智能家居畢業(yè)論文文件

1、課程設(shè)計報告20142015學年第一學期 課程名稱 綜合實訓項目設(shè)計題目 智能家居（操縱與通信的實現(xiàn)） 2014年9月3日基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計摘要物聯(lián)網(wǎng)作為朝陽的產(chǎn)業(yè)，被列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識不、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識不、定位、跟蹤、監(jiān)控和治理的一種網(wǎng)絡(luò)。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動操縱技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成形成智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)智能家居通過家居智能治理系統(tǒng)的設(shè)備來實現(xiàn)家庭安全、

2、舒適、信息交互與通信的能力。本文結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的相關(guān)技術(shù)，將傳感器、操縱器等設(shè)備通過無線技術(shù)連接和采集數(shù)據(jù)信息的處理，實現(xiàn)了使用傳感器采集室內(nèi)溫度，光線等數(shù)據(jù)，在嵌入式終端中進行信息的讀取和處理，做出相應(yīng)的操作。整個過程涉及到基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和利用Java socket實現(xiàn)雙機通信的應(yīng)用。該設(shè)計分為以下幾個部分：一、首先分析課題來源與市場需求，然后對整個系統(tǒng)進行了概述；二、對該系統(tǒng)的框架進行介紹；三、對整個系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行詳細的介紹。本論文設(shè)計是基于物聯(lián)網(wǎng)和智能家居相結(jié)合的背景下，實現(xiàn)了對家居環(huán)境中的光線，溫度，煙霧等因素的實時監(jiān)測，并通過利用Java socket實

3、現(xiàn)雙機通信和治理系統(tǒng)作出相應(yīng)的操縱，以提升家居環(huán)境的安全性、舒適性、便利性。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，無線傳感網(wǎng)絡(luò)，Java socket關(guān)鍵詞目錄1緒論.11.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)概述.11.1.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)開發(fā)背景.11.1.2物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)意義.21.1.3物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀.21.2論文的結(jié)構(gòu).32系統(tǒng)開發(fā)工具.42.1ZigBee技術(shù).42.1.1ZgBee特點.52.1.2ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢.62.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò).72.3Java socket雙機通信模塊.73需求分析.93.1實際業(yè)務(wù)工作流程.93.2設(shè)計目標.103.3設(shè)計特點.103.4設(shè)計原則.113

4、.5功能需求.114系統(tǒng)設(shè)計.134.1傳感器節(jié)點WSN網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計.134.2嵌入式服務(wù)器終端模塊設(shè)計.154.3Java socket雙機通信模塊設(shè)計.205結(jié)束語.25附錄1緒論隨著人們生活水平的提高和科技的進展，家居智能化已成為一種必定趨勢而深入千家萬戶。家居智能化是利用計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力自動化、信息、結(jié)構(gòu)化布線、無線等技術(shù)將所有不同的設(shè)備應(yīng)用和綜合功能互連于一體的系統(tǒng)。它以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)家電、通信、家電設(shè)備自動化、遠程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂等功能，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、治理為一體的安全、便利、舒適、節(jié)能、娛樂、高效、環(huán)保的居住環(huán)境。1.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)概述那個章節(jié)要

5、緊分三個部分介紹：物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的開發(fā)背景，開發(fā)意義和應(yīng)用現(xiàn)狀。1.1.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)開發(fā)背景2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念；2009年8月，溫家寶在中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心考察時，提出了“感知中國”。物聯(lián)網(wǎng)被預(yù)言為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，一時刻專門多人預(yù)見到了一場新的技術(shù)革命。現(xiàn)代社會努力制造著舒適的環(huán)境，空調(diào)的出現(xiàn)讓人們得到了舒服的體驗。在使用空調(diào)時，人們出現(xiàn)了兩種心態(tài)，有的人怕白費電，在家里沒人的時候把空調(diào)關(guān)掉，但是回到家時卻不得不面對冷冰冰或熱烘烘的情況；也有的人為了舒適一直開著空調(diào)，長時刻地讓空調(diào)運轉(zhuǎn)既費

6、電又阻礙使用壽命。進入新世紀，我國人民的物質(zhì)文化生活水平不斷提高，移動通信的飛速進展給人們的生活注入新奇血液，豐富了人們的生活。眾所周知，越來越多的人擁有自己的手機，而我國移動網(wǎng)絡(luò)的鋪建將使我們更好地在移動網(wǎng)絡(luò)的世界里巡游，假如能夠通過手機來遠程操縱家里的空調(diào)，讓人們在到家之前把家里的空調(diào)打開，當我們邁進家門時，舒適的溫度會使我們的心情更加愉悅。在互聯(lián)網(wǎng)差不多普及的今天，互聯(lián)網(wǎng)差不多聯(lián)系起了每一個人，隨著各種消費電子的智能化，還有無線傳感器的迅速進展，人們想到了是否能夠用網(wǎng)絡(luò)將每一個物體都聯(lián)系起來，以實現(xiàn)對物體的智能化識不、定位、跟蹤、監(jiān)控和治理。如此就形成了一種新的網(wǎng)絡(luò)，被稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)

7、的核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。而從20世紀80年代開始，隨著大量采納電子技術(shù)的家用電器面世，直到現(xiàn)在，通過了30年的進展，家用電器差不多普及，而且具有了專門高的智能化。這時人們便開始查找一種更加智能的家庭治理方式，希望實現(xiàn)安保，防災(zāi)，家電一體化操縱，這確實是智能家居的原型。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加快了智能家居的進展。在國家大力推動工業(yè)化與信息化兩化融合的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是家居行業(yè)乃至更多行業(yè)信息化過程中一個比較現(xiàn)實的突破口。一旦物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及，許多的物品需要加裝更加小巧智能的傳感器，用于家居設(shè)備的傳感器與電子標簽及配套的接口裝置數(shù)量

