物聯網智能家居工程實驗系統

發布時間：2020-12-18 丨 瀏覽次數：

HYZNJJ-2   物聯網智能家居工程實驗系統

一、系統簡介

       物聯網智能家居工程實驗系統是針對高等院校物聯網實訓的需求，綜合運用傳感器采集、設備控制、無線傳感器網絡、嵌入式系統、網絡通信、中間件等物聯網技術以及多學科技術的交叉融合，依托部署在網板上的各種傳感器節點、控制節點、智能網關、智能終端實現家居生活環境的智能安全監測、智能安防監測、智能報警、智能設備控制、遠程視頻監控、網絡化遠程監控等功能，貼近實際智能家居系統，為物聯網專業教學提供了一個完備的應用實訓系統。

二、系統構成

系統利用各種傳感器測量家居環境參數，結合嵌入式數據庫存儲技術將歷史數據統一保存管理；利用無線傳感器網絡統一管理各個節點；利用自動控制理論和反饋控制理論實現智能控制與無人值守；利用嵌入式 Linux 系統實現智能網關；利用 Android 系統實現智能終端，促使學生了解物聯網技術在智能家居等現實環境的應用。

三、硬件組成

智能家居網板實訓系統主要由環境感知設備、安防門禁設備、控制設備、視頻監控設備、智能網關、智能終端、以及鋁合金鋼架結構組成。

1、環境感知設備

主要由傳感器調理板、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，用于檢測家居環境狀況。

2、安防門禁設備

由可視門鏡機、視頻顯示器、密碼系統，機械帶反饋電子鎖，一鍵開門按鈕，指紋識別系統、門磁探測器組成，實現指紋錄入權限解鎖，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、控制設備

主要由執行設備、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備、紅外控制設備。交流供電型控制設備，主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標準的 86 盒內，交流電器只需插入 86 盒的兩相或三相插座內即可實現電器的開關控制，如照明燈、警笛、窗簾、電視、音響、空調等。紅外控制設備主要是學習遙控器的編碼，用一個紅外控制設備代替多個遙控器，如電視、空調等。

4、視頻監控設備

它是一種視頻服務器，具有 IP 地址和 MAC 地址，用于視頻監測居室內安全狀況。

5、 智能網關

主要用于傳感層設備的數據處理以及接入上層云服務平臺。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，美觀大方。主板集成 ZigBee 無線路由器通信模塊，用于維護 ZigBee 網絡，接收 ZigBee 傳感器采樣信息，向 ZigBee 控制設備發送控制命令。主板還集成 WiFi 模塊，用于連接無線路由器，降低以太網布線的復雜度。同時，主板可擴展 GPRS、3G 或 4G 模塊，將智能網關接入互聯網，實現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，實現家居環境監測、設備遠程控制、以及視頻監控等功能。

四、軟件組成

系統軟件默認采用 C/S 結構，主要包括無線網絡傳感器數據透明傳輸軟件、智能網關基于 Qt 的智能家居系統軟件、基于 Android 的智能家居系統軟件、基于 C#的智能家居系統軟件。同時系統提供基于 B/S 體系結構的智能家居網絡化遠程監控軟件。

1、無線網絡傳感器數據透明傳輸軟件

主要實現 ZigBee 網絡的建立、節點的自動入網、節點休眠與喚醒、節點之間數據的透明傳輸、傳感器節點的采樣與傳輸、以及執行節點驅動設備的功能。

2、基于 Qt 的智能家居系統軟件

智能網關運行嵌入式 Linux 操作系統，上電后即運行基于 Qt 的智能家居系統軟件。它主要用來匯聚傳感層的各種傳感器節點，控制節點，并通過嵌入式數據庫，保存所有節點的網絡屬性、傳感器采樣值、控制器狀態等，允許用戶在本地查看智能家居環境參數、安防設備的狀態，以及控制家電設備等。同時它作為服務器，允許客戶端如平板電腦等設備與其建立連接，實現 TCP/IP 通信。

3、基于 Android 的智能家居系統軟件

平板電腦運行基于 Android 操作系統的智能家居監控軟件。用戶可以在平板上瀏覽家居環境參數、安防設備狀態，遠程控制家用電器（開關控制、紅外遙控）等，并且可以訪問網絡攝像機，實現遠程視頻監控。

