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HYZNJJ-2物聯網智能家居工程實驗系統


一、系統簡介
物聯網智能家居工程實驗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。
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?;?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
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。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?;ヂ摼W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


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