基于樹莓派的智能家居系統(tǒng)設計與實現

1、本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載基于樹莓派的智能家居系統(tǒng)設計與實現本文從網絡收集而來，上傳到平臺為了幫到更多的人，如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載本文檔（有償下載），另外祝您生活愉快，工作順利，萬事如意！隨著物聯網技術的不斷發(fā)展，智能化、個性化的智能家居產品需求越來越大，但當前智能家居產品之間設備接口、通訊協議等多種多樣，尚未形成統(tǒng)一標準，這些因素制約著智能家居產品的推廣與普及。文章提出一種以開源硬件樹莓派系統(tǒng)為中心，兼容多協議的智能科技網關設計，旨在解決當前異構網絡中不同協議與不同接口的兼容問題。1概述智能家居網關作為智能家居系統(tǒng)的中心控制設備，承

2、擔著智能家居中所有傳感器信息的匯聚、分析與控制，應滿足安全高效、智能化與個性化的需求。本文針對智能家居系統(tǒng)的用戶需求，在物聯網基礎上提出一種以樹莓派系統(tǒng)為中心網關，綜合采用WIFI技術、Zigbee技術，并支持多協議、多網絡混合的智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)設計采用模塊化、智能化設計，具有穩(wěn)定性、擴展性與操控性等特點，并可以通過APP本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載終端實現對智能家居系統(tǒng)的遠程控制2系統(tǒng)整體結構設計本系統(tǒng)的設計主要由三大部分組成：(1)感應控制層主要由智能家居的各種傳感器設備組成，收集

3、家居中如溫度、濕度與可燃氣體等各種信息以及接收由網關傳達的各種命令；(2)網絡通信層主要是負責網絡通信，包括智能網關、信息服務器、路由器與GPRSWIFI網絡、ZigBee網絡、Internet紅外網絡等。網關作為智能家居系統(tǒng)的中心控制設備，承擔著各層設備之間的信號傳輸與控制命令轉發(fā)解析等任務，用戶使用手機發(fā)送信號到信息服務器，信息服務器處理信息后再傳送到網關，由網關控制各種傳感器與家庭設備;(3)應用層包括電腦PC機、手機終端設備，如Android與IOS設備、遙控器等紅外手持設備等，手機端可通過因特網或GPRS網絡與網關通信，以無線方式管理智能家居各節(jié)點的設備終端，支持多用戶登錄系統(tǒng)進行管

4、理，實現節(jié)點設備遙控等功能，從而實時監(jiān)測與控制家居環(huán)境。通過手機端的APP,連接局域網或GPRS網絡，實現遠程控制智能家居的各種設備。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載感應控制層感應控制層由傳感器終端與控制終端組成，傳感器終端主要負責收集家庭環(huán)境的各種數據，包括室內溫度、濕度、煙霧濃度等，控制終端的主要作用是對家庭設備如照明、電視機、空調、窗簾與其他電器的控制。傳感器終端與控制終端并不是嚴格分離，如照明調節(jié)，需要由傳感器終端收集房間的光線亮度參數，然后由控制終端進行控制電

5、燈的亮度。傳感器終端都采用模塊化的設計方案，在微處理器單元的基礎上，添加傳感器與WIFI模塊或ZigBee模塊，傳感器終端通過WIFI或ZigBee網絡與智能網關連接。WIFI模塊由于具有穩(wěn)定性高、傳輸速度快、傳輸距離遠等特點，因此被廣泛應用在各類傳輸通信設備中。而ZigBee具有功耗極低、組網靈活、傳輸穩(wěn)定等特點，因此可以應用在廚房等連接電源不方便的可燃氣體檢測設備里，在一個紐扣電池供電的情況下，可以工作624個月。傳感器終端的微處理芯片主要由單片機與外圍電本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載

6、路組成，是該終端的核心組件，負責執(zhí)行處理由WIFI、ZigBee等通信模塊傳送過來的指令。電源模塊與LED等模塊主要由電源燈與呼吸燈組成，當終端處于工作狀態(tài)，會顯示出不同的燈光組合，增加美感與識別功能。WIFI通信模塊與ZigBee模塊是一個通信模塊，焊接在基礎模塊上，通過此通信模塊，終端設備實現了可以無線連接家用路由器的，與智能網關通信的能力。通過此通信模塊，終端設備接收來自智能網關的命令，執(zhí)行并反饋結果。網絡通信層由圖1可見，網絡通信層包括智能網關、路由器、網絡服務器、WIFI網絡和Internet等，其中，網關作為智能家居的核心設備，負責整個智能家居網絡的管理與協調，處理不同的通信協議之

