庭布线问题。
4、本系统整体以现有成熟技术为基础，成本低廉，性价比极高。
具有良好的市场推广性。
5、拥有红外自学习功能，从而使本系统可以控制空调、电视等。
2.1系统总体框图：
51单片机多功能插座
声光报警
电力载波模块
ARM
Web
服务器
无线路由器
光敏检测
带红外家电控制
Internet
手机端
ARM检测服务器
停车监控
个人电脑
图一系统总体框图
手机访问ARM服务器
用户名对错
跳转页面，将用户信息写入cookie
主控制页面
ARM服务器
输入用户名，密码界面
用户名不存在
或密码错误
环境监测
各个驱动
图二系统程序流程图
2.2手机端程序
在手机端，我们开发了手机端程序，内嵌webkit内核，从而实现了对HTML、javascript等网页的支持。
同时，由于自制浏览器，去除了浏览记录、网址栏等容易泄露用户信息的环节，保证了用户安全。
图三手机客户端图
手机程序开始
判断帐户密码是否正确
否
连接服务器访问网页
是
图四手机程序流程图
2.3ARM端web服务器程序
_硬件设计了相应的工作原理图，以及工作区域的设计。
_本系统可作为独立的WEB系统服务器
_ARM没有嵌入操作系统，而是编写了具有针对性的简单高效的程序，内建完整的TCP/IP协议和简单UDP传输协议。
特点：
简单、便捷、高效、自定义性强，可扩展性强。
_采用通用的HTML标签语言供计算机浏览器和手机浏览器浏览，内嵌JavaScript调用cookie实现用户信息的保存。
_以太网数据传输通过TCP/IP包的分片来实现大数据量传输。
_实现的功能还有（手段）：
禁止多用户同时登陆（Javascript+cookie）
手机平台的开发概括
_通过在手机上的自带的浏览器进行网络登录相应的网站，然后通过手机对arm进行发送命令。
使其执行各项自动化的操作。
开始
ARM扫描各传感器
是否超过阀值
驱动各个电机、家电调整
否
是
图五ARM端智能控制流程图
手机端命令
读取数据包分析
帐户密码是否正确
N
调用主页面
调用错误页面
驱动各个电机、家电调整
返回各参数
返回各参数
读取操作指令
图六ARM端远程控制流程图
图七ARM端实物图
2.4网络平台的开发
_运用java—android的知识构建手机客户端
_运用c语言对armm3建立web服务器。
在家时，以家庭无线无线路由器为依托搭建家庭无线网络平台；在外时，通过internet访问，从而实现远程控制。
图八网页登陆界面
图九选择控制界面
图十太阳能热水器网页主控制界面
2.5红外自学习多功能插座开发
在专用插座上集成自学习红外管，继电器等各类元器件，控制目前各种家用电器，如空调，电视等。
专用插座由以下几部分组成：
²51单片机解码模块。
²电力载波模块。
²自学习红外发射管模块。
当第一次使用时，先用家用遥控器对自插座进行学习操作，使插座记录红外信息。
当电子载波模块收到电子信号时，51单片机对信号经行解码，然后控制红外发射管做出加温、降温、开关等相应动作。
图十一电力载波实物图
2.6停车监控子系统开发
针对停车难这个背景，我们还开发了停车监控这个子系统，拓展本项目的使用范围。
主要由三部分组成：
一是：
模型停车场；二是：
视频采集摄像头；三是：
嵌入式计算机。
由摄像头采集的视频信息经过嵌入式系统的计算处理后，产生当前停车场的停车状况，一方面在嵌入式系统自带的lcd屏幕上显示，另一方面由嵌入式系统将信息发布到互联网上，即可以实现网上查询。
视频采集应用的OV511芯片的摄像头，因为linux2.6.29内核已经含有了该芯片的驱动，所以直接编译内核即可。
又因为OV511输出格式为YUV420P,所以必须经过相应的转换，变成RGB565格式，才能在lcd屏幕上显示。
嵌入式系统的web服务主要是移植了thttpd这一轻量web服务器，速度快，并且可同时允许1000路左右的访问链接。
图十二停车场模型图
图十三ARM监控页面图
图十四电脑监控页面图（红色表示有车）
图十五手机端网页图
3、课题讨论：
我们认为我们的系统有以下优势：
1、新观点：
一直以来，家居智能一直被视为贵族生活的象征，不能走进普通人家。
我们认为，在现有技术条件下，适合普通家庭，价格低廉，功能完善的家居智能控制系统是完全可以实现。
目前的智能家居市场，价格高昂，不为普通百姓接受。
一旦本系统得到实现，必将打破智能家居市场目前的尴尬局面，有力与智能家居的普及。
2、新方案：
由于采用电力载波和红外自学习插座的控制方案，使得本系统可以自由组装各个品牌的家用电器，不用购买家电厂商的成套产品，具有更大的灵活性。
同时，电力载波的使用，避免了在老房子重新装修的麻烦，从而节省了大量的费用。
3、研究中突破的难点：
_网页包含数据量大，分片发送
_手机和家用计算机存在差异（通用性）
_在安全性的前提下，客户端与服务器信息交互的方式（证书写入网页缓存，客户端进行证书的识别）
4、社会效益：
²适合目前市场发展的客观趋势，具有较好的社会效益。
同时，人民生活水品的发展是由众多的因素推动的，智能家居项目开发也是其中最重要的要素之一。
近年来，科学生活越来越成为人们的生活理念。
在这其中，智能家居发挥了非常重要的作用。
²带动经济发展。
目前家电产业到了瓶颈期。
看似美好的智能家居一直没有得到推广，普通家电市场完全饱和，急需发展。
本产品可以有力带动家电产业，促进家居智能化的发展。
²伴随着智能家居的推广，带来的是全新生活理念和生活态度，其造成的社会效应也不可忽视。
5、经济效益：
因为本系统采用的是相对廉价的arm单片机所以整个制作的成本相对比较低具有一定的市场推广的可行性。
本系统能完成基本任务，但稳定欠缺，由于水平有限，仍需继续研究进步。
[参考文献：
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清华大学出版社,2000.
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[9]余孟尝.数字电子技术简明教程[M].北京:
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