LGWL-JJ02型網板型智能家居實訓系統

一、系統簡介
LGWL-JJ02型智能家居網板實訓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。
1、系統外觀

體驗間式掛板式

2、系統拓撲

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

7、軟件配置

設備名稱	組件	名稱	版本或軟件描述
無線網絡傳感器	開發環境	IAR	IAR Embedded workbenchV7.60
		協議棧	ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0
		第三方燒寫工具	Smart RF Flash Programmer 和 USB 驅動
	應用軟件	ZigBee 數據透明傳輸軟件	自主研發，V2.4.2
智能網關	交叉編譯開發環境	操作系統	Ubuntu12.04.4 LTS、Ubuntu14.04 LTS
		文件系統	EXT4 文件系統
		交叉編譯鏈	arm-linux-gcc 4.4.1、arm-2009q3.tar.gz
	嵌入式Linux 系統	啟動代碼嵌入式操作系統文件系統 QT 庫	Uboot-1.3.4.tar.gz Linux2.6.35.tar.gz Yaffs 類型 Qt-4.7.3 函數庫源碼
	應用軟件	開發環境	Qt-Creator2.4.1、Qt-4.7.3 庫、C++語言等
Android 監控端	應用軟件	開發環境	Windows XP 以上 Eclipse IDE for Java Developers Android-sdk_r16-windows Java 語言等
PC 監控端	應用軟件	開發環境	Windows XP 以上 Visual Studio2010 工具 C#語言等
Web 監控端	嵌入式 Linux 操作系統	檢測與控制應用程序	Qt-Creator2.4.1 與 Qt-4.7.3 庫
		CGI 應用程序	CGI 庫以及 C 語言
		Web 服務器	Apache 服務器
		HTML 網頁	Dreamweaver、文本編輯器等

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。比如：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

序號	名稱	實驗
1	無線傳感器網絡通信類實驗	IAR 集成開發環境搭建實驗
1	無線傳感器網絡通信類實驗	基于 Z-Stack 協議棧傳感節點透明傳輸程序的使用實驗
2	Linux 智能網關實驗	光線采集顯示實驗
		溫濕度采集顯示實驗
		燃氣探測顯示實驗
		煙霧探測顯示實驗
		人體感應探測實驗
		門磁探測實驗
		指紋識別實驗
		可視門禁實驗
		強電設備控制實驗（燈光、警笛、窗簾等）
		紅外學習控制實驗（電視、空調、音響等）
3	Android 智能終端實驗	光線采集顯示實驗
		溫濕度采集顯示實驗
		燈光設備控制實驗
		警笛控制實驗
		窗簾控制實驗
		電視紅外控制實驗
		空調紅外控制實驗
		音響紅外控制實驗
4	PC 機監控服務器實驗	智能家居環境監測實驗（含光線、溫濕度等）
4	PC 機監控服務器實驗	智能家居設備控制實驗（含燈光、警笛、窗簾、空調等）
5	5 Web 監控終端實驗	基于 Web 的監控軟件的使用實驗

2、創新實驗能力

序號	名稱	實驗
1	基于 QT 的智能網關創新實驗	基于 QT 的智能家居環境監測實驗
		基于 QT 的智能家居設備控制實驗
		基于 QT 的智能家居環境聯動控制實驗
2	基于 Android 的智能終端創新實驗	Android 終端與 Linux 網關的網絡通信實驗
		基于 Android 的智能家居環境監測實驗
		基于 Android 的智能家居設備控制實驗
		基于 Android 的智能家居環境聯動控制實驗
		基于 Android 的智能家居視頻監控實驗
3	PC 機監控端創新實驗	基于 C#的智能家居環境聯動控制實驗
		基于 C#的二次開發應用實驗
4	Web 監控終端實驗	傳感層節點監測與控制程序實驗
		CGI 采集與控制接口實驗
		HTML 編寫實驗

3、科研實驗能力
除了上述傳感控制設備、智能網關與智能終端的相關實驗外，系統還提供了開發類實驗。

序號	名稱	實驗
1	無線傳感器網絡開發實驗	簡單的無線收發實驗
		誤碼率測試實驗
		頻譜分析實驗
		Z-Stack點對點通訊實驗
		Z-Stack星狀網通訊實驗
		Z-Stack樹狀網通訊實驗
		Z-Stack MESH 網通訊實驗
		Z-Stack ZigBee PRO 通訊實驗
		基于 Z-Stack2007 協議棧的 GenericApp 實例的移植實驗
		基于 Z-Stack2007 協議棧的無線數據傳輸實驗；
		基于 Z-Stack2007 協議棧溫濕度節點與協調器的無線數據傳輸；
		基于 Z-Stack2007 協議棧多傳感器節點與協調器無線數據傳輸；
		基于 Z-Stack2007 協議棧的網絡拓撲定制實驗；
2	智能網關開發實驗	嵌入式 Linux 開發環境建立實驗：
		Uboot 啟動代碼配置編譯實驗
		Linux 內核配置編譯實驗
		Linux 內核驅動開發實驗
		Linux 驅動接口測試實驗
		Yaffs 根文件系統的制作實驗
		Qtopia2.2.0 圖形系統編譯實驗
		Qt-4.7.3 程序庫的編譯實驗
		Web 服務器移植實驗

七、系統清單

類別	序號	設備名稱	數量
傳感節點	1	空氣溫濕度節點	1
	2	光線亮度檢測節點	1
	3	315 門磁傳感器	1
	4	315 煙霧探測器	1
	5	315 燃氣探測器	1
	6	315 人體感應器	1
	7	315 轉 ZigBee 通信節點	1
智能強電控制設備	8	旋轉式報警燈	1
	9	節能式吸頂燈	1
	10	側壁節能燈	1
	11	通風扇	1
	12	86 盒無線強電控制器	4
紅外控制設備	13	32 寸液晶電視	1
	14	壁掛式空調	1
	15	掛式音箱	1
	16	紅外學習 ZigBee 節點	1
智能窗簾控制設備	17	電動窗簾電機導軌與雙開窗簾	1
智能窗簾控制設備	18	窗簾控制器	1
視頻監控設備	19	WiFi 網絡攝像機	1
視頻監控設備	20	可視門禁裝置	1
中央控制區	21	智能網關	1
	22	Android 平板電腦	1
	23	無線路由器	1
附件	24	鋁合金框架加鈑金扣板	1
	25	開關電源裝置	1
	26	折疊五步梯	1
	27	萬用表	1
	28	可旋轉小桌板	2
	29	智能家居網板間使用說明書	1
	30	智能家居網板間實驗指導書	1
	31	網關系統搭建附件（交叉串口線、交叉網線、Mini USB 數據線、方口 USB 同步線、FT-CC253-Debugger 調試器、 SD 卡讀寫器、4G SD card）	1
軟件	32	無線傳感器網絡透明傳輸軟件	1
	33	基于 Qt 的智能家居網板系統軟件	1
	34	基于 Android 的智能家居網板系統軟件	1
	35	基于 C#的智能家居網板系統軟件	1
	36	基于 Web 的智能家居網絡化監控軟件	1

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