LGWL-JJ02型网板型智能家居实训系统

一、系统简介
LGWL-JJ02型智能家居网板实训系统是针对高等院校物联网实训的需求，综合运用传感器采集、设备控制、无线传感器网络、嵌入式系统、网络通信、中间件等物联网技术以及多学科技术的交叉融合，依托部署在网板上的各种传感器节点、控制节点、智能网关、智能终端实现家居生活环境的智能安全监测、智能安防监测、智能报警、智能设备控制、远程视频监控、网络化远程监控等功能，贴近实际智能家居系统，为物联网专业教学提供了一个完备的应用实训系统。
二、系统构成
系统利用各种传感器测量家居环境参数，结合嵌入式数据库存储技术将历史数据统一保存管理；利用无线传感器网络统一管理各个节点；利用自动控制理论和反馈控制理论实现智能控制与无人值守；利用嵌入式 Linux 系统实现智能网关；利用 Android 系统实现智能终端，促使学生了解物联网技术在智能家居等现实环境的应用。
1、系统外观

体验间式挂板式

2、系统拓扑

三、硬件组成
智能家居网板实训系统主要由环境感知设备、安防门禁设备、控制设备、视频监控设备、智能网关、智能终端、以及铝合金钢架结构组成。
1、环境感知设备
主要由传感器调理板、ZigBee 通信模块（或 315M/433M 通信模块）以及接口底板组成。本系统传感器包括空气温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、燃气探测传感器、烟雾探测器、以及红外探测器等，用于检测家居环境状况。
2、安防门禁设备
由可视门镜机、视频显示器、密码系统，机械带反馈电子锁，一键开门按钮，指纹识别系统、门磁探测器组成，实现指纹录入权限解锁，密码解锁，密码加身份识别解锁，一键解锁、可视门镜等功能。
3、控制设备
主要由执行设备、ZigBee 通信模块以及接口底板组成。因被控对象不同，主要分为交流供电型控制设备、红外控制设备。交流供电型控制设备，主要包括控制器和交流电器，控制器封装在标准的 86 盒内，交流电器只需插入 86 盒的两相或三相插座内即可实现电器的开关控制，如照明灯、警笛、窗帘、电视、音响、空调等。红外控制设备主要是学习遥控器的编码，用一个红外控制设备代替多个遥控器，如电视、空调等。
4、视频监控设备
它是一种视频服务器，具有 IP 地址和 MAC 地址，用于视频监测居室内安全状况。
5、智能网关
主要用于传感层设备的数据处理以及接入上层云服务平台。主要由 Cortex-A8 主板组成，可升级为 A9 四核主板，整体封装在模具内，美观大方。主板集成 ZigBee 无线路由器通信模块，用于维护 ZigBee 网络，接收 ZigBee 传感器采样信息，向 ZigBee 控制设备发送控制命令。主板还集成 WiFi 模块，用于连接无线路由器，降低以太网布线的复杂度。同时，主板可扩展 GPRS、3G 或 4G 模块，将智能网关接入互联网，实现信息的远程可靠传输。
6、智能终端
Android 平板电脑，运行智能家居软件，实现家居环境监测、设备远程控制、以及视频监控等功能。
四、软件组成
系统软件默认采用 C/S 结构，主要包括无线网络传感器数据透明传输软件、智能网关基于 Qt 的智能家居系统软件、基于 Android 的智能家居系统软件、基于 C#的智能家居系统软件。同时系统提供基于 B/S 体系结构的智能家居网络化远程监控软件。
1、无线网络传感器数据透明传输软件
主要实现 ZigBee 网络的建立、节点的自动入网、节点休眠与唤醒、节点之间数据的透明传输、传感器节点的采样与传输、以及执行节点驱动设备的功能。
2、基于 Qt 的智能家居系统软件
智能网关运行嵌入式 Linux 操作系统，上电后即运行基于 Qt 的智能家居系统软件。它主要用来汇聚传感层的各种传感器节点，控制节点，并通过嵌入式数据库，保存所有节点的网络属性、传感器采样值、控制器状态等，允许用户在本地查看智能家居环境参数、安防设备的状态，以及控制家电设备等。同时它作为服务器，允许客户端如平板电脑等设备与其建立连接，实现 TCP/IP 通信。
3、基于 Android 的智能家居系统软件
平板电脑运行基于 Android 操作系统的智能家居监控软件。用户可以在平板上浏览家居环境参数、安防设备状态，远程控制家用电器（开关控制、红外遥控）等，并且可以访问网络摄像机，实现远程视频监控。
4、基于 C#的智能家居系统软件
系统还支持 C#智能家居系统软件。该软件不用智能网关，而使用普通 PC 机，通过串口与 ZigBee 协调器通信。基于 C#的智能家居软件就是通过串口编程、及时读取串口缓冲数据实现对传感层节点的管理的，主要实现家居环境监测、家居安防监测、家电设备控制以及视频监控等功能。
5、基于 Web 的智能家居网络化监控软件
该软件以智能网关为 Web 服务器，结合 CGI 应用程序接口、检测与控制应用程序、以及 HTML 网页，为用户提供 B/S 方式的访问与控制传感层节点的平台。
6、可接入理工云服务平台

