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天津工业大学本科毕业论文 摘 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蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀螀螃羇薈蝿羅节蒄螈肇肅莀螇螇芀芆螆衿肃薅螆羁艿蒁袅肄肁莇袄螃芇芃蒀袆肀艿蒀肈莅薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羂膆芆蒆肅罿薄薅螄膅蒀薄袇羇莆薄罿膃莂薃螈羆芈薂袁芁薇薁羃肄蒃薀肅艿荿蕿螅肂芅蚈袇芈膁蚈羀肁葿蚇虿芆蒅蚆袂腿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂蚂袈膅莈螂羁羈芄螁蚀膄膀 摘 要目前我国智能家居产业总体上存在3个方面的问题：一是由于智能家居产业国家还没有统一的行业标准，相互间的产品不具兼容性；第二，产品实用性差，操作复杂，与市场需求脱节；第三，产品价格居高不下。结合课题内容，针对目前国内智能家居产业存在的问题，其监控网络系统应该具有结构简单、成本低廉、操作简单、稳定性好、抗干扰能力强、主机与子机之间联系紧密简洁等优点。本论文将针对这些方面进行设计。信息监控网络系统采用星形拓扑结构。中央控制器为中心节点，它采用cgi技术通过web服务器连接到internet，并通过由单片机和nrf905构成的无线传输模块与各个功能子系统进行点对点数据传输。用户可以上网访问中央控制器，从而对其下达命令，来了解和控制家中各个家电的工作状态。各个子功能系统完成用户命令以后，会返回执行结果给中央控制器，由中央控制器将执行结果上传至internet给用户。根据功能需求设计出的智能家居信息监控网络系统，解决了目前国内智能家居产业实用性差、操作复杂、成本高的问题。关键词： 无线通信； cgi技术； nrf905； 通信协议；at89c51单片机abstactsmart home industry, our country there are three general aspects: first, smart home industry as a unified state has not industry standard among non-compatibility of products; second, poor product availability, operational complexity, and the demand of the market ; third, high prices. combination of subject content for the current domestic intelligence home there is an industrys problems, the monitoring network should have a simple structure, low cost, simple operation, good stability, anti-jamming capability jiang, links between the host and zi machine simple deng youdian close. this paper will address these aspects of design.information and control system of using star topology. central controller for the central node, it uses cgi technology through the web server to connect to the internet, and through a microcontroller and a wireless transmission module nrf905 constitute each functional subsystem with point to point data transmission. internet users can access the central controller to its orders, to understand and control home appliances work in all states. completion of each sub-function system after the user command, the implementation of the results will be returned to the central controller, the result will be implemented by the central controller uploaded to the internet to the user.according to the functional demand design information out of intelligent home monitoring network system, solves the intelligent home chanye practical difference, complex operation, and high cost problems.key words: wireless communications; cgi technology; nrf905; communication protocol; at89c51 microcontroller4天津工业大学本科毕业论文 目 录目 录第一章 绪 论11.1研究背景及意义11.1.1国内智能家居系统的功能状况11.1.2 研究意义21.2 设计思路及优势31.3 论文的主要内容和组织结构31.4 本章小结4第二章 智能家居信息监控网络系统的总体设计方案52.1 智能家居信息监控网络系统的需求分析52.2 信息监控网络系统的总体设计方案52.3 构成无线数据传输模块的器件选取62.3.1 单片机的选取62.3.2 无线收发芯片的选取62.4本章小结7第三章 信息监控网络系统的硬件设计83.1 单片机最小系统的搭建83.2 无线数据传输模块的电路连接93.2.1 nrf905芯片概述93.2.2基于nrf905传输系统的硬件设计113.2.3 at89c51单片机与nrf905接口电路123.4 本章小结12第四章 