使用MTK ARM和ZigBee技術(shù)進(jìn)行智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的論文

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展及人們生活水平的提高，傳統(tǒng)家居逐漸向智能家居方向演變。由于智能手機(jī)的普及，當(dāng)前的智能家居系統(tǒng)普遍以“手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制家電設(shè)備” 的模式。但這種模式過(guò)分依賴(lài)于手機(jī)，且存在智能化不足等缺點(diǎn)。

　　本文圍繞如何提高智能家居系統(tǒng)智能化程度的問(wèn)題展開(kāi)研究，在比較了傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于MTK ARM和ZigBee技術(shù)的采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使其具有學(xué)習(xí)特性的智能家居控制系統(tǒng)。通過(guò)運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制家電設(shè)備，提高了智能家居控制系統(tǒng)的智能性；并針對(duì)傳統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)中WiFi網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定問(wèn)題，通過(guò)增加主控模塊中GPRS網(wǎng)絡(luò)通信功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　根據(jù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，完成了相應(yīng)的系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)，包括以MT6260D為核心芯片的主控模塊電路設(shè)計(jì)、PCB制板、電路板調(diào)試以及ZigBee模塊和相應(yīng)的底層傳感器的設(shè)計(jì)與調(diào)試。通過(guò)對(duì)具有學(xué)習(xí)特性算法進(jìn)行分析研究，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)空調(diào)、智能燈泡和智能插座三種家電設(shè)備的控制進(jìn)行了建模、仿真，并將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法移植到了主控模塊中。在軟件上，完成了包括以MTK為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的主控模塊軟件設(shè)計(jì)、以VS2008為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)及以Android為系統(tǒng)的手機(jī)APP軟件設(shè)計(jì)等。最后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件模塊進(jìn)行了調(diào)試，通過(guò)用戶(hù)的實(shí)際使用情況測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)特性等功能，從而表明了系統(tǒng)方案的實(shí)用性。

　　鑒于現(xiàn)有機(jī)器人技術(shù)有很大不足以及云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合技術(shù)的不成熟及弊端，本文在現(xiàn)有智能家居系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出一種運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)智能家居設(shè)備進(jìn)行智能控制的方法。并且本文采用價(jià)格低廉且性?xún)r(jià)比高的聯(lián)發(fā)科芯片MT6260D作為控制芯片，能夠有效的降低系統(tǒng)成本，并且通過(guò)其內(nèi)部集成的GPRS通信功能，使系統(tǒng)同時(shí)具有 WiFi和GPRS網(wǎng)絡(luò)通信功能，這樣能有效提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

　　本文主要以空調(diào)、智能燈泡、智能插座為家電設(shè)備控制對(duì)象，通過(guò)底層傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到以MT6260D為芯片的主控模塊后，通過(guò)內(nèi)部的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及決策再發(fā)送相應(yīng)控制命令到各家電設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備按人的意愿自動(dòng)控制的目的。

　　本論文的各章節(jié)安排如下：

　　第1章：緒論。本章主要介紹了當(dāng)前智能家居發(fā)展的背景及研究意義，并分析了智能家居國(guó)內(nèi)外發(fā)展的研究現(xiàn)狀及不足，在總結(jié)了未來(lái)智能家居的發(fā)展趨勢(shì)之后，提出了一種基于現(xiàn)有技術(shù)使智能家居控制系統(tǒng)更加智能化的方法。

　　第2章：～種具有學(xué)習(xí)特性的智能家居系統(tǒng)方案及硬件設(shè)計(jì)。本章首先介紹了傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)方案，并指出其不足地方，然后根據(jù)系統(tǒng)方案的整體硬件框架分別從主控模塊、主控模塊與服務(wù)器之間的通信模塊、ZigBee模塊、底層及設(shè)備模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件。

　　第3章：控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)特性算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本章主要對(duì)控制系統(tǒng)中學(xué)習(xí)特性算法進(jìn)行分析研究，通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行建模、仿真，從而驗(yàn)證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)模擬人的意愿對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行智能控制的功能，然后采用C語(yǔ)言編程將算法移植于主控模塊中，以實(shí)現(xiàn)主控模塊控制家電設(shè)備的目的。

　　第4章：具有學(xué)習(xí)特性的智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。本章主要介紹系統(tǒng)方案中的軟件設(shè)計(jì)部分。首先對(duì)主控模塊軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)ZigBee模塊軟件和PC服務(wù)器軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP中Android軟件部分。

　　第5章：系統(tǒng)聯(lián)試。本章主要對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。首先驗(yàn)證系統(tǒng)是否能擇優(yōu)選取WiFi和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；其次驗(yàn)證手機(jī)APP對(duì)系統(tǒng)中家電設(shè)備的控制效果；然后驗(yàn)證訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)家電設(shè)備的控制是否能正確反映人的控制意愿，最后對(duì)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)。

　　第6章：總結(jié)和展望。本章對(duì)已經(jīng)完成的工作進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中將來(lái)需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)的工作進(jìn)行了說(shuō)明。

　　智能家居系統(tǒng)主要由控制終端、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、中央控制器、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)及底層傳感器五個(gè)部分組成。其中，控制終端由手機(jī)、平板電腦或PC等組成，用于用戶(hù)向家居設(shè)備發(fā)送控制命令；移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)包括移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)，用于手機(jī)等終端和中央控制器之間數(shù)據(jù)傳輸；中央控制器是系統(tǒng)的核心，它接收到用戶(hù)的控制命令后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)控制著家電設(shè)備和底層傳感器的運(yùn)行狀態(tài)，市場(chǎng)上主流的中央控制器一般采用ARM系列處理器，如ARM7、ARM9、ARMll、ARM cortex系列等；無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)中央控制器和底層傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸，主流的一般是ZigBee網(wǎng)絡(luò)、wiFi 網(wǎng)絡(luò)、Z—ware網(wǎng)絡(luò)等；底層傳感器，如溫濕度傳感器、紅外傳感器等，用于直接監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)或控制設(shè)備狀態(tài)等。整個(gè)系統(tǒng)的控制流程為：手機(jī)等終端通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和WiFi 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央控制器，中央控制器對(duì)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)來(lái)的底層傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理判斷后輸出家電的控制信號(hào)，最后通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)控制相應(yīng)家電設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖2．1所示。