8、將大大超過目前的手機數(shù)量，物聯(lián)網(wǎng)是下一個超過萬億的行業(yè)。1.1.2物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)意義社會經(jīng)濟的進展，信息化程度的不斷提高，人們生活節(jié)秦的不斷加快，使人們對居家環(huán)境智能化的程度也提出了更高的要求。當人們離開自已的居住環(huán)境時，如何獵取家中的環(huán)境信息，已成為一種現(xiàn)實需求，基于Internet與GSM網(wǎng)成為可選擇的進展方向。利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息具有信息量大、直觀等優(yōu)勢，但目前實現(xiàn)成本相對較高，阻礙其進入一般家庭。近年來，短消息業(yè)務(wù)（SMS）作為GSM的一種增值服務(wù)，隨著GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷擴大，得到了迅速進展，它具有傳輸速度快，費用低，不占用語音通信通道等優(yōu)點,本系統(tǒng)重在研究基于SMS短信業(yè)務(wù)，

9、一種操作方便、經(jīng)濟、有用、可擴展性好的智能家居操縱系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品融合自動化操縱系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，將各種家庭設(shè)備(如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾操縱、空調(diào)操縱、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等)通過智能家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自動化，通過寬帶和無線網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)對家庭設(shè)備的遠程操控。與一般家居相比，智能家居不僅提供舒適宜人且高品位的家庭生活空間，實現(xiàn)更智能的家庭安防系統(tǒng);還將家居環(huán)境由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔换スδ?。物?lián)網(wǎng)中的無線傳感器應(yīng)用對家庭的智能防災(zāi)，燈光操縱，以及家電聯(lián)網(wǎng)都提供了一種專門好的解決方法。而且使用Java soc

10、ket雙機通信模塊，能夠?qū)⒓彝ブ械耐话l(fā)事件信息告知戶主，同時進行智能報警。如此就極大降低了家庭意外災(zāi)難的損失。1.1.3物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)現(xiàn)狀智能家居是利用微處理電子技術(shù)，來集成或操縱家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)。家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)（可擴展至鄰居、小區(qū)）將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)家電是將一般家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能操縱技術(shù)設(shè)計改進的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電是一種價格低廉、操作簡便、有用性強、帶有PC要緊功能的家電產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)在處于起步時期，由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時刻內(nèi)還沒有統(tǒng)一的標準協(xié)議，因此一般差不多上一個廠家單獨做系

11、統(tǒng)研發(fā)的。智能家居產(chǎn)品大規(guī)模批量化生產(chǎn)還需要時刻加之協(xié)議不統(tǒng)一，隨之帶來的確實是產(chǎn)品成本相對較高。國內(nèi)從事智能家居行業(yè)的生產(chǎn)廠家魚龍混雜，良莠不齊，有獨立從事智能家居系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)，有家電行業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)，有安防企業(yè)兼做智能家居系統(tǒng)的，還有運營商也參與到智能家居行業(yè)的，各自的動身點不同，因此生產(chǎn)出的產(chǎn)品也就各不相同產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，阻礙了消費者對智能家居產(chǎn)品的信任；再者智能家居行業(yè)的售后服務(wù)水平較低，智能家居系統(tǒng)相對比較復雜，系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性較大，出問題的幾率相對較高，這時候假如售后服務(wù)不能到位的話則會嚴峻阻礙客戶對智能家居產(chǎn)品的中意度。這些問題嚴峻制約了智能家居行業(yè)的進展。因此目前在中國

12、只有少部分用于試點研究安裝，真正用于生活的還不多見。1.2論文的結(jié)構(gòu)論文的結(jié)構(gòu)要緊分四個部分：1.緒論。要緊介紹物聯(lián)網(wǎng)智能家居的背景、意義、現(xiàn)狀。2.系統(tǒng)開發(fā)工具。要緊介紹系統(tǒng)設(shè)計需要的技術(shù)工具。3.需求分析。要緊介紹系統(tǒng)功能需求性。4.系統(tǒng)設(shè)計。要緊介紹系統(tǒng)各個部分設(shè)計。2系統(tǒng)開發(fā)工具該部分要緊介紹系統(tǒng)所采納的技術(shù)及開發(fā)工具，涉及,采納的架構(gòu)ZigBee技術(shù)的模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、Java socket雙機通信模塊等。2.1ZigBee技術(shù)無線傳感器技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域內(nèi)研究的一個熱點技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過

13、各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。所謂傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在一定區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成的能依照環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間距離專門短，一般采納多跳(multi-hop)的無線通信方式通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在獨立的環(huán)境下運行，也能夠通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，使用戶遠程訪問4。ZigBee技術(shù)譯為紫蜂技術(shù)，是一個有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)，被稱作IEEE802.15.

14、4(ZigBee)技術(shù)標準在標準化方面，IEEE802.15.4工作組要緊負責制定物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議要緊參照和采納現(xiàn)有的標準，高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作將由ZigBee聯(lián)盟負責。其結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低速率、低成本和可靠性高的雙向無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，要緊適合于自動操縱領(lǐng)域，能夠嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。完整的ZigBee協(xié)議套件由高層應(yīng)用層、應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。其協(xié)議如圖2-1所示：應(yīng)用層匯聚層網(wǎng)絡(luò)層LLC數(shù)據(jù)鏈路層MAC物理層圖2-1IEEE802.15.4協(xié)議架構(gòu)物理層分不是2.4GHz物理層和868915MHz物理層，它們都基于DS

15、SS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴頻)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)不在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴頻碼片長度和傳輸速率。其中2.4GHz波段為全球統(tǒng)一的無需申請的ISM頻段，有助于ZigBee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低，該頻段的物理層使用了16個信道、250kb/s的傳輸速率。數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路操縱子層(LLC)和介質(zhì)訪問操縱子層(MAC)。LLC子層功能包括傳輸可靠性保障、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸；MAC層通過SSCS(ServiceSpecificConvergenceSublayer，業(yè)務(wù)相關(guān)的會聚子層)協(xié)議能支持多種LLC標準