信息监控网络系统的软件设计144.1 通信协议和用户操作字的设计144.1.1 地址位和数据位的定义144.1.2 用户操作字定义164.2 无线数据传输模块的软件设计164.2.1 数据传输过程164.2.2uart串口软件设计174.2.3spi接口软件设计194.2.4主程序流程图194.3 web服务器的设计与实现204.3.1 web服务器原理204.3.2 cgi原理214.3.3 设计思想及工作流程224.4 本章小结23第五章 智能家居信息监控网络系统的抗干扰设计245.1 单片机硬件电路的抗干扰设计245.1.1 造成干扰的原因245.1.2 单片机硬件抗干扰措施245.2 单片机软件的抗干扰设计265.2.1 程序运行混乱时使程序重入正轨265.2.2 系统故障处理、自恢复程序的编写275.3 本章小结29第六章 智能家居信息监控网络系统的测试与调试306.1 调试目标306.2 调试方案306.3 调试过程316.3.1 单片机最小系统的测试与调试316.3.2 无线数据传输模块的测试与调试316.3.3 各项性能指标的测量326.3.4 智能家居信息监控网络系统总体功能的测试与调试336.4 本章小结33总 结.34参考文献.36附 录.37附件一：无线数据传输模块程序源代码37附件二：无线数据传输模块硬件电路图43附录三：intelligent home control system44谢 辞.55天津工业大学本科毕业论文 第一章 绪 论第一章 绪 论1.1研究背景及意义由于中国的居住模式和文化与发达国家有很大的区别，所以智能家居在中国的发展也体现出其独具的特色。中国人口众多，城市住宅建设也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区智能化的角度来看待家居的智能化，也就出现了目前一统天下、无所不包的“智能小区”的模式。而欧美由于独体别墅的居住模式流行，因此住宅多散布城镇周边，没有一个很集中的规模，类似国内的“住宅小区”这样规模的居住区较少，因此，国外的住宅多与市政系统直接相同。这一点也可解释为什么美国仍盛行adsl、cable modem等宽带接入方式，而国内光纤以太网到小区、到楼的发展已经如火如荼。因此欧美的智能家居多独立安装，自成体系，比如美国的x10，欧洲的eib协议(包括澳洲的c-bus)等都是以独立的家庭为目标设计的。而国内习惯上将智能家居当作智能小区的一个子系统来考虑，这种做法在智能家居概念初始引进阶段应该说还是可行的，但随着智能家居的推广与需求的不断深入，人们开始“拷问”智能家居的真正意义与价值时，才发现“人性化“与“个性化”是智能家居的意义所在。因此，智能家居势将从现在的“千家一面”的一统模式中独立出来，成为一个可完全由业主自行选配的个性张扬空间。1.1.1 国内智能家居系统的功能状况智能家居系统可以有多种分类形式，依据其体系结构为特征进行划分，比较常见。目前国内市场上多数存在以下几类不同结构形式的系统类型：1拼凑型(功能间无关联的孤立)控制系统：各个功能子系统独立设计、自主工作。例如安防系统、灯光系统。各子系统相互之间互不相连，不能交换数据；2主机式集中控制系统：在住宅内安装一台“智能控制中心”，它可以是一台普通计算机、嵌入式或者单片计算机系统。一般采用星形拓扑结构，从控制中心引出多种控制与数据线，连接到住宅中所有需要实施控制或者获取数据的监控节点，现场设备与中央控制单元，使用标准模拟信号(420ma、05v等)传输现场信息。每个监控节点不安排任何数据处理能力，只是单纯地完成对继电开关控制(例如控制灯光或电源)，或者采集无源的数据(例如门磁开关信号)。系统的逻辑关系固定在主控制器上，有的可以通过软件修改。添加新设备需修改主控制器。3分级集中控制系统：是前一类型的扩展，同样也采用在住宅内安装一台“智能控制中心”，星形拓扑结构。如果现场采集量较大，通常在中央控制单元和现场设备之间加入现场级的控制单元(plc，单片机等)，现场控制单元与中央控制单元之间使用rs-232。以上三类系统的显著缺点是：各子系统不能相互协调，统一控制，网络的潜能与优势未能开发。这是将原有各独立系统简单堆砌在一起的方式，严格意义上讲，不符合智能家居系统的含义。仍然属于相对独立的智能家居系统。目前我国智能家居产业总体上存在3个方面的问题：一是由于智能家居产业国家还没有统一的行业标准，很多中小企业各自为政，相互间的产品不具兼容性；第二，由于技术人员没有做深入的市场调查，开发出的产品虽然技术上具有先进性，但实用性差，操作复杂，与市场需求脱节；第三，由于技术上需要投入大量研发资金，一些中小企业没有能力持续创新，更难形成规模生产，造成产品价格居高不下。1.1.2 研究意义结合课题内容，本论文主要研究智能家居信息监控网络系统的设计与实现。针对目前国内智能家居产业存在的问题，其监控网络系统应该具有结构简单、成本低廉、操作简单、稳定性好、抗干扰能力强、主机与子机之间联系紧密简洁等优点。本论文将对目前智能家居信息监控网络系统的不足，提出方案并进行设计调试，以改进不足，并为以后的研究打下基础。1.2 设计思路及优势智能家居包括中央控制器、室内防火防盗监控器、室内煤气检测报警器等系统，用户欲通过internet了解或者控制各个系统，可以将命令发给中央控制器，由中央控制器根据用户命令对各个功能系统进行操控。所以，采用星形拓扑结构构建智能家居信息监控网络系统，中央控制器是整个智能家居的中央节点，各个功能系统为各个站点。用户与中央控制器通过internet通信，中央控制器与其它功能系统通过无线数据传输模块进行点对点通行。星形拓扑结构因为采用中央控制器集权方式，所以控制简单，故障诊断和隔离容易，便于维修和维护。各个站点与中央节点的数据传输各不相关，一个站点发生故障也不会影响其它站点的工作。用户通过internet或者pstn访问中央控制器，可以使用户随时随地了解和控制家中各个家电的工作状况。由此，解决了目前市场上大多产品实用性差、操作复杂、成本高等问题。1.3 论文的主要内容和组织结构智能家居信息监控系统的构建，需要构成无线数据传输模块，以及将中央控制器连接到internet，用户可以通过网络实时的了解和控制家中各个家电的工作。设计的主要内容为：1 利用单片机和无线收发芯片构成无线数据传输模块。2利用web服务器将中央控制器连接到internet。3编写通信协议，使系统可以根据用户命令完成相应工作。本论文从第二章开始结构如下：第二章介绍信息监控网络系统的总体设计方案，包括需求分析，以及满足功能需求所设计的总体方案和器件的选取。第三章介绍系统硬件的设计，包括构建无线数据传输模块的硬件电路的连接。第四章介绍系统软件的设计，包括无线数据传输模块的软件设计和基于单片机的web服务器软件设