4、基于 C#的智能家居系統軟件

系統還支持 C#智能家居系統軟件。該軟件不用智能網關，而使用普通 PC 機，通過串口與 ZigBee 協調器通信。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據實現對傳感層節點的管理的，主要實現家居環境監測、家居安防監測、家電設備控制以及視頻監控等功能。

5、基于 Web 的智能家居網絡化監控軟件

該軟件以智能網關為 Web 服務器，結合 CGI 應用程序接口、檢測與控制應用程序、以及 HTML 網頁，為用戶提供 B/S 方式的訪問與控制傳感層節點的平臺。

6、可接入理工云服務平臺

五、系統功能

1、多種采集控制終端

2、環境自動監測與調節功能

通過溫濕度傳感器、光照度傳感器對室內居住環境的狀態進行 24 小時實時監測，所有監測數據可以實時顯示在智能網關、PC 監控服務器、平板電腦監控終端的 GUI 界面上。系統可以通過預置的上下限，自動控制空調、窗簾的開關狀態，調節居室環境。

3、安全自動監測與報警功能

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測，所有監測數據可以實時顯示在智能網關、PC 監控服務器、平板電腦監控終端、Web 監控終端的 GUI 界面上。系統可以通過預置的聯動關系和設置異常氣體濃度上下限，自動控制警笛報警，控制加濕器、窗簾等設備打開，調節居室環境。

4、安防自動監測與報警功能

通過門磁探測器、人體感應探測器、指紋識別器、可視門禁系統等對居室進行全方位實時監測，所有監測數據可以實時顯示在智能網關、PC 監控服務器、平板電腦監控終端、Web監控終端的 GUI 界面上。一旦出現危險情況（如火災、煤氣泄漏或緊急求助）或非法入侵，智能家居控制系統就會通過預置的聯動關系，自動控制警笛報警，及時播放險情，發送警情短信。用戶可以通過平板電腦啟動網絡攝像頭查看居室環境，遠程控制窗簾、門鎖，處理警情等。另外，門口機和室內機之間可實現可視對講。

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。自動控制由用戶設置傳感器節點與控制設備的對應、以及閾值設置即可實現。手動控制可通過智能網關、Android 智能終端、PC 監控服務器、Web 監控終端等四種不同的方式對吸頂燈、臺燈、警笛、窗簾等進行開關控制，對電視、音響、空調等遙控開關類設備進行紅外遠程開關、調節控制。

（1）智能燈光控制系統

把所有能控制的電器組成一個管理系統，除了可以實現本地對家電的控制之外，還可以通過遙控、場景以及互聯網等多種控制方式實現對電器的智能管理與控制。并且可以與環境監控系統結合，實現自動智能化管理。

（2）燈光情景控制模式：通過對智能開關的組合學習，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：全開全關模式、家庭影院模式、會客模式、起早模式等；

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

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

6、Web 遠程監控功能

系統支持網絡化遠程監測與控制功能。將智能網關與 PC 機處于同一個局域網內，在 PC的瀏覽器上輸入智能網關 Web 服務器地址，如 192.168.1.20/FTRemote.html，即可打開 A8 web服務器的主頁，主要實現傳感器實時采集、歷史數據、設備控制、視頻監控等功能。互聯網遠程實時動態攝像監控，可通過手機、電腦實時動態監控樣板間的情況。

六、教學資源

智能家居監控系統覆蓋了 ZigBee 無線傳感器網絡、Linux 智能網關、Android 智能終端、PC 監控服務器、Web 遠程監控等五部分，因此系統提供了豐富的課程實驗，包括 zigbee 基礎采集傳輸實驗，網關智能家居應用實驗，Android 智能家居應用實驗，PC 智能家居應用實驗、Web 的智能家居網絡遠程監控實驗等，一條線貫穿，讓學生在實驗中逐步領悟物聯網的體系結構，關鍵技術以及實現方式，適合不同課程，不同側重點的教學、實驗和實訓。為方便用戶教學和學習，系統還提供了一本使用手冊和一本實驗指導書。

1、基礎實驗能力