16、，其功能包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護和拆除、確認模式的幀傳送與接收、信道接入操縱、幀校驗、預(yù)留時隙治理和廣播信息治理。網(wǎng)絡(luò)層采納基于adhoc技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，功能包括拓撲治理、MAC治理、路由治理和安全治理依照節(jié)點的不同角色，可分為全功能設(shè)備(FullFunctionDevice；FFD)與精簡功能設(shè)備(ReducedFunctionDevice；RFD)。前者具備操縱器(Controller)的功能，能夠提供數(shù)據(jù)交換；后者電路較為簡單且存儲體容量較小，只能傳送數(shù)據(jù)給FFD或從FFD接收數(shù)據(jù)。應(yīng)用匯聚層負責把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)層上，包括安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)覺

17、和業(yè)務(wù)發(fā)覺。應(yīng)用層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)是協(xié)議棧的最上層用戶。2.1.1ZgBee特點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)由大量的節(jié)點依照自組織網(wǎng)絡(luò)的方式構(gòu)成，一般節(jié)點通過各種方式大量部署在被感知對象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點通過無線自組織傳輸網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對任意地點的信息在任意時刻的采集、處理和分析5。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示(虛線表示無線鏈路，實線表示有線鏈路)。1.無中心。WSN沒有嚴格的操縱中心，所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點能夠隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障可不能阻礙整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有專門強的抗毀性。2.自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和

18、展開無需依靠于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為,節(jié)點開機后就能夠快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。3.動態(tài)拓撲。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點能夠隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其它故障，退出網(wǎng)絡(luò)運行，也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。ZigBee會依照網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓撲組織功能。4.節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點數(shù)量大、分布范圍廣。如此的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備一定的軟、硬件健壯性和容錯性。2.1.2ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢1.低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6-24個月，甚至更長。這是ZigB

19、ee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。2.低成本。通過大幅簡化協(xié)議（不到藍牙的1/10）降低了對通信操縱器的要求，按預(yù)測分析，以8051的8位微操縱器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。3.低速率。ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。4.近距離。傳輸范圍一般介于10100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1-3km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。假如通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將能夠更遠。5.短時延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)

20、點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進一步節(jié)約了電能。相比較，藍牙需要3-10s、WiFi需要3s。6.高容量。ZigBee可采納星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點治理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可治理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點治理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。7.高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入操縱清單(ACL)防止非法獵取數(shù)據(jù)以及采納高級加密標準(AES128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。8.免執(zhí)照頻段。采納直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療2.4GHz(全球)(ISM)頻段。ZigBee的這些特點使之最適合作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的標準。2.2無線

21、傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork,簡稱WSN）確實是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀看者。傳感器、感知對象和觀看者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。隨著微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanismSystem,簡稱MEMS)、片上系統(tǒng)（SOC，SystemonChip）、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速進展,孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks,WSN)，并以其低功耗、低成本、分布

22、式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)確實是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。專門多人都認為，這項技術(shù)的重要性可與因特網(wǎng)相媲美：正如因特網(wǎng)使得計算機能夠訪問各種數(shù)字信息而能夠不管其保存在什么地點，傳感器網(wǎng)絡(luò)將能擴展人們與現(xiàn)實世界進行遠程交互的能力。它甚至被人稱為一種全新類型的計算機系統(tǒng)，這確實是因為它區(qū)不于過去硬件的可到處散布的特點以及集體分析能力。然而從專門多方面來講，現(xiàn)在的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就如同遠在1970年的因特網(wǎng)，那時因特網(wǎng)僅僅連接了不到200所大學和軍事實驗室，同時研究者還在試驗各種通訊協(xié)議和尋址方案。而現(xiàn)在，大

23、多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)只連接了不到100個節(jié)點，更多的節(jié)點以及通訊線路會使其變得十分復雜難纏而無法正常工作。另外一個緣故是單個傳感器節(jié)點的價格目前還并不低廉，而且電池壽命在最好的情況下也只能維持幾個月。只是這些問題并不是不可逾越的，一些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品差不多上市，同時具備引人入勝的功能的新產(chǎn)品也會在幾年之內(nèi)出現(xiàn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。基于MEMS的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)給予了寬敞的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域能夠歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救

24、災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。2.3Java socket雙機通信模塊利用Java Sock實現(xiàn)雙機通信摘要：Socket(套接字)是一種基于TCP/IP的編程接口。它采納客戶/服務(wù)器通信機制，使客戶端和服務(wù)器端通過Socket接口在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)連接和數(shù)據(jù)交換。它提供了一系列系統(tǒng)調(diào)用，使用戶能夠方便地實現(xiàn)TCP和UDP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信。它使用戶能夠在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上工作而不必對該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有特不深入的了解。如此編寫的程序可被迅速移植到任何支持Socket的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。本文通過要緊利用Java Socket來實現(xiàn)雙機通信，實現(xiàn)一個簡單的服務(wù)器，客戶端實時通訊工具。并對Java Soc

25、ket的實現(xiàn)進行簡單的分析和講解，通過本文以達到對Socket的原理又一個較清晰的認識。關(guān)鍵詞：套接字、SocketServer類、客戶機/服務(wù)器模式1 理論基礎(chǔ)1.1 套接字通信 套接字（Socket）是網(wǎng)絡(luò)通信的差不多單元操作，又被稱作端口，通常用來實現(xiàn)客戶方向和服務(wù)器的連接。網(wǎng)上的兩個程序通過一個雙向的通信連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，在實現(xiàn)雙向通信前鏈路的每一個端都建立一個Socket，通過對Socket的讀/寫操作實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的一個標準。套接字分為以下三種類型：（1）流套接字這是最常用的套接字類型，TCP/IP協(xié)議中的TCP協(xié)議用此類接口，它提供面向連接的（建立虛電路），