7、間的轉換，同時還要處理家庭多媒體娛樂的音視頻解碼等，除需保證其滿足安全性、穩(wěn)定性和可靠性外，還要考慮到其性能。綜合考慮上述因素，選擇開源硬件樹莓派作為網關設備，該硬件具有新一代BroadcomBCM2836800MHzARMCortex-A7四核處理器，采用1GB的RAM存儲器，帶VideoCoreIV雙核GPU,最高支持HD1080p本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載視頻輸出，復合視頻（PAL/NTSC）輸出，立體聲音頻輸出，提供10/100BaseTRJ45以太網插座，HDMI和視頻/音頻

8、插座，4極音頻/復合視頻輸出插孔插座，4個USB插座，15路MPICSI-2連接器，用于RaspberryPi高清攝像機（7757731）,15路顯示串行接口連接器，MicroSD卡插座，從MicroSD卡啟動，運行Linux新操作系統(tǒng)版本，GPIO和串行總線的40引腳管座，通過MicroUSB插座，整塊硬件具有集成度非常高、運行速度快、性能高、外設豐富、二次開發(fā)方便等優(yōu)點。智能網關的作用主要有以下三個方面：協議解析與轉換?？紤]到各種傳感器的功耗等特點，本設計采用了多網絡融合的模式進行組網，系統(tǒng)內包含WIFI與ZigBee網絡。ZigBee協議與互聯網中的TCP/IP協議并不兼容，要把基于Zi

9、gbee協議的網絡接入到TCP/IP協議網絡內，需要進行協議轉換。通過樹莓派系統(tǒng)的擴展板或通用接口（GPIO）外接ZigBee模塊，在傳感器終端多微芯片電路板上也焊接ZigBee模塊，然后在樹莓派系統(tǒng)內分配網絡ID號和網絡地址，網絡節(jié)點上電后，初始化內部資源，然后發(fā)送掃本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載描信號請求連接，從而完成連接。借助z-stack協議棧，由ZigBee網絡傳送過來的ZigBee協議幀的解析就由Linux系統(tǒng)完成，Linux系統(tǒng)解析完成后，將有效的數據存入指定內存空間中，供W

10、IFI網絡使用，這樣就實現了多網融合。數據收集與存儲。樹莓派提供豐富的外設接口，其中包括USB接口HDMI高清視頻接口。在樹莓派系統(tǒng)上安裝多媒體服務中心，將網關打造成一臺可以播放高清影視的多媒體服務器，通過USB接口，可以讀取到存儲在移動硬盤上的視頻文件。通過HDMI接口連接電視機，實現在電視上播放網絡視頻。止匕外，智能家居系統(tǒng)發(fā)送的各種信息，都可以通過樹莓派上的數據庫保存下來。信息服務器承擔起內網與外網聯通的橋梁作用。其主要功能是負責溝通用戶手機APP應用端與智能網關的通信。由于網關處于內網，用戶在Internet上無法直接連接網關，因此，搭建一個MQ信息隊列服務器連接內網與外網就成了很關鍵

11、的一個步驟。從用戶手機APP端發(fā)出的命令，通過MQ服務器，傳到內網的智能網關，再由智能網關轉發(fā)給各傳感器終端，本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載本文為網絡收集精選范文、公文、論文、和其他應用文檔，如需本文，請下載從而實現控制家居設備。應用層智能家居通過用戶的手機APP進行控制家用設備，手機端APP應用包括Android版本與IOS版本,界面設計與功能基本一致。如圖2所示為手機的應用界面圖，用戶輸入賬號與密碼信息后，進入到系統(tǒng)內可以瀏覽到智能家居的信息。3結語本文分析了智能家居的結構、功能與組成，采用以網關為中心，結合多網融合的方式，設計實現了以樹莓派系統(tǒng)為中心網關的智能家居系統(tǒng)，通過手機終端對智能家居的遠程控制與集中控制。實際使用效果證明，該系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性、可靠性與擴展性，兼具成本低廉、操作簡單等特點，具有一定的市場推廣與