融合智能安防的智能家居系统设计与实现

发布时间：2017-07-08 16:07

  本文关键词：融合智能安防的智能家居系统设计与实现

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【摘要】：智能家居系统是家居环境的智能化,其能够使人们的居住环境更加便利、安全。论文基于ARM与嵌入式Linux、ZigBee网络,设计了一套具备智能安防监控及远程访问功能的智能家居系统。首先对系统的总体结构做了设计,之后从硬件系统设计、安防监控模块设计及软件系统设计三个方面展开。系统硬件设计分为zigbee网络节点和网关系统。研究了TI公司的CC2530无线处理器,并基于CC2530处理器设计了zigbee网络节点,包括zigbee通信模块及底板系统,设计了相关的通信接口及传感器接口；对网关平台硬件系统,研究了基于三星公司Cortex-A8内核的S5PV210处理器平台结构,设计了网关平台底板的硬件系统。针对安防监控功能,研究了基于计算机视觉技术的视频流运动目标检测算法,研究了OpenCV库的开发原理,将OpenCV库移植到了嵌入式Linux平台,并基于Cortex-A8硬件平台及OpenCV库对帧间差分法、背景差分法做了算法仿真。在综合考虑时间效率及检测效果后选择背景差分法作为安防监控的检测算法。并基于Cortex-A8平台、嵌入式Linux、OpenCV设计了安防监控模块软件,在实验室环境搭建了模拟环境对检测性能做了测试分析。在软件系统设计方面,论文研究了嵌入式Linux系统的开发原理,主要研究了Linux程序进程间通信方式、串口通信及嵌入式web服务器的设计原理,给出了web服务器的设计结构,并基于CGI技术设计了服务器后台程序及服务器后台进程与Linux端其他进程的通信方法,同时制定了web服务器前后台通信协议、CGI后台程序与网关通信模块的通信协议及网关与zigbee协调器之间的通信协议。对ZigBee网络部分,研究了TI公司Z-stack协议栈,对Z-stack协议栈的运行机理做了讨论,并分析研究了基于Z-stack协议栈中ZCL库的开发原理,选择了4种典型设备基于ZCL标准开发了应用程序。论文实现了具有远程访问功能且具备智能安防监控特性的智能家居系统,并对所设计的系统做了分系统测试及系统级联调联试,验证了本论文设计的系统的原理及功能的正确性。
【关键词】：智能家居 ZigBee 智能安防 嵌入式服务器 Cortex-A8
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 智能家居系统研究现状13-15
• 1.3 课题研究的主要内容与论文章节安排15-17
• 第2章 智能家居系统总体设计17-26
• 2.1 系统设计原则17
• 2.2 系统设计目标17-18
• 2.3 系统设计可行性分析18-19
• 2.3.1 经济可行性分析18-19
• 2.3.2 技术可行性分析19
• 2.4 系统结构设计19-20
• 2.5 家居个域网通信协议20-22
• 2.6 嵌入式web服务器设计22-23
• 2.7 数据表设计23-24
• 2.8 消息队列通信24-25
• 2.9 本章小结25-26
• 第3章 智能家居系统硬件设计26-38
• 3.1 硬件总体设计26-27
• 3.2 Zigbee节点硬件设计27-33
• 3.2.1 ZigBee通信模块设计27-29
• 3.2.2 ZigBee通信模块天线29-30
• 3.2.3 ZigBee通信模块PCB设计30-31
• 3.2.4 ZigBee底板硬件系统设计31-33
• 3.2.5 ZigBee底板系统PCB设计33
• 3.3 网关系统硬件设计33-37
• 3.3.1 网关底板系统原理图设计34-36
• 3.3.2 网关底板系统PCB设计36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 安防监控模块设计与实现38-53
• 4.1 安防监控模块系统方案38-40
• 4.1.1 安防监控的意义38-39
• 4.1.2 安防监控模块方案设计39-40
• 4.2 嵌入式Linux平台OpenCV移植40-44
• 4.2.1 OpenCV综述40
• 4.2.2 OpenCV移植40-43
• 4.2.3 安防监控软硬件环境43-44
• 4.3 运动侦测算法选取44-47
• 4.3.1 帧间差分法44-45
• 4.3.2 背景差分法45-46
• 4.3.3 光流法46-47
• 4.4 高斯模型背景差分算法实现47-48
• 4.5 安防监控模块实现48-52
• 4.5.1 摄像头的设置及分析49
• 4.5.2 时间效率分析49-50
• 4.5.3 侦测性能分析50-51
• 4.5.4 运动区域包围框处理51-52
• 4.5.5 运动图像抓拍52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 智能家居系统软件设计53-75
• 5.1 Z-stack工作原理53-54
• 5.2 Zigbee网络数据传输协议设计54-56
• 5.2.1 数据传输帧格式54
• 5.2.2 簇属性设计54-56
• 5.3 网关与协调器之间通信协议设计56-59
• 5.3.1 通信协议设计56-58
• 5.3.2 数据结构设计58-59
• 5.4 ZigBee协调器软件设计59-63
• 5.5 ZigBee终端节点软件设计63-67
• 5.6 网关软件功能模块设计67-68
• 5.7 Web服务器前后台通信协议设计68-69
• 5.8 CGI程序与网关通信模块之间通信协议设计69-71
• 5.9 网关通信模块程序设计71-72
• 5.10 Zigbee节点信息更新模块程序设计72-73
• 5.11 Web后台CGI交互模块程序设计73-74
• 5.12 本章小结74-75
• 第6章 系统测试75-83
• 6.1 系统测试方案75-76
• 6.2 ZigBee网络功能测试76-77
• 6.3 Web服务器功能测试77-78
• 6.4 系统整体功能测试78-82
• 6.4.1 设备查看功能测试79
• 6.4.2 灯光控制系统测试79-80
• 6.4.3 传感器数据采集功能测试80
• 6.4.4 窗帘控制功能测试80-81
• 6.4.5 入侵监控功能测试81-82
• 6.5 本章小结82-83
• 结论和展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士期间发表的论文89

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本文编号：535269