26、無差錯的、發(fā)送先后順序一致的，包長度不限和非重復的網(wǎng)絡(luò)信包傳輸。（2）數(shù)據(jù)報套接字TCP/IP協(xié)議族中的UDP協(xié)議使用此類接口，它是無連接的服務(wù)，以獨立的信包進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，信包最大長度為32KB，傳輸不保證順序性、可靠性和無重復性，它通常用于單個報文傳輸或可靠性不重要的場合。（3）原始數(shù)據(jù)包套接字提供對網(wǎng)絡(luò)下層通信協(xié)議的直接訪問，它一般不是提供給一般用戶的，要緊用于開發(fā)新的協(xié)議或者用于協(xié)議教隱蔽的功能。 所有Socket通信程序的差不多結(jié)構(gòu)差不多上一樣的，要緊有創(chuàng)建Socket、打開連接到Socket的輸入流和輸出流、按照一定的協(xié)議對Socket進行讀寫操作。關(guān)閉Socket這四個步驟，通過這

27、四個步驟能夠完成一般的Socket通信。1.2 JAVA Sockets編程概述：用Java語言編程實現(xiàn)Socket通信，其原理與使用其他語言差不多相同，不同之處是：（1）java是跨平臺的編程語言，因此用java編寫的Socket通信程序能夠工作在所有支持TCP/IP協(xié)議和java的軟硬件平臺上；（2）因為Java是面向?qū)ο蟮恼Z言，因此在編程中需要使用一些與Socket有關(guān)的系統(tǒng)類，其中用于實現(xiàn)流Socket的類要緊有：InetAddress類,Socket類,ServerSocket類。InetAddress類的對象用來保存IP地址，Socket類的對象用來創(chuàng)建Socket通信的客戶端，S

28、ocket通信的服務(wù)器端則有ServerSocket類的對象來實現(xiàn)，用上述幾個類就能夠?qū)ｉT方便的生成用戶自己的TCP/IP通信程序。這幾個類都屬于J包，大部分用來處理網(wǎng)絡(luò)操作的系統(tǒng)類都包含在那個包中，因此用JAVA編寫程序是，一般要在程序開始部分用import語句加載那個包，以便引入這些類。用JAVA語言編寫Socket程序的過程確實是創(chuàng)建和定義Socket類和ServerSocket類的子類的過程。1.3 JAVA 有關(guān)概1.3.1 Java中輸入/輸出流概念過濾流DataInputStream 和DataOutputStream 除了分不作為FilterInputStream 和Filte

29、rOutputStream的子類外，還分不實現(xiàn)了接口 DataInput 和DataOutput。接口DataInput 中定義的方法要緊包括從流中讀取差不多類型的數(shù)據(jù)、讀取一行數(shù)據(jù)、或者讀取指定長度的字節(jié)數(shù)，如readBoolean() readInt()、readLine()、readFully()等。接口DataOutput中定義的方法要緊是向流中寫入差不多類型的數(shù)據(jù)或者寫入一定長度的字節(jié)數(shù)組，如writeChar()、writeDouble() DataInputStream能夠從所連接的輸入流中讀取與機器無關(guān)的差不多類型數(shù)據(jù)，用以實現(xiàn)一種獨立于具體平臺的輸入方式；DataInputS

30、tream 能夠向所連接的輸出流寫入差不多類型的數(shù)據(jù)。1.3.2 Java語言Java語言的優(yōu)點要緊表現(xiàn)在：簡單、面向?qū)ο蟆⒍嗑€程、分布性、體系結(jié)構(gòu)中立、安全性等方面。(1) 簡單性 Java與C+語言特不相近，但Java比C+簡單，它拋棄了C+中的一些不是絕對必要的功能，如頭文件、預(yù)處理文件、指針、結(jié)構(gòu)、運算符重載、多重繼承以及自動強迫同型。 Java實現(xiàn)了自動的垃圾收集，簡化了內(nèi)存治理的工作。這使程序設(shè)計更加簡便，同時減少了出錯的可能。(2) 面向?qū)ο?Java提供了簡單的類機制和動態(tài)的構(gòu)架模型。對象中封裝了它的狀態(tài)變量和方法，專門好地實現(xiàn)了模塊化和信息隱藏；而類則提供了一類對象的原型，通

31、過繼承和重載機制，子類能夠使用或重新定義父類或超類所提供的方法，從而既實現(xiàn)了代碼的復用，又提供了一種動態(tài)的解決方案。 Java是一種完全面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，它除了數(shù)組、布爾和字符三個差不多數(shù)據(jù)類型外的其它類差不多上對象，它不再支持全局變量。在Java中，假如不創(chuàng)建新類就無法創(chuàng)建程序，Java程序在運行時必須先創(chuàng)建一個類的實例，然后才能提交運行。 Java同樣支持繼承特性，Java的類能夠從其它類中繼承行為，但Java只支持類的單重繼承，即每個類只能從一個類中繼承。Java支持界面，界面同意程序員定義方法但又不立即實現(xiàn)，一個類能夠?qū)崿F(xiàn)多個界面，利用界面能夠得到多重繼承的許多優(yōu)點而又沒有多重繼

32、承的問題。(3) 多線程 多線程使應(yīng)用程序能夠同時進行不同的操作，處理不同的事件。在多線程機制中，不同的線程處理不同的任務(wù)，他們之間互不干涉，可不能由于一處等待阻礙其他部分，如此容易實現(xiàn) HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)上的實時交互操作。Java程序能夠有多個執(zhí)行線程，如能夠讓一個線程進行復雜的計算，而讓另一個線程與用戶進行交互，如此用戶能夠在不中斷計算線程的前提下與系統(tǒng)進行交互。多線程保證了較高的執(zhí)行效率。 (4) 分布性 Java是面向 HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)的語言。通過它提供的類庫能夠處理TCP/IP協(xié)議，用戶能夠通過URL地址在 HYPERLINK

