HYZNJJ-2  物聯網智能家居工程實驗系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡介
物聯網智能家居工程實驗系統(tǒng)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(tǒng)、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(jié)點、控制節(jié)點、智能網關、智能終端實現家居生活環(huán)境的智能安全監(jiān)測、智能安防監(jiān)測、智能報警、智能設備控制、遠程視頻監(jiān)控、網絡化遠程監(jiān)控等功能，貼近實際智能家居系統(tǒng)，為物聯網專業(yè)教學提供了一個完備的應用實訓系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)構成
系統(tǒng)利用各種傳感器測量家居環(huán)境參數，結合嵌入式數據庫存儲技術將歷史數據統(tǒng)一保存管理；利用無線傳感器網絡統(tǒng)一管理各個節(jié)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(tǒng)實現智能網關；利用 Android 系統(tǒng)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(huán)境的應用。
三、硬件組成
智能家居網板實訓系統(tǒng)主要由環(huán)境感知設備、安防門禁設備、控制設備、視頻監(jiān)控設備、智能網關、智能終端、以及鋁合金鋼架結構組成。
1、環(huán)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)，機械帶反饋電子鎖，一鍵開門按鈕，指紋識別系統(tǒng)、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(zhí)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(jiān)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(jiān)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(fā)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(huán)境監(jiān)測、設備遠程控制、以及視頻監(jiān)控等功能。
四、軟件組成
系統(tǒng)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(tǒng)軟件、基于 Android 的智能家居系統(tǒng)軟件、基于 C#的智能家居系統(tǒng)軟件。同時系統(tǒng)提供基于 B/S 體系結構的智能家居網絡化遠程監(jiān)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(jié)點的自動入網、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數據的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點驅動設備的功能。
2、基于 Qt 的智能家居系統(tǒng)軟件
智能網關運行嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)，上電后即運行基于 Qt 的智能家居系統(tǒng)軟件。它主要用來匯聚傳感層的各種傳感器節(jié)點，控制節(jié)點，并通過嵌入式數據庫，保存所有節(jié)點的網絡屬性、傳感器采樣值、控制器狀態(tài)等，允許用戶在本地查看智能家居環(huán)境參數、安防設備的狀態(tài)，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(tǒng)軟件
平板電腦運行基于 Android 操作系統(tǒng)的智能家居監(jiān)控軟件。用戶可以在平板上瀏覽家居環(huán)境參數、安防設備狀態(tài)，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(jiān)控。
4、基于 C#的智能家居系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)還支持 C#智能家居系統(tǒng)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(xié)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(jié)點的管理的，主要實現家居環(huán)境監(jiān)測、家居安防監(jiān)測、家電設備控制以及視頻監(jiān)控等功能。
5、基于 Web 的智能家居網絡化監(jiān)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(jié)點的平臺。
6、可接入理工云服務平臺
五、系統(tǒng)功能
1、多種采集控制終端
2、環(huán)境自動監(jiān)測與調節(jié)功能
通過溫濕度傳感器、光照度傳感器對室內居住環(huán)境的狀態(tài)進行 24 小時實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數據可以實時顯示在智能網關、PC 監(jiān)控服務器、平板電腦監(jiān)控終端的 GUI 界面上。系統(tǒng)可以通過預置的上下限，自動控制空調、窗簾的開關狀態(tài)，調節(jié)居室環(huán)境。
3、安全自動監(jiān)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(jiān)測，所有監(jiān)測數據可以實時顯示在智能網關、PC 監(jiān)控服務器、平板電腦監(jiān)控終端、Web 監(jiān)控終端的 GUI 界面上。系統(tǒng)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(jié)居室環(huán)境。
4、安防自動監(jiān)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(tǒng)等對居室進行實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數據可以實時顯示在智能網關、PC 監(jiān)控服務器、平板電腦監(jiān)控終端、Web監(jiān)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(tǒng)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(fā)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(huán)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(jié)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(jiān)控服務器、Web 監(jiān)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(jié)控制。
（1）智能燈光控制系統(tǒng)
把所有能控制的電器組成一個管理系統(tǒng)，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(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)：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(jiān)控功能
系統(tǒng)支持網絡化遠程監(jiān)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(jiān)控等功能。互聯網遠程實時動態(tài)攝像監(jiān)控，可通過手機、電腦實時動態(tài)監(jiān)控樣板間的情況。
六、教學資源
智能家居監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋了 ZigBee 無線傳感器網絡、Linux 智能網關、Android 智能終端、PC 監(jiān)控服務器、Web 遠程監(jiān)控等五部分，因此系統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)還提供了一本使用手冊和一本實驗指導書。