智能家居安全系统毕业论文设计(编辑修改稿)

智能家居安全系统毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和软件配置等。 比尔盖茨的家是国外第一个使用智能家居的家庭，至今已经快有 30 年的历史了，智能家居控制系统也逐渐进入人们的视野中，也让更多的人了解和尝试这么一个新鲜的事物。 第三节 智能家居中的安全问题 随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统，人防的保安方式难以适应我们的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。 智能家居系统中的安全防范措施一般包括视频监控、设置门禁系统和防盗报警。 视频监控是对主要的出入口通道以及家中比较重要的地方进行监控，该方式有效地对家居环境进行监控。 设置门禁系统，可以有 效地阻止“非授权入侵”。 防盗报警是在门禁系统中的一个扩展功能，当有陌生人妄想以强硬的手段进入到房屋内时，我们的防盗报警系统可以在他触动门禁系统的同时，警报响起，当然更加完善的系统还可以给房子主人发送短信，提醒他家中有陌生人闯入，同时给小区保安室也发一条短信，告知他小区有安全隐患发生。 智能安防系统也是一个不小的系统，在进行具体的设计的时候需要考虑到很多实实在在的问题，例如系统集成化问题。 从当前的发展现状来看，各类智能家居的安全防范措施的发展还处于起步阶段，各有利弊，这就需要我们对这些进行总结，探索一种安全系 数高、价格较低的安防系统，从而为人们提供一个安全、舒适的生活环境。 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 5 第四节 本章小结 本章主要对智能家居作一个大概的介绍，这包括智能家居系统的功能以及智能家居在国内外的发展现状，并对智能家居的发展前景是非常看好的。 智能家居系统是一个庞大的系统，在这个系统中，综合应用了很多的技术手段，包括综合布线技术、计算机网络技术、网络通信技术以及无线传感器网络技术等。 智能家居行业在国内发展的时间也还不是很长，但是取得的成就是无可非议的，但是，智能家居各方面的功能也还不是很完善，智能家居安防系统就是一例，所以才有本文对家居物联网安全系统的研究这么一个课题。 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 6 第二章 基于物联网的智能家居系统 第一节 物联网技术 物联网（ Inter of Things）是由 Kevin Ashton 在 1998 年提出来的，通过射频识别、红外感应及激光扫描、二维码、 GPS 等技术将任何物品连接成网络，实现实时数据采集、处理和通信，从而实现对监测区域的智能化识别和监控。 物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。 它具有普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化 3 个重要特征 [1]。 物联网根据全面感知，可靠传递以及智能处理的三大功能需求，可以将其实现过程分为三层结构：第一层为感知延伸系统，主要功能 为采集信息和控制设备；第二层为异构融合的泛在通信网络，主要负责异构网络的互联互通以及存储处理功能；第三层为应用和服务层，主要负责数据的监控和分析等 [4]。 物联网的应用技术架构可以表示为图 所示。 图 物联网的应用技术架构 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 7 第二节 IEEE 一、 IEEE 标准简介 IEEE 是一种结构、低成本、低功耗的无线通信网络协议标准。 它具备如下特征：（ 1）实现 20kb/s、 40kb/s、 100kb/s、 250kb/s 四种不同的传输速率。 （ 2）支持星型和点到点两种拓扑结构。 （ 3）在网络中采取两种地址方式：16 位地址和 64 位地址。 其中 16 位地址是有协调器分配的， 64 位地址是全球唯一的扩展地址。 （ 4）采用可选的时槽保障（ GTS）机制。 （ 5）采用带冲突避免的载波侦听多路访问（ CSMACA）的信道访问机制。 （ 6）支持 ACK 机制以保证可靠传输。 （ 7）低功耗机制。 （ 8）链路能量检测（ ED， Energy Detection）。 （ 9）链路质量指示。 （ 10）工作在 ISM 频段上，其中在 波段上有 16个信道，在 915MHz 波段上有 30 个信道，在 868MHz 上有 3 个信道。 （ 11）数据安全策略。 在 IEEE 中定义了两种设备：全功能设备（ FFD）和精简功能设备（ RFD）。 在无线传感器网络中，全功能设备可以担任协调器、路由器和终端节点的角色，在担任协调器时主要负责组建网络；精简功能设备担任只能担任路由器节点和终端节点的角色，主要进行数据采集、实时监控的工作 [5]。 网络的拓扑结构如图 所示： 图 星型和点到点拓扑结构 IEEE 标准定义了物理层和 MAC 子层，符合开放系统互连模型 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 8 （ OSI）。 物理层包括射频收发器和底层控制模块， MAC 子层为高层提供访问物理信道的服务接口 [5]。 图 表明了协议层次之间的关系。 图 IEEE 协议栈架构 在 MAC 子层之上的高层包括网络层和应用层，对于不同高层协议，也可以通过逻辑链路控制子层（ LLC， Logical Link Control）以及特定服务聚合子层（ SSCS）来访问 MAC 子层。 二、 ZigBee 标准简介 ZigBee 是一种标准，该标准定义了短距离、低数据传输速率无线通信所需要的一系列通信协议 [1]。 基于 ZigBee的无线网络所使用的工作频段为 868MHz、915MHz 和 ，最大数据传输速率为 250kbps。 ZigBee 网络层功能实现 ZigBee 标准确定了 ZigBee 网络中的三种设备： ZigBee 协调器、 ZigBee 路由器和 ZigBee 终端设备。 每一个网络都必须包括一台 ZigBee 协调器，它负责建立并启动一个网络，其中包括选择适合的射频信道、唯一的网络标识符等一系列操作。 ZigBee 路由器作为远程设备之间的中继器来进行通信，能够用来拓展网络的范围，负责搜寻网络路径在任意两个设备之间建立端到端的传输。 ZigBee 终端设备作为网络中的终端节点，负责数据采集。 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 9 ZigBee 组网 组建一个完整的 ZigBee 网状网络包括两个步骤：网络初始化、节点加入网络，其中节点加入网络又包括了两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有的父节点入网。 ZigBee 网络的建立是由网络协调器发起的，任何一个 ZigBee 节点要组建一个网络必须要满足两个条件：（ 1）节点是全功能设备（ FFD）；具备 ZigBee协调器的能力；（ 2）节点还没有与其他网络连接，当节点已经与其他网络连接时，此节点只能作为该该网络的子节点，因为一个 ZigBee 网 络中有且只有一个协调器 [6]。 ZigBee 组网的流程如图 所示： 图 ZigBee 组网流程图 ZigBee 的特点 总得来说 ZigBee 技术具有如下特点：（ 1）高可靠性。 ZigBee 联盟在制定ZigBee 规范时已经考虑到数据在传输过程中的内在的不确定性，采取了一系列措施来提高数据传输的可靠性，主要包括：物理层兼容搞可靠的短距离无线通信协议 IEEE 同时使用 OQPSK 和 DSSS 技术；使用 CSMACA 技术来解决数据冲突问题；使用 16bits CRC 来确保数据的正确性；使用带应答的数据传输方式来确保数据正确的传输目的地址；采用星型网络尽量保证数据可以 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 10 沿着不同的传输路径从源地址到达目的地址。 （ 2）低成本、低功耗。 低功耗只是针对终端节点而言的，因为只有终端节点才可以定时休眠，而协调器和路由器节点必须一直供电； ZigBee 模块成本低，大量布点比较经济，一个路由节点可以管理高达 255 个节点。 （ 3）高安全性。 （ 4）低数据速率。 第三节 家居物 联网安全系统的研究 一、家居物联网系统 随着物联网技术的不断成熟，物联网在智能家居中的应用方案也不断被人们所接受。 