33、 / t _blank 網(wǎng)絡(luò)上專門方便的訪問其他對象。(5) 體系結(jié)構(gòu)中立 Java是一種 HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)語言，為使Java程序能在 HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)的任何地點運行，Java解釋器生成與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的字節(jié)碼結(jié)構(gòu)的文件格式。Java為了做到結(jié)構(gòu)中立，除生成機器無關(guān)的字節(jié)碼外，還制定了完全統(tǒng)一的語言文本，如Java的差不多數(shù)據(jù)類型可不能隨目標機的變化而變化，一個整型總是32位，一個長整型總是64位。為了使Java的應(yīng)用程序能不依靠于具體的系統(tǒng)，Java語言環(huán)境還提供了用于訪問底層操作系統(tǒng)功能的類組成的包，當程序使用這些包時，能夠確保它能

34、運行在各種支持Java的平臺上。java.lang: 一般的語言包。其中包括用于字符串處理、多線程、異常處理和數(shù)字函數(shù)等的類，該包是實現(xiàn)Java程序運行平臺的差不多包java.util: 有用工具包。其中包括哈希表、堆棧、時刻和日期等java.io: 基于流模型的輸入/輸出包。該包用統(tǒng)一的流模型實現(xiàn)了各種格式的輸入/輸出，包括文件系統(tǒng)、 HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的輸入/輸出等: HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)包。該包支持TCP/IP協(xié)議，其中提供了socket、URL和WWW的編程接口java.awt: 抽象窗口工具集。其中實現(xiàn)了能夠跨平臺的圖形用戶

35、界面組件，包括窗口、菜單、滾動條和對話框等java.applet: 支持applet程序設(shè)計的差不多包(6) 安全性 用于 HYPERLINK / t _blank 網(wǎng)絡(luò)、分布環(huán)境下的Java必須要防止病毒的入侵，Java不支持指針，一切對內(nèi)存的訪問都必須通過對象的實例變量來實現(xiàn)，如此就防止了程序員使用欺騙手段訪問對象的私有成員，同時也幸免了指針操作中容易產(chǎn)生的錯誤。1.3.3與Socket有關(guān)的java類:1.InetAddress類：用來保存因特網(wǎng)上的IP地址的類，它含有專門多成員變量和方法，其中比較常用的有g(shù)etLocalHost,getByName和getAllByName,利用它們都

36、能夠創(chuàng)建該類的對象，獲得一個Java程序操縱、處理的IP地址。例如下面的程序段能夠依照主機名獵取其IP地址：try InetAddress remoteOP=InetAddress.getByName(“ HYPERLINK ”);catch(UnknownHostException excpt) System.err.println(“Unknown host:”+excpt);2.Socket類：用來實現(xiàn)TCP/IP通信的端口套接字類，所有希望通過socket來完成與遠程主機進行TCP/IP連接和通信的程序，都必須創(chuàng)建一個socket類的對象。那個類對象的作用首先是依照遠程主機的IP地址和

37、端口號在本地主機創(chuàng)建一個與遠程主機的聯(lián)接；其次，在連接建立后，本地主機程序就能夠使用那個類對象提供的輸入/輸出通道與遠程主機實現(xiàn)通信。當一個socket被創(chuàng)建時，它所指定的連接也將同時被建立并打開，若連接成功，調(diào)用那個socket對象的有關(guān)方法就能夠?qū)崿F(xiàn)與遠程主機的讀寫通信操作；若連接失敗，則構(gòu)造函數(shù)會拋出例外，表示沒有成功創(chuàng)建對象。Socket 對象的方法getInputStream()和getOutputStream()用來實現(xiàn)程序通過Socket 對遠程方的讀寫。調(diào)用getInputStream()方法返回一個抽象的getInputStream對象，能夠從遠程方讀取二進制數(shù)據(jù)；調(diào)用get

38、OutputStream()方法能夠返回一個抽象的getOutputStream對象，實現(xiàn)遠程方的寫入操作。由于getInputStream和getOutputStream都只是對二進制的原始數(shù)據(jù)的讀寫，而不能實現(xiàn)對復雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的直接操作，因此在實際應(yīng)用中一般要先對getInputStream()和getOutputStream()方法返回的輸入/輸出流作加工變換后再使用。當與Socket的通信結(jié)束時，可用調(diào)用close()方法來關(guān)閉連接。另外，調(diào)用getLocalPort()和getInetAddress() 方法還可獲得Socket連接的服務(wù)器的有關(guān)服務(wù)器端口號和IP地址等有關(guān)信息。3.S

39、erverSocket 類它是java 用來實現(xiàn)TCP/IP通信服務(wù)器端程序的要緊機制。當一個ServerSocket對象被創(chuàng)建時，程序在本機的指定端口處提供服務(wù)并開始監(jiān)聽可能的來自客戶端的服務(wù)請求。當一個客戶請求連接并被同意時，服務(wù)器程序?qū)?chuàng)建一個Socket對象與遠程的客戶機相連，實現(xiàn)讀寫通信操作。該類的accept()方法用來等待并同意客戶機的一個連接，當那個方法被調(diào)用時，服務(wù)器進程或線程將處于堵塞狀態(tài)，直至它監(jiān)聽到有一個客戶進程提出服務(wù)請求，并與之成功連接，這時方法將返回一個新創(chuàng)建的服務(wù)器端的Socket對象，那個對象差不多與遠程客戶機連接成功，并能夠與客戶機的Socket實現(xiàn)讀寫操作

