TYZNJJ-2物聯(lián)網(wǎng)智能家居工程實驗系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡介

物聯(lián)網(wǎng)智能家居工程實驗系統(tǒng)是針對高等院校物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)的需求，綜合運用傳感器采集、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、中間件等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在網(wǎng)板上的各種傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端實現(xiàn)家居生活環(huán)境的智能安全監(jiān)測、智能安防監(jiān)測、智能報警、智能設(shè)備控制、遠程視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控等功能，貼近實際智能家居系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)提供了一個完備的應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)利用各種傳感器測量家居環(huán)境參數(shù)，結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)將歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理各個節(jié)點；利用自動控制理論和反饋控制理論實現(xiàn)智能控制與無人值守；利用嵌入式 Linux 系統(tǒng)實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)；利用 Android 系統(tǒng)實現(xiàn)智能終端，促使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居等現(xiàn)實環(huán)境的應(yīng)用。

三、硬件組成

智能家居網(wǎng)板實訓(xùn)系統(tǒng)主要由環(huán)境感知設(shè)備、安防門禁設(shè)備、控制設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端、以及鋁合金鋼架結(jié)構(gòu)組成。

1、環(huán)境感知設(shè)備

主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee 通信模塊（或 315M/433M 通信模塊）以及接口底板組成。本系統(tǒng)傳感器包括空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、燃氣探測傳感器、煙霧探測器、以及紅外探測器等，用于檢測家居環(huán)境狀況。

2、安防門禁設(shè)備

由可視門鏡機、視頻顯示器、密碼系統(tǒng)，機械帶反饋電子鎖，一鍵開門按鈕，指紋識別系統(tǒng)、門磁探測器組成，實現(xiàn)指紋錄入權(quán)限解鎖，密碼解鎖，密碼加身份識別解鎖，一鍵解鎖、可視門鏡等功能。

3、控制設(shè)備

主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee 通信模塊以及接口底板組成。因被控對象不同，主要分為交流供電型控制設(shè)備、紅外控制設(shè)備。交流供電型控制設(shè)備，主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標準的 86 盒內(nèi)，交流電器只需插入 86 盒的兩相或三相插座內(nèi)即可實現(xiàn)電器的開關(guān)控制，如照明燈、警笛、窗簾、電視、音響、空調(diào)等。紅外控制設(shè)備主要是學(xué)習(xí)遙控器的編碼，用一個紅外控制設(shè)備代替多個遙控器，如電視、空調(diào)等。

4、視頻監(jiān)控設(shè)備

它是一種視頻服務(wù)器，具有 IP 地址和 MAC 地址，用于視頻監(jiān)測居室內(nèi)安全狀況。

5、 智能網(wǎng)關(guān)

主要用于傳感層設(shè)備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務(wù)平臺。主要由 Cortex-A8 主板組成，可升級為 A9 四核主板，整體封裝在模具內(nèi)，美觀大方。主板集成 ZigBee 無線路由器通信模塊，用于維護 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，接收 ZigBee 傳感器采樣信息，向 ZigBee 控制設(shè)備發(fā)送控制命令。主板還集成 WiFi 模塊，用于連接無線路由器，降低以太網(wǎng)布線的復(fù)雜度。同時，主板可擴展 GPRS、3G 或 4G 模塊，將智能網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息的遠程可靠傳輸。

6、智能終端

Android 平板電腦，運行智能家居軟件，實現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備遠程控制、以及視頻監(jiān)控等功能。

四、軟件組成

系統(tǒng)軟件默認采用 C/S 結(jié)構(gòu)，主要包括無線網(wǎng)絡(luò)傳感器數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、智能網(wǎng)關(guān)基于 Qt 的智能家居系統(tǒng)軟件、基于 Android 的智能家居系統(tǒng)軟件、基于 C#的智能家居系統(tǒng)軟件。同時系統(tǒng)提供基于 B/S 體系結(jié)構(gòu)的智能家居網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控軟件。

