硕士答辩稿课件

基于基于89C52与与ARM的智能家居系统的的智能家居系统的设计与实现设计与实现 指导教师：xxxx 教授姓 名：xxxxx 专 业：电子与通信工程工程硕士学位论文答辩工程硕士学位论文答辩五个问题：v做了什么v为什么做v如何做的v什么效果v有何不足做了什么研究51单片机及ARM工作原理、嵌入式Linux系统及应用研究温度、烟雾、人体红外等传感器，步进电机、直流电机，GPRS,视频采集等设备的工作机制研究CGI技术设计了一套基于89C52与ARM的智能家居系统的实现方案进行了代码开发与系统方案测试为什么做智能家居系统的需求智能家居系统的需求v家电设备的智能控制 智能家居不但能够实现对家电设备工作状态的本地控制，且能够实现远程控制。v家居安防的感知与反馈 通过多种传感器(温度、烟雾、人体红外等)和视频监控实现家庭险情的智能反馈、家庭灾害、人为非法入侵等情况的自动报警。v日常事务管理智能化每个家庭日常事务都很繁琐，日常事务管理可以通过智能终端轻松搞定日常生活事务，用户可以通过网络实时对家庭的煤气表、电表、水表以及电话费用的使用情况进行监控，且系统能够自动计算出费用及自助缴费。当前智能家居系统存在的主要问题当前智能家居系统存在的主要问题兼容性差。各个智能家居设备厂商，都以开发自己的产品为中心，各个厂商的设备，不兼容。体积大、能耗高以计算机为系统主机，长时间运行。实时可控性差对家电设备的远程监控大多是基于互联网，一旦出现网络拥塞或者进入无网络覆盖的户外区域，将不能够对家电设备实时监控。方案设计原则方案设计原则（1）低成本。在智能家居系统中，需要安装多个家电设备及传感器终端节点，需考虑低成本的组网方式。（2）标准化。即需要为设备制定统一的通信控制接口、统一内部的编码方式。（3）易维护、可扩展性。设计的智能家居系统应采用模块化程序设计、能够实现统一接口，易于软、硬件维护；能通过可扩展的接口，便于设备扩展及升级。（4）能耗低。在实现各项功能的前提下，尽可能使用小功率设备，以降低能耗。可行性分析可行性分析（1）需求方面。随着科技发展，人们生活水平的不断提高，人们对生活环境的要求越来越高，人们要求适宜，舒适、人性化的居住环境，因此，对智能化家居环境的要求越来越多。（2）技术方面。嵌入式技术广泛的展，硬件产品的性能也大大提高；串口通信技术已经很成熟，能够轻松实现数据的采集、发送；GPRS技术使得人们真正的随时随地和家庭设备保持“联系”；视频监控使得人们可以随时监控家庭情况。（3）成本方面。近年来，技术发展迅速，电子器件及设备的集成度越来越高，单片机及ARM微处理器的成本也越来越低，硬件的成本变得可控。如何做的智能家居系智能家居系统的功能示意的功能示意图本设计方案将要实现以下功能：本设计方案将要实现以下功能：l家电设备的综合控制l室内信息采集l安全防护及自动报警l远程视频监控家居环境状况l场景切换智能家居系统的总体结构设计智能家居系统的总体结构设计本智能家居系统以家庭电器设备、家庭场景为主要监控对象，主要由终端控制器、主控制器，客户端（计算机或手机）这三部分组成。系系统总体架构方框体架构方框图软件整体架构方框图软件整体架构方框图终端控制器系统架构设计终端控制器系统架构设计v终端控制器功能终端控制器功能其功能：将传感器采集到的数据发送到主控制器；根据传感器采集的数据，判断是否向上级发送该数据；是否发出报警信号；是否使相关设备采取相应动作；接收主控制器发来的命令，解析出是哪个终端控制器上的设备采取相应动作等。v终端控制器核心部件的选取终端控制器核心部件的选取终端控制器使用dofly公司开发的单片机开发板，其CPU是89C52。此套实验板上面已经集成了丰富的开发模块，预留了开发电路接口，如LED、按键、继电器、直流电动机、步进电机接口等。v温度及烟雾检测模块设计温度及烟雾检测模块设计本设计方案中，使用温度传感器实现室内温度的实时采集、监测。方案中设置一定的温度阈值，一旦温度值超过阈值，终端控制器将打开窗户窗帘、开启排气扇、产生报警信号、通过GPRS拨打主人电话，并将温度值发送至主控制器，予以显示。本方案选用DS18B20一线总线数字式传感器。v烟雾传感器模块烟雾传感器模块本设计方案中，使用烟雾传感器实现室内烟雾浓度的实时采集、监测。方案中设置一定的烟雾浓度阈值，一旦烟雾浓度值超过阈值，终端控制器将打开窗户窗帘、开启排气扇、终端控制器将产生报警信号、通过GPRS拨打主人电话，并将烟雾浓度值发送至主控制器，予以显示。