40、。若服務(wù)器可同時提供的連接數(shù)超過一個，則服務(wù)器程序應(yīng)該創(chuàng)建一個新的線程來完成與客戶機的通信，而保留原有監(jiān)聽線程接著預(yù)備同意其它客戶機的服務(wù)請求。當ServerSocket對象要結(jié)束它在特定端口上提供的服務(wù)時，能夠調(diào)用close()方法實現(xiàn)。2客戶機/服務(wù)器通信的實現(xiàn)：2.1服務(wù)器端的開發(fā)（1）服務(wù)器端實現(xiàn)對主機某個端口不斷監(jiān)聽，并不斷同意客戶端的連接請求，當受到連接后打印客戶的的信息并向客戶端完成一次服務(wù)。（2）使用readUTF方法的DataInputStream處理流提供的方法，功能為讀取滿足UTF格式的字符串。并使用writeUTF方法為DataOutputStream處理流提供的方法，

41、功能為寫出滿足UTF 格式的字符。一般在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生消息都在發(fā)送端用writeUTF方法寫，在接收端使用readUTF方法讀取，如此程序的兼容性強，不容易受到亂碼。2.2客戶端的開發(fā)（1）客戶端用于對某個固定IP的服務(wù)器進行連接，接著向服務(wù)器發(fā)送一條消息，最后同意服務(wù)器的返回消息并打印。（2）為了與服務(wù)器對應(yīng)，發(fā)送消息還要使用DataInputStream的writeUTF方法。同時應(yīng)該注意的兩邊的首發(fā)順序是互逆的，服務(wù)器現(xiàn)售后發(fā)，客戶端先發(fā)后收。程序附后！3需求分析隨著社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的進展變化,人們對家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時越來越多

42、的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡單的智能，更要求整個系統(tǒng)在功能擴展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡單、方便、輕松、安全。專門顯然我們的家居生活需要改變，智能家居系統(tǒng)提供廣泛的信息交互功能，優(yōu)化居住環(huán)境，關(guān)心人們有效地利用網(wǎng)絡(luò)的便捷性各種實現(xiàn)了對家居環(huán)境的操縱。智能家居產(chǎn)品為家居環(huán)境、家電設(shè)備提供一個共享的接入中心，實現(xiàn)對家庭環(huán)境及其設(shè)備的智能治理、遠程治理、集中治理和資源共享。隨著網(wǎng)絡(luò)科技的高速進展，在能夠預(yù)見的以后，在智能化住宅中，以寬帶網(wǎng)絡(luò)將家里的電腦、電視機、家電、安防系統(tǒng)等連成一體的自主操縱、擴展、享用的工作、學習、娛樂家庭綜合信息服務(wù)平臺。3.1實際業(yè)務(wù)工作流程整個系統(tǒng)要緊由三部分組成：傳

43、感器節(jié)點WSN網(wǎng)絡(luò)，嵌入式服務(wù)器終端，Java socket雙機通信模塊及其他裝置。其中傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中包含了多個無線傳感器節(jié)點，每個節(jié)點差不多上由一個傳感器模塊加上一個ZigBee通信模塊組成的。傳感器進行實時的檢測，檢測到的數(shù)據(jù)通過ZigBee通信模塊傳到節(jié)點操縱，節(jié)點操縱處理收集到的信息，做出相應(yīng)的操作處理。手機終端能夠遠程通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，連接到嵌入式服務(wù)器終端中心操縱臺，中心操縱臺處理連接的信息，通過ZIgBee模塊發(fā)送處理信息到相應(yīng)的ZigBee模塊，節(jié)點操縱臺收到指令作出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)流程如圖3-1。圖3-1整體框架圖3.2設(shè)計目標由于住宅設(shè)計情況比較多種多樣性，信號的覆蓋采取

44、整體設(shè)計，局部進行設(shè)計實施，由于每個房間的封閉性，可能會引起信號的衰減，采取信號覆蓋區(qū)域連接，各個區(qū)域內(nèi)的信號能夠連通進行信號的傳輸，系統(tǒng)使用的無線信號傳輸頻率是2.4GHz，在此頻率的無線傳感網(wǎng)絡(luò)為全球統(tǒng)一的，無需申請的ISM頻段，同時能夠?qū)o線信號進行加密，保證了無線傳輸數(shù)據(jù)的安全性。依照物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的需求進行開發(fā)設(shè)計，要緊實現(xiàn)如下設(shè)計目標：1.當用戶需要遠程操縱的空調(diào)開關(guān)時，只要用手機發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為能夠識不的命令傳輸給家庭操縱器，操縱器通過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與空調(diào)相連接的操縱器上，通過操縱器實現(xiàn)了對空調(diào)

45、的操縱。2.當用戶需要遠程操縱窗簾的開關(guān)時，只要用手機發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為能夠識不的命令傳輸給家庭操縱器，操縱器通過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與窗簾電機相連接的操縱器上，通過操縱器實現(xiàn)了對窗簾的操縱。3.當用戶需要遠程操縱窗戶的開關(guān)時，只要用手機發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為能夠識不的命令傳輸給家庭操縱器，操縱器通過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與窗戶連接的操縱器上，通過操縱器實現(xiàn)了對窗戶的操縱。4當我們需要遠程操縱電視機的開關(guān)時，只要用手機發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模

46、塊的接收，并將短信息翻譯成為能夠識不的命令傳輸給家庭操縱器，操縱器通過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與電視機相連接的操縱器上，通過操縱器實現(xiàn)了對電視機的操縱。5當我們需要遠程操縱空氣加濕器的開關(guān)時，只要用手機發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS模塊的接收，并將短信息翻譯成為能夠識不的命令傳輸給家庭操縱器，操縱器通過處理，通過ZigBee模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與空氣加濕器相連接的操縱器上，通過操縱器實現(xiàn)了對空氣加濕器的操縱。3.3設(shè)計特點它的對象是結(jié)構(gòu)和特性完全相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，電器之間的數(shù)據(jù)共享比較困難。2家電的信息量小但對實時性要求較高，必須針對當