1、無線網(wǎng)絡(luò)傳感器數(shù)據(jù)透明傳輸軟件

主要實現(xiàn) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點的自動入網(wǎng)、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點驅(qū)動設(shè)備的功能。

2、基于 Qt 的智能家居系統(tǒng)軟件

智能網(wǎng)關(guān)運行嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)，上電后即運行基于 Qt 的智能家居系統(tǒng)軟件。它主要用來匯聚傳感層的各種傳感器節(jié)點，控制節(jié)點，并通過嵌入式數(shù)據(jù)庫，保存所有節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)屬性、傳感器采樣值、控制器狀態(tài)等，允許用戶在本地查看智能家居環(huán)境參數(shù)、安防設(shè)備的狀態(tài)，以及控制家電設(shè)備等。同時它作為服務(wù)器，允許客戶端如平板電腦等設(shè)備與其建立連接，實現(xiàn) TCP/IP 通信。

3、基于 Android 的智能家居系統(tǒng)軟件

平板電腦運行基于 Android 操作系統(tǒng)的智能家居監(jiān)控軟件。用戶可以在平板上瀏覽家居環(huán)境參數(shù)、安防設(shè)備狀態(tài)，遠程控制家用電器（開關(guān)控制、紅外遙控）等，并且可以訪問網(wǎng)絡(luò)攝像機，實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控。

4、基于 C#的智能家居系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)還支持 C#智能家居系統(tǒng)軟件。該軟件不用智能網(wǎng)關(guān)，而使用普通 PC 機，通過串口與 ZigBee 協(xié)調(diào)器通信。基于 C#的智能家居軟件就是通過串口編程、及時讀取串口緩沖數(shù)據(jù)實現(xiàn)對傳感層節(jié)點的管理的，主要實現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測、家居安防監(jiān)測、家電設(shè)備控制以及視頻監(jiān)控等功能。

5、基于 Web 的智能家居網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控軟件

該軟件以智能網(wǎng)關(guān)為 Web 服務(wù)器，結(jié)合 CGI 應(yīng)用程序接口、檢測與控制應(yīng)用程序、以及 HTML 網(wǎng)頁，為用戶提供 B/S 方式的訪問與控制傳感層節(jié)點的平臺。

6、可接入理工云服務(wù)平臺

五、系統(tǒng)功能

1、多種采集控制終端

2、環(huán)境自動監(jiān)測與調(diào)節(jié)功能

通過溫濕度傳感器、光照度傳感器對室內(nèi)居住環(huán)境的狀態(tài)進行 24 小時實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時顯示在智能網(wǎng)關(guān)、PC 監(jiān)控服務(wù)器、平板電腦監(jiān)控終端的 GUI 界面上。系統(tǒng)可以通過預(yù)置的上下限，自動控制空調(diào)、窗簾的開關(guān)狀態(tài)，調(diào)節(jié)居室環(huán)境。

3、安全自動監(jiān)測與報警功能

通過煙霧探測器、燃氣探測器模擬對居室火情、煤氣泄漏等進行實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時顯示在智能網(wǎng)關(guān)、PC 監(jiān)控服務(wù)器、平板電腦監(jiān)控終端、Web 監(jiān)控終端的 GUI 界面上。系統(tǒng)可以通過預(yù)置的聯(lián)動關(guān)系和設(shè)置異常氣體濃度上下限，自動控制警笛報警，控制加濕器、窗簾等設(shè)備打開，調(diào)節(jié)居室環(huán)境。