物联网技术的应用克服了传统家居布线困难、维护难度大和停电易造成系统瘫痪等问题。 物联网的发展也为智能家居引入了新的概念和发展空[7]。 物联网技术是由许多个功能相同或者是不同的无线传感器节点通过自组方式形成的无线网络，具有检测精度高、低功耗、低成本、实时性好、高容量和覆盖面积大等显著的优点。 基于物联网技术的智能家居系统，充分利用计算机技术、无线通信技术、无线传感器网络技术、电力自动化、信息集成、智能传感和电力电子技术等技术的优点 [8]，将所有不同的设备应用和综合功能互连于一体，以无线数据传输的方式，连接智能传感器，设计“物 —物”和“ 人 —物”相联的网络系统，能够把家居电气信息、家居防盗信息、家居电器信息和家居环境等信息整合与共享，能够实现人们对物的远程监控，建立智能化高效率的现代化家居生活环境 [7]。 利用物联网技术设计智能家居电器控制系统总体框图如图 所示： 图 智能家居电器控制系统总体框图 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 11 二、系统安全问题的研究 智能家居系统的功能非常的强大，而系统的安全问题也是必须优先考虑的一点。 安防监控系统是智能家居系统中保证家居生活安全的一个系统，其包括个人安全和财产安全。 传统的人防的保安方式已经难以适应我们对家居安全的要求，所以智能安防成为了当前发展的趋势。 智能安防系统主要包括视频监控系统、防盗报警系统和电器安全控制和检测系统三个子系统。 视频监控系统的智能化具有以下优点： 安全：安防系统可以对陌生人入侵、煤气泄漏、火灾等情况提前及时发现并通知主人。 简单：操作非常简单，可以通过远程遥控器或者门口控制器进行布防或者撒放。 实用：视频监控系统可以依靠安装在室外的摄像机可以有效地防止小偷进一步行动，并且可以在事后取证给警方提供有利的证据。 实现智能安防的技术很多，但都各有利弊，并且技术不是很成熟，本文研究的基于物联网技术的安防系统，是当前最为流行的一种技术方式，因为物联网技术运用在智能家居安全系统中可以避免大面积的布线，又可以大量布点，并且可以降低成本。 第四节 本章小结 本章介绍物联网的起源和发展、它所具备的核心技术和重要特点。 也正因为物联网具有那些特点，使物联网的发展非常迅猛，技术更是不断成熟，被广泛应用于各个行业。 物联网技术上的一些优点，克服了传统家居中存在的一下困难。 物联网技术应用在智能家居系统中，给智能家居引入了很多新的概念，并给智能家居的发展留下了新的空间，同时智能家居系统功能会更加强大，更加完善，使人们的家居生活更加舒适，更加人性化。 基于物联网技术的智能家居系统设计会把智能家居行业带到一个崭新的舞台，这也会是行业发展的一种趋势和热点。 最后介绍基于物联网智能家居的安全系统，安全问题应该是智能家居系统最重要、最优先考虑的一个问题，因为所有的家居生活要顺利开展，必须的保重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 12 证家居生活的安全。 只有不存在安全隐患的情 况下，所有的功能才有实现的意义，所以本设计重点研究智能家居系统的安全性能。 第 三 章 课题的硬件描述 第一节 设计总框图 本设计通过组建一个 ZigBee 无线网络，实现对家居环境进行实时监测。 该 ZigBee 无线网络包括一个协调器节点和一个终端设备，这两个节点都是用TI 公司的 CC2530 芯片搭建的开发板构成的，这两个开发板是一样的，只是在使用的时候，通过烧录不同的程序代码，使它们实现不同的功能 本文采用的 ZigBee 技术有个优点是低功耗，这里只需要两节 5 号电池就可以支持长达 6 个月到 2 年左右的使用时间 [9]。 所以不需要设计专门的电源模块供电，那样在使用过程中也是十分的不方便，除了用电池供电外，还有一种方法，就是用太阳能电池对节点供电，在这里就不介绍太阳能电池供电的情况了。 图 设计总框图 第二节 CC2530 芯片及最其小系统介绍 重庆邮电大学本科 毕业设计（论文） 13 一、 CC2530 芯片简介 CC2530 是用于 的 IEEE 、 ZigBee 和 RF4CE 应用的 一个真正的片上系统（ SoC）解决方案。 它能够以非常低的总得材料成本建立强大的网络节点。 CC2530 结合了领先的 RF。