47、時的家庭環(huán)境進行實時的調(diào)整。3家電運行時所處環(huán)境有專門大差異，對系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性要求較高。4家庭用戶關(guān)于價格要求比較高，必須把組建網(wǎng)絡(luò)的費用降低到一定程度，才能被廣泛認可和同意。5家電完成的功能各有不同，需要達到的智能水平也有專門大的差異，要針對不同的功能要求，設(shè)計不同家電的智能水平(比如講，假如讓電燈也共享Internet資源，顯然沒有必要，然而家中的煙霧設(shè)備則需要較高的智能水平)。6從用戶的角度來講，用戶需要簡化家電的操作過程，統(tǒng)一家電的操作方法因此，組建智能家庭網(wǎng)絡(luò)時需要考慮的問題有專門多。3.4設(shè)計原則基于設(shè)計的特點，列出了系統(tǒng)設(shè)計原則：1.標準化:家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)當依照國際上流

48、行的相關(guān)協(xié)議進行設(shè)計，充分保證各廠家產(chǎn)品間的兼容性和相互操作能力。2.開放性:目前，在智能住宅、家庭自動化、家電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域尚處于一家一戶自行開發(fā)的局面，而實際上用戶不可能全部使用同一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，這將極大阻礙互聯(lián)互通和長遠進展。因此，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該具有開放的協(xié)議、統(tǒng)一的接口。3.模塊化:采納模塊化的設(shè)計能夠適應(yīng)各種場合的需要，保障用戶的利益并同意系統(tǒng)的逐步到位。模塊之間遵循一定的協(xié)議，能夠相互通訊和協(xié)調(diào)。4.有用性:人們購買家庭自動化產(chǎn)品是為了享有更加便利舒適的生活，絕非追逐潮流的概念。5.普及化:家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該面向低成本、高性能的目標設(shè)計，住戶對價格較為敏感，因此智能住宅采納的技術(shù)要

49、較為經(jīng)濟。同時，家庭自動化系統(tǒng)應(yīng)該能最大程度兼容用戶原有電器設(shè)備，愛護用戶投資。6.簡潔易用:高科技帶來的應(yīng)該是一種享受而絕不是一種負擔。好的家庭自動化產(chǎn)品應(yīng)該簡便易用、用戶界面友好，同時不需要使用者花上太多的精力就能掌握。3.5功能需求關(guān)于家居生活環(huán)境，因每個人的不同，要求得也不盡相同。功能的設(shè)計要求主人能夠遠程設(shè)置家居環(huán)境，如圖3-2。1主人能夠通過手機設(shè)置空調(diào)溫度。2主人能夠通過手機設(shè)置窗簾的開啟和關(guān)閉。3主人能夠通過手機設(shè)置窗戶的開啟和關(guān)閉。4主人能夠通過手機設(shè)置電視的開關(guān)。4系統(tǒng)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)智能家居要將各成體系，互不相連的子系統(tǒng)協(xié)調(diào)起來，就必須有一個兼容性強的中央家居處理平臺，同意并處

50、理操縱設(shè)施發(fā)出的信息，然后傳送信號給你希望操縱的家電或者其他家居子系統(tǒng)。中央處理平臺職能確實是在家庭智能局域網(wǎng)中，引導和規(guī)劃家居子系統(tǒng)中的各種信號，有了它，你能夠通過手持無線遙控設(shè)備來和家居子系統(tǒng)進行快速的溝通。中央家居處理平臺還必須具有良好的擴展性能，以滿足用戶在使用過程中不斷增長的需求點。目前差不多出現(xiàn)的主流中央家居處理平臺分為兩類，其中一類平臺是網(wǎng)關(guān)式中央家居處理平臺。這種方式推出的家庭網(wǎng)關(guān)集成智能家居系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)與中央家居處理平臺組合，這種平臺能夠與家庭安全防范系統(tǒng)、家庭自動化系統(tǒng)，以及互聯(lián)網(wǎng)結(jié)成一體，實現(xiàn)家電操縱、娛樂、交流和信息分享等方面的智能化。第二種則直接利用家用電腦去操縱各種

51、家電設(shè)備。智能家居系統(tǒng)將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中的或異地的監(jiān)視、操縱和家庭事務(wù)性治理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能差不多上通過智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)操縱器未實現(xiàn)的，家庭網(wǎng)絡(luò)操縱器具有家庭總線系統(tǒng)、通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能、并和住宅以外的外部世界相通連。能夠如此講，智能家居系統(tǒng)是智能住宅的核心。由此可見，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。本系統(tǒng)的設(shè)計選擇了第一種平臺，要緊是三個模塊：傳感器節(jié)點WSN網(wǎng)絡(luò)模塊，嵌入式服務(wù)器終端模塊，Java socket雙機通信模塊及其他裝置。4.1

52、傳感器節(jié)點WSN網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計WSN模塊要緊是以AT89C51為核心處理器，使用多個I/O口進行傳感器檢測陣列的信號采集，其中包括溫度、濕度、光線、煙霧有害氣體等信號的檢測，如煙霧傳感器負責煙霧中有害氣體的檢測，煙霧傳感器如圖4-1。煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。因此系統(tǒng)采納煙霧傳感器對家用的天然氣、煤氣、煙霧進行監(jiān)控檢測。氣體煙霧感應(yīng)器是那個模塊的要緊器件；U1BLM323運算放大器是把采集的信號放大，傳輸?shù)絑ig

53、Bee無線模塊,運算放大器是延時作用,繼電器是相當一個開關(guān)的作用，在那個地點只要有信號輸出，繼電器就閉合，其余的時刻差不多上斷開的,喇叭有報警的作用,PT2262是無線模塊的芯片，是發(fā)送信號給中心操縱器。通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)，由ZigBee無線模塊傳輸?shù)焦?jié)點操縱器，然后由紅外發(fā)射芯片IR6721C芯片進行家電設(shè)備操縱信號的發(fā)射，能夠完成家庭內(nèi)部操縱和GPRS遠程操縱；使用通信串口連接無線數(shù)據(jù)傳輸芯片ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊,ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊是UART接口半雙工無線傳輸模塊。本文采納了加強型的ZigBee無線技術(shù)，符合工業(yè)標準應(yīng)用的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，可實現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸；通過無線Zig

