基于物联网技术的无线智能家居基础架构的研究与实现

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近几年来,物联网的发展为智能家居概念注入了新的内涵,作为物联网应用的一个新的领域,智能家居系统融合了先进的计算机、网络通信和自动控制等技术,将家庭中的各种家居设备通过家庭网络连接到一起,能够让用户有更方便的方式、方法来管理家庭设备,不需要人为主动的参与控制也能根据设备信息状态互动运行,对改善现代人类的生活质量,创造舒适、便利、安全的家居生活空间有着非常重要的影响和意义。  目前的智能家居内部网络通信多以有线联接方式为主,存在着布线复杂、可扩展性和移动性能差等问题,智能家居内部网关设备也存在着扩展性差和设备升级复杂等问题。基于上述存在的问题,本文研究基于物联网技术的无线智能家居基础架构,实现家居内部网络采用ZigBee无线网络联接来替代原有的大量模块或设备之间繁多的连线,从而去除家居内部冗余的布线问题,减小其体积,增强家居设备的可移动性、可扩展性、可靠性和低功耗;实现家居内部网关采用FPGA技术,FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚资源,可重复编程,可扩展性强,解决了网关设备扩展、升级复杂等系列问题。  首先,本文在通过阅读和参考大量相关文献的基础上,对无线智能家居基础架构进行研究和设计,对物联网和无线智能家居的关键技术,特别是对无线传感器网络和ZigBee无线通信技术进行了研究与分析。其次,结合本文的研究背景,研究分析了一种基于ZigBee的无线智能家居接入系统和方法。基于此接入系统和方法,设计并实现了基于ZigBee的无线智能家居系统,并对系统中的设备:ZigBee传感采集装置、智能家居网关装置和ZigBee中继装置软硬件设计进行了详细的说明,智能家居网关装置采用FPGA模块和ZigBee模块组合为家居网关设备。系统能够使用PC或手机端的远程控制软件通过Internet对智能家居系统进行访问、信息查看、管理和控制。最后,基于本文所研究分析的基于ZigBee的无线智能家居接入系统和方法以及相关的硬件设备,实现了基于ZigBee的家居环境温度监测子系统,对无线智能家居系统进行了验证与分析。  本文旨在建立一个基于物联网技术的无线智能家居基础架构参考模型,研究分析一种基于ZigBee的无线智能家居接入系统和方法,注重的是智能家居接入系统内部设备之间通信方式的实现,由于无线智能家居是一个功能很强大的系统,系统内的每个细节的设计实现需要更多的人力和物力,因此,无线智能家居接入系统和方法以及设计方案的和关键技术的实现是本文研究和设计的重点。
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