论文总字数：22652字

目 录

一 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 家庭网关的发展现状 1

二 相关技术介绍 3

2.1 嵌入式系统概述 3

2.1.3 嵌入式系统的发展趋势 4

2.1.4嵌入式系统的特点 4

2.2 无线通信技术介绍 4

三 系统设计方案与硬件环境 8

3.1 需求分析 8

3.2 系统设计方案 8

3.3系统硬件环境 9

3.3.1 硬件介绍 9

3.3.1.1 stm32f103c8t6及其外围电路简介 9

3.3.1.2 DTH11传感器介绍 11

3.2.1.4 lcd1602液晶显示屏的介绍 13

3.3.1.5 wifi模块的介绍 15

3.3.1.6 报警电路 17

3.4 数据的传输 17

3.5 硬件实物的连接 17

四 系统的软件设计 18

4.1 系统编程语言的选择 18

4.2程序的设计 18

4.2.1 1602液晶显示屏的程序设计 18

4.2.2 DTH11采集室内温湿度的程序设计 19

4.2.3 烟雾检测程序设计 21

4.2.4 手机APP的设计 21

五 家用智能网关功能测试 25

参考文献 27

致谢 28

家用智能网关设计

曹正锋

，China

Abstract: With the rapid development of science and technology, people's demand for living environment is getting higher and higher. Smart home system arises at the historic moment.This paper designs a home intelligent gateway with CortexTM-M3 processor stm32f103c8t6 as the control chip. The gateway uses WiFi technology to organize the network of home network, and detects the indoor environment parameters through DTH11 and MQ-2 sensors.Users can control the indoor home at the PC or mobile terminals to respond to some emergencies, or adjust the indoor environment to make it comfortable.

Key words：Smart home; home gateway;ARM;

一 绪论

选题背景

随着计算机控制技术和通信技术的飞速发展，智能家居技术得以进入一个迅速发展的阶段。目前，智能家居系统正朝着集中控制的方向发展，而基于智能网关的集中控制和无线通信的智能家居系统已成为研究热点。

目前，智能家居系统一般采用两种无线通信方式：ZigBee和Z波。由于蓝牙、Wi-Fi、IRDA和ZigBee在同一个2.4GHz频段工作，2.4GHz频段变得越来越拥挤，加上Z波的标准不开放限制了智能家居系统的发展和成长。然而，与过去的高成本高功率智能家居系统相比，433兆赫的射频(以下简称RF)，作为具有代表性的射频通信，具有技术成熟、穿透能力强、成本低、稳定可靠等优点，这使得433 兆赫的RF通信技术更适合于低成本的家庭网络。

智能网关是智能家居系统的核心。它不仅用于实现对各种终端设备的集中控制，也有协议切换的功能。家用电器的智能控制终端和反馈操作都被集成到智能网关中。如图1所示，用户通过移动控制终端登录客户端，然后通过互联网将控制指令发送到智能网关。接着，智能网关对指令进行解析，并通过433 MHz射频网络发送到家电终端，实现智能控制。同样，智能家居系统中无线传感器节点采集的环境信息、报警信息和设备状态信息将被发送到智能网关，并通过433 MHz的射频网络进行分析，然后智能网关通过互联网向远程云服务器发送该信息。用户可以通过移动控制终端登录查看家用电器和安全状况。同时，当警报发生时，报警信息将被上传到云数据库，并将报警信息发送到预设的电话号码。

图1智能家居系统框架

家庭网关的发展现状

智能家居起源于国外，在我国也已有十多年的发展历史^[1]。然而，由于家庭网关超越了不同行业、具体应用业务不同，国内网关也没有统一的共识，即没有统一的国际国内标准。正因如此，国内外各大公司和组织对其都有着各自不同的定义与理解，以致使智能家居制造商独立执行不同的协议端口。

关于家族网关各个组织、公司都有着其不同的看法，总体上形成如下相对一致的看法：可用于接收各类外部网络信号的家庭网络接口单元，具有标准化、智能化、灵活化、简单等特点，同时可将所收集到的信号发送至特定的设备之中^[2]。就其模块、功能实现可将家庭网关分为如下三大类型：其一是支持动、静态路由的地址分配模块、路由，如DHCP、NAT等；其二是诸如家庭影院、家电设备等无线控制模块控制家居系统；其三是无线警报模块。

国内外传统网关已逐渐能够满足现有智能家居系统的实现，但仍停留在智能家居，而且还都是基于控制类模块划分。虽然在一定程度上提高了人们生活上的智能性和便利性，但未来不应只停留在这一领域，更应该专注于网关中的数据采集和能量管理功能的开发。

智能家庭网关依托的技术主要包括通信技术、计算机技术、网络技术以及微电子技术等。

目前，智能家居网关技术已被广泛应用于验证，但缺乏一个统一的标准化与标准化体系和强制性、高技术标准的实施。这已经成为智能家居网关应用和推广的一大障碍。

家庭控制的控制技术属于典型的弱点控制，随着发展该技术日臻成熟并广泛应用于各个领域之中。发展环境方面，当下各领域基于智能家居网关积极设定行业标准，市场各大厂商竞争十分激烈。通信技术方面，家庭控制的控制技术方案主要有有线、无线两种。常见的有Wi-Fi技术、网络通信、RS-485总线、以太网、PLC等等。

二 相关技术介绍

2.1 嵌入式系统概述

伴随着通信网络技术和大规模集成电路的迅速发展，嵌入式系统已逐步发展成为IT领域的一个研究热点。目前，嵌入式系统的开发和应用已成为社会信息化和智能化的具体标准。嵌入式系统的开发是基于社会生产和生活的实际需要。它结合了先进的计算机技术、电子技术和各个行业的具体应用。它是一个技术密集型的、创新的知识集成系统。

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