54、Bee進行組網(wǎng)通信，無線功能強大，具備中繼路由和終端設(shè)備功能。WSN網(wǎng)絡(luò)模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2，WSN在家庭中的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋如圖4-3。圖4-2WSN網(wǎng)絡(luò)模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖圖4-3網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋4.2嵌入式服務(wù)器終端模塊設(shè)計嵌入式服務(wù)器終端模塊硬件要緊有中心操縱器、GPRS模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。其中中心操縱器是單片機，單片機為本系統(tǒng)的核心部件，它除了具備單片機最小系統(tǒng)的必備期間外，它的串口通過RS232電路與MC703模塊通信，單片機的P0口與顯示器相連，P1口與鍵盤相連。P2口用各種操縱及傳感器的連接。GPRS模塊采納華為的MC703模塊如圖4-4，該模塊具有一路串口，波特率為1152

55、00bps，通過該路串口，該模塊能夠與單片機進行通信。另外，華為公司的MC703模塊價格相對低廉，且支持部分標準AT命令，此外還支持華為公司拓展的命令，使用起來更加的靈活7。ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊能夠方便用戶使用各種移動智能終端，輕松操縱任何基于ZigBee協(xié)議的產(chǎn)品，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)高速、安全、可靠傳輸。如圖4-5為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)模塊。圖4-5MC703模塊圖4-5無線網(wǎng)絡(luò)模塊本系統(tǒng)采納ARM11S3C6410操縱芯片為核心操縱器，完成所有家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)的采集與操縱命令的發(fā)出，是整個智能家居操縱的核心，采納Linux嵌入式系統(tǒng)為家居總中心監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動運行、處理數(shù)據(jù)，通過串

56、口治理、無線網(wǎng)絡(luò)來操縱各操縱終端，同時中心操縱器通過GPRS模塊實現(xiàn)家庭系統(tǒng)與手機的通信，使用戶能夠通過短信方式實現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠程操縱8。服務(wù)器操縱端硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6。圖4-6服務(wù)器操縱端硬件結(jié)構(gòu)框圖整個系統(tǒng)以智能家居中心操縱臺做為信息的操縱中心，負責各個模塊的協(xié)調(diào)其中手機終端能夠向主機發(fā)送查詢與命令信息，空調(diào)操縱模塊與窗簾操縱模塊等為智能操縱模塊，具有單獨的模塊操縱程序，它們向主機發(fā)送溫濕度信息，同時分不接收主機發(fā)送的空調(diào)操縱信號，主機通過程序查詢的方式獵取此信息。人體感應(yīng)模塊與液化氣因此系統(tǒng)中主泄露檢測模塊則只能向主機發(fā)送信號，主機通過中斷方式獵取其信息9。機的軟件操縱成為關(guān)鍵因素。

57、WSN網(wǎng)絡(luò)模塊與嵌入式服務(wù)器終端模塊通過基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)完成通信，傳輸一個指令的數(shù)據(jù)包由以下幾部分組成：起始編碼bite01,地址編碼bite2,數(shù)據(jù)類型編碼bite4,功能編碼bite5,效驗編碼bite6,結(jié)束編碼bite7.每個編碼1個字節(jié)，發(fā)送數(shù)據(jù)范圍在0255之間，不同家庭內(nèi)部的起始編碼差不多上惟一的，防止相互信號的干擾，每個接收終端在接收到數(shù)據(jù)后，都進行地址碼推斷是否為自己接收的數(shù)據(jù)包，是則接收，否則不接收，接收到數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)要執(zhí)行的功能進行校驗，校驗正確，則進行解碼，同時在解碼成功后通過ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出一個確認同意碼，中心操縱器在接收到確認接收碼后停止再次

58、發(fā)生操縱指令，否則間隔100ms再次發(fā)生相同指令，確保整個ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的準確性和完整性。每個智能終端在正確接收到中心操縱器的操縱信號后，必須依照信號完成相應(yīng)家庭內(nèi)部的操縱工作，因此家電設(shè)備的操縱信號差不多上由統(tǒng)一的嵌入式服務(wù)器終端模塊外編碼完成的。整個模塊的電路如圖4-7。圖4-7電路原理圖主機的單片機采納ARM的ATmega128，具有4K的EPROM，4K的SRAM，支持8個外部中斷，53個可編程I/O口3，完全滿足系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計要求。EPROM可編程存儲器的引入便于以軟件方式，在斷電的情況下保存系統(tǒng)的狀態(tài)變量，如各種模式開關(guān)狀態(tài)變量。各個功能以模塊的形式實現(xiàn)，各個

59、模塊的切換通過狀態(tài)機的完成11。單片機的初始化數(shù)據(jù)設(shè)置：voidmain(void)LCD_init();/LCD初始化Uart1_init();/串口初始化Device_init();/中斷初始化LCD_Display();/液晶顯示rF905_init();/rf905模塊初始化GSM_init();/GSM模塊初始化EEPROM_READ(0 x22,SysInforBuf);/在EPROM中讀取系統(tǒng)狀態(tài)信息state=SMS_Standby;/設(shè)定系統(tǒng)初始狀態(tài)while(1)switch(state)caseDehumidifier:/自動抽濕狀態(tài)Dehumidifier_75();b

60、reak;caseSMS_Standby:/接收GSM模塊回復信息Receive_Check();break;caseSMS_CMGR:/讀取手機短信并處理Receive_CMGR();break;caseSMS_CMGD:/刪除手機短信break;caseSMS_CMGS:/向手機發(fā)送短信Receive_CMGS();break;caseSMS_Answer:/讀取手機來短信信息Receive_Ans();break;default:break;為了保證電路的可靠性，復位電路是必不可少的一部分，復位操作有手動復位和上電自動復位兩種。如圖4-8、圖4-9所示的復位電路差不多功能是：當系統(tǒng)上電時