4、安防自動監(jiān)測與報警功能

通過門磁探測器、人體感應(yīng)探測器、指紋識別器、可視門禁系統(tǒng)等對居室進行全方位實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時顯示在智能網(wǎng)關(guān)、PC 監(jiān)控服務(wù)器、平板電腦監(jiān)控終端、Web監(jiān)控終端的 GUI 界面上。一旦出現(xiàn)危險情況（如火災(zāi)、煤氣泄漏或緊急求助）或非法入侵，智能家居控制系統(tǒng)就會通過預(yù)置的聯(lián)動關(guān)系，自動控制警笛報警，及時播放險情，發(fā)送警情短信。用戶可以通過平板電腦啟動網(wǎng)絡(luò)攝像頭查看居室環(huán)境，遠程控制窗簾、門鎖，處理警情等。另外，門口機和室內(nèi)機之間可實現(xiàn)可視對講。

5、智能家電控制功能

智能控制支持自動控制與手動控制兩種方式。自動控制由用戶設(shè)置傳感器節(jié)點與控制設(shè)備的對應(yīng)、以及閾值設(shè)置即可實現(xiàn)。手動控制可通過智能網(wǎng)關(guān)、Android 智能終端、PC 監(jiān)控服務(wù)器、Web 監(jiān)控終端等四種不同的方式對吸頂燈、臺燈、警笛、窗簾等進行開關(guān)控制，對電視、音響、空調(diào)等遙控開關(guān)類設(shè)備進行紅外遠程開關(guān)、調(diào)節(jié)控制。

（1）智能燈光控制系統(tǒng)

把所有能控制的電器組成一個管理系統(tǒng)，除了可以實現(xiàn)本地對家電的控制之外，還可以通過遙控、場景以及互聯(lián)網(wǎng)等多種控制方式實現(xiàn)對電器的智能管理與控制。并且可以與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)自動智能化管理。

（2）燈光情景控制模式：通過對智能開關(guān)的組合學(xué)習(xí)，可以對家庭單元 的各個房間定義個性化的燈光場景需要。如：全開全關(guān)模式、家庭影院模式、會客模式、起早模式等；

（3）聯(lián)動控制：燈光、電器(模擬空調(diào))、電動窗簾三者的控制可以通過情景 控制模式聯(lián)動，如門磁可以設(shè)定與燈光、窗簾、電器等設(shè)備的聯(lián)動工作。比如：回家開門后，燈光打開、窗簾開啟、空調(diào)開啟等聯(lián)動工作。

（4）電動窗簾系統(tǒng)：對窗簾進行智能控制和管理，可用軟件遙控實現(xiàn)對窗簾的開關(guān)、停止等控制，以及一鍵式場景效果的實現(xiàn)。

6、Web 遠程監(jiān)控功能

系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)測與控制功能。將智能網(wǎng)關(guān)與 PC 機處于同一個局域網(wǎng)內(nèi)，在 PC的瀏覽器上輸入智能網(wǎng)關(guān) Web 服務(wù)器地址，如 192.168.1.20/FTRemote.html，即可打開 A8 web服務(wù)器的主頁，主要實現(xiàn)傳感器實時采集、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控等功能?；ヂ?lián)網(wǎng)遠程實時動態(tài)攝像監(jiān)控，可通過手機、電腦實時動態(tài)監(jiān)控樣板間的情況。

六、教學(xué)資源

智能家居監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋了 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Linux 智能網(wǎng)關(guān)、Android 智能終端、PC 監(jiān)控服務(wù)器、Web 遠程監(jiān)控等五部分，因此系統(tǒng)提供了豐富的課程實驗，包括 zigbee 基礎(chǔ)采集傳輸實驗，網(wǎng)關(guān)智能家居應(yīng)用實驗，Android 智能家居應(yīng)用實驗，PC 智能家居應(yīng)用實驗、Web 的智能家居網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控實驗等，一條線貫穿，讓學(xué)生在實驗中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及實現(xiàn)方式，適合不同課程，不同側(cè)重點的教學(xué)、實驗和實訓(xùn)。為方便用戶教學(xué)和學(xué)習(xí)，系統(tǒng)還提供了一本使用手冊和一本實驗指導(dǎo)書。

1、基礎(chǔ)實驗?zāi)芰?/p>