本方案中选用的烟雾传感器是MQ-6传感器。v家庭安防模块设计家庭安防模块设计（1）报警模块（2）人体红外传感器模块v家庭电器监控模块设计家庭电器监控模块设计（1）总电源控制模块（2）窗户窗帘控制模块（3）排气扇控制模块（4）照明系统模块主控制器系统架构设计主控制器系统架构设计v主控制器功能及硬件系统的选取主控制器功能及硬件系统的选取功能：接收终端控制器返回来的数据，向终端控制器发送指令操纵步进电机、直流电机、继电器、传感器等家电设备及查询家电设备的状态；通过GPRS向用户发送险情信息及拨打报警电话；实现web服务、承载视频监控、多媒体、部分家电设备的控制等。选取：本设计方案采用广州友善之臂的mini6410嵌入式开发版mini6410系统框图系统框图v视频监控模块视频监控模块v场景切换控制场景切换控制vGPRS模块模块嵌入式应用程序设计嵌入式应用程序设计v arm linux 下下boa服务器服务器v实现实现web页面动态交互的页面动态交互的CGI技术技术v应用层软件设计应用层软件设计编程语言：C、javascript、shell、html开发环境：keil 开发平台、嵌入式linux操作系统嵌入式嵌入式web服务器页面结构图服务器页面结构图智能家居系统的主页面智能家居系统的主页面什么效果什么效果系统测试实物连接图系系统统测测试试v家电设备控制测试家电设备控制测试家电控制模块中，通过网页远程控制，用户登录页面后，进入主页。点击 按钮，电视机将关闭。点击 按钮，一号窗帘自动拉开。其它的家电设备都可以像这样操作进行控制。测试结论：通过对各个家电设备的测试，各个设备开与关都很正常，实验测试时，对家电设备进行反复测试，达到设备工作状态的温度切换，实验达到预期效果。v温度、烟雾监测系统测试温度、烟雾监测系统测试 设定温度阈值分别为低温10、高温30。连接好设备，当温度在10-30范围内，终端控制器不会主动向主控制器发送，阈值设定为10-30，是因为这个温度范围在室内比较容易建立。测试结论：在测试时，环境温度是变化的（使用打火机或者光照），温度传感器采集的温度值，显示到网页上，并与温度计测量的温度值进行比对，环境温度分别取3、5、10、30、35等，观察相应的设备是否采取相应动作；测试出每次采集温度的时间间隔，通过反复试验测试，实验达到预期效果，设计成功。vMQ-6烟雾传感器模块测试烟雾传感器模块测试由于这项测试具有一定的危险性，因此，这里只进行定性测量，测量时，使用打火机，按压打火机弹片，使其释放少许可燃性气体，进行测试。这里借助单片机上的LED灯指示来测定。测试结论：一旦测量地周围环境存在可燃性气体，窗户窗帘自动开启，排气扇开始工作，同时主人将接到GPRS报警电话等。各模块完成设计方案预期功能，设计成功v安防设备测试安防设备测试在上班场景模式下，人体红外能否检测到有人非法入侵，室内报警灯光亮起，报警喇叭响起，同时主人收到报警电话。测试结论：人体红外与之连接的设备正常工作，一旦有人在感应区内，其输出高电平，产生报警信号，警告灯光亮起，报警喇叭响起，主人收到报警电话，完成方案预期功能，v视频监控测试视频监控测试视频监控模块测试，主要测试视频设备初始化，视频监控间的服务器与客户端的连接，视频传输延时等。测试结论，视频监控模块，可以实现静态图片预览，动态视频实时监控等功能，视频监控达到预期效果。v系统整体测试系统整体测试连接好整体实物图后，进行系统整体性能测试，主要测试以下两方面：（1）单一模块的动作是否影响其他模块的运作；（2）系统长时间运行条件下的软、硬件的稳定性和可靠性。测试结论：系统设计良好。小结依据实际具体需求，设计出了一套基于89C52与ARM的智能家居系统的设计方案。采用单片机与ARM间的串口通信方式，设计了硬件的整体架构，并且硬件实现了硬件接口设计与连接。完成单片机上多种传感器间的连接与融合。完成了智能家居的视频监控，通过网络，实时监控家庭环境状况；实现了家庭安防、温度、烟雾的实时监测等的功能。有何不足u功能扩展，在视频监控模块中，增加实时视频存储及自由拍照的功能，增加超声波探头，实现方便对车辆的管理；增加多个安防设备，实现对家庭全方位覆盖。u安全机制：增加用户名密码修改功能及动态验证码；u在保证系统可靠、稳定的前提下，通过改进软硬件设计，加快系统的应急能力，及降低系统的能耗等。Thanks谢谢各位老师和同学，祝工作学习顺利！