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物聯(lián)網(wǎng)智能家居工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹
HYZNJJ-2物聯(lián)網(wǎng)智能家居工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
一,、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
物聯(lián)網(wǎng)智能家居工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是針對(duì)高等院校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)的需求，綜合運(yùn)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(diǎn),、控制節(jié)點(diǎn),、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端實(shí)現(xiàn)家居生活環(huán)境的智能安全監(jiān)測(cè),、智能安防監(jiān)測(cè),、智能報(bào)警、智能設(shè)備控制,、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控,、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，貼近實(shí)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(gè)完備的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)利用各種傳感器測(cè)量家居環(huán)境參數(shù),，結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)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(gè)節(jié)點(diǎn)；利用自動(dòng)控制理論和反饋控制理論實(shí)現(xiàn)智能控制與無人值守,；利用嵌入式 Linux 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān),；利用 Android 系統(tǒng)實(shí)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(shí)環(huán)境的應(yīng)用,。
三,、硬件組成
智能家居網(wǎng)板實(shí)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?xì)馓綔y(cè)傳感器,、煙霧探測(cè)器,、以及紅外探測(cè)器等，用于檢測(cè)家居環(huán)境狀況,。
2,、安防門禁設(shè)備
由可視門鏡機(jī)、視頻顯示器,、密碼系統(tǒng)，機(jī)械帶反饋電子鎖,，一鍵開門按鈕,，指紋識(shí)別系統(tǒng)、門磁探測(cè)器組成,，實(shí)現(xiàn)指紋錄入權(quán)限解鎖,，密碼解鎖,，密碼加身份識(shí)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(gè)紅外控制設(shè)備代替多個(gè)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(cè)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(tái),。主要由 Cortex-A8 主板組成,，可升級(jí)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(hù) 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(shí),，主板可擴(kuò)展 GPRS,、3G 或 4G 模塊,，將智能網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng),，實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程可靠傳輸。
6,、智能終端
Android 平板電腦,，運(yùn)行智能家居軟件,，實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測(cè),、設(shè)備遠(yuǎn)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(rèn)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(shí)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)入網(wǎng),、節(jié)點(diǎn)休眠與喚醒,、節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣與傳輸,、以及執(zhí)行節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)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(yùn)行嵌入式 Linux 操作系統(tǒng),，上電后即運(yùn)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(diǎn),，控制節(jié)點(diǎn),，并通過嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，保存所有節(jié)點(diǎn)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(shí)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(shí)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(yùn)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(yuǎn)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(jī),，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jī),，通過串口與 ZigBee 協(xié)調(diào)器通信,?；?C#的智能家居軟件就是通過串口編程、及時(shí)讀取串口緩沖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感層節(jié)點(diǎn)的管理的，主要實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測(cè),、家居安防監(jiān)測(cè),、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(cè)與控制應(yīng)用程序,、以及 HTML 網(wǎng)頁(yè)，為用戶提供 B/S 方式的訪問與控制傳感層節(jié)點(diǎn)的平臺(tái),。
6,、可接入理工云服務(wù)平臺(tái)
五、系統(tǒng)功能
1,、多種采集控制終端
2,、環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)功能
通過溫濕度傳感器、光照度傳感器對(duì)室內(nèi)居住環(huán)境的狀態(tài)進(jìn)行 24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)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(dòng)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(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能
通過煙霧探測(cè)器,、燃?xì)馓綔y(cè)器模擬對(duì)居室火情,、煤氣泄漏等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)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(dòng)關(guān)系和設(shè)置異常氣體濃度上下限，自動(dòng)控制警笛報(bào)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(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能
通過門磁探測(cè)器、人體感應(yīng)探測(cè)器、指紋識(shí)別器,、可視門禁系統(tǒng)等對(duì)居室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)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(xiǎn)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(huì)通過預(yù)置的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，自動(dòng)控制警笛報(bào)警,，及時(shí)播放險(xiǎn)情,，發(fā)送警情短信。用戶可以通過平板電腦啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)攝像頭查看居室環(huán)境,，遠(yuǎn)程控制窗簾,、門鎖，處理警情等,。另外,，門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)之間可實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講。
5,、智能家電控制功能
智能控制支持自動(dòng)控制與手動(dòng)控制兩種方式,。自動(dòng)控制由用戶設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)與控制設(shè)備的對(duì)應(yīng)、以及閾值設(shè)置即可實(shí)現(xiàn),。手動(dòng)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(duì)吸頂燈,、臺(tái)燈、警笛,、窗簾等進(jìn)行開關(guān)控制,，對(duì)電視、音響,、空調(diào)等遙控開關(guān)類設(shè)備進(jìn)行紅外遠(yuǎn)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(gè)管理系統(tǒng),，除了可以實(shí)現(xiàn)本地對(duì)家電的控制之外,，還可以通過遙控、場(chǎng)景以及互聯(lián)網(wǎng)等多種控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化管理。
（2）燈光情景控制模式：通過對(duì)智能開關(guān)的組合學(xué)習(xí)，可以對(duì)家庭單元 的各個(gè)房間定義個(gè)性化的燈光場(chǎng)景需要,。如：全開全關(guān)模式,、家庭影院模式、會(huì)客模式,、起早模式等,；
（3）聯(lián)動(dòng)控制：燈光、電器(模擬空調(diào)),、電動(dòng)窗簾三者的控制可以通過情景 控制模式聯(lián)動(dòng),，如門磁可以設(shè)定與燈光、窗簾,、電器等設(shè)備的聯(lián)動(dòng)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(dòng)工作。
（4）電動(dòng)窗簾系統(tǒng)：對(duì)窗簾進(jìn)行智能控制和管理,，可用軟件遙控實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的開關(guān),、停止等控制，以及一鍵式場(chǎng)景效果的實(shí)現(xiàn),。
6,、Web 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能
系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制功能。將智能網(wǎng)關(guān)與 PC 機(jī)處于同一個(gè)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(yè),，主要實(shí)現(xiàn)傳感器實(shí)時(shí)采集,、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備控制,、視頻監(jiān)控等功能,。互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)攝像監(jiān)控,，可通過手機(jī),、電腦實(shí)時(shí)動(dòng)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(yuǎn)程監(jiān)控等五部分，因此系統(tǒng)提供了豐富的課程實(shí)驗(yàn),，包括 zigbee 基礎(chǔ)采集傳輸實(shí)驗(yàn),，網(wǎng)關(guān)智能家居應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，Android 智能家居應(yīng)用實(shí)驗(yàn),，PC 智能家居應(yīng)用實(shí)驗(yàn),、Web 的智能家居網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)等，一條線貫穿,，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)方式，適合不同課程,，不同側(cè)重點(diǎn)的教學(xué),、實(shí)驗(yàn)和實(shí)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(cè)和一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,。