7、软件配置

设备名称	组件	名称	版本或软件描述
无线网络传感器	开发环境	IAR	IAR Embedded workbenchV7.60
		协议栈	ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0
		第三方烧写工具	Smart RF Flash Programmer 和 USB 驱动
	应用软件	ZigBee 数据透明传输软件	自主研发，V2.4.2
智能网关	交叉编译开发环境	操作系统	Ubuntu12.04.4 LTS、Ubuntu14.04 LTS
		文件系统	EXT4 文件系统
		交叉编译链	arm-linux-gcc 4.4.1、arm-2009q3.tar.gz
	嵌入式Linux 系统	启动代码嵌入式操作系统文件系统 QT 库	Uboot-1.3.4.tar.gz Linux2.6.35.tar.gz Yaffs 类型 Qt-4.7.3 函数库源码
	应用软件	开发环境	Qt-Creator2.4.1、Qt-4.7.3 库、C++语言等
Android 监控端	应用软件	开发环境	Windows XP 以上 Eclipse IDE for Java Developers Android-sdk_r16-windows Java 语言等
PC 监控端	应用软件	开发环境	Windows XP 以上 Visual Studio2010 工具 C#语言等
Web 监控端	嵌入式 Linux 操作系统	检测与控制应用程序	Qt-Creator2.4.1 与 Qt-4.7.3 库
		CGI 应用程序	CGI 库以及 C 语言
		Web 服务器	Apache 服务器
		HTML 网页	Dreamweaver、文本编辑器等

五、系统功能
1、多种采集控制终端

2、环境自动监测与调节功能
通过温湿度传感器、光照度传感器对室内居住环境的状态进行 24 小时实时监测，所有监测数据可以实时显示在智能网关、PC 监控服务器、平板电脑监控终端的 GUI 界面上。系统可以通过预置的上下限，自动控制空调、窗帘的开关状态，调节居室环境。
3、安全自动监测与报警功能
   通过烟雾探测器、燃气探测器模拟对居室火情、煤气泄漏等进行实时监测，所有监测数据可以实时显示在智能网关、PC 监控服务器、平板电脑监控终端、Web 监控终端的 GUI 界面上。系统可以通过预置的联动关系和设置异常气体浓度上下限，自动控制警笛报警，控制加湿器、窗帘等设备打开，调节居室环境。
4、安防自动监测与报警功能
    通过门磁探测器、人体感应探测器、指纹识别器、可视门禁系统等对居室进行全方位实时监测，所有监测数据可以实时显示在智能网关、PC 监控服务器、平板电脑监控终端、Web监控终端的 GUI 界面上。一旦出现危险情况（如火灾、煤气泄漏或紧急求助）或非法入侵，智能家居控制系统就会通过预置的联动关系，自动控制警笛报警，及时播放险情，发送警情短信。用户可以通过平板电脑启动网络摄像头查看居室环境，远程控制窗帘、门锁，处理警情等。另外，门口机和室内机之间可实现可视对讲。
5、智能家电控制功能
    智能控制支持自动控制与手动控制两种方式。自动控制由用户设置传感器节点与控制设备的对应、以及阈值设置即可实现。手动控制可通过智能网关、Android 智能终端、PC 监控服务器、Web 监控终端等四种不同的方式对吸顶灯、台灯、警笛、窗帘等进行开关控制，对电视、音响、空调等遥控开关类设备进行红外远程开关、调节控制。
（1）智能灯光控制系统
    把所有能控制的电器组成一个管理系统，除了可以实现本地对家电的控制之外，还可以通过遥控、场景以及互联网等多种控制方式实现对电器的智能管理与控制。并且可以与环境监控系统结合，实现自动智能化管理。
（2）灯光情景控制模式：通过对智能开关的组合学习，可以对家庭单元的各个房间定义个性化的灯光场景需要。比如：全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、起早模式等；
（3）联动控制：灯光、电器(模拟空调)、电动窗帘三者的控制可以通过情景控制模式联动，如门磁可以设定与灯光、窗帘、电器等设备的联动工作。比如：回家开门后，灯光打开、窗帘开启、空调开启等联动工作。
（4）电动窗帘系统：对窗帘进行智能控制和管理，可用软件遥控实现对窗帘的开关、停止等控制，以及一键式场景效果的实现。
6、Web 远程监控功能
系统支持网络化远程监测与控制功能。将智能网关与 PC 机处于同一个局域网内，在 PC的浏览器上输入智能网关 Web 服务器地址，如 192.168.1.20/FTRemote.html，即可打开 A8 web服务器的主页，主要实现传感器实时采集、历史数据、设备控制、视频监控等功能。互联网远程实时动态摄像监控，可通过手机、电脑实时动态监控样板间的情况。
六、教学资源
    智能家居监控系统覆盖了 ZigBee 无线传感器网络、Linux 智能网关、Android 智能终端、PC 监控服务器、Web 远程监控等五部分，因此系统提供了丰富的课程实验，包括 zigbee 基础采集传输实验，网关智能家居应用实验，Android 智能家居应用实验，PC 智能家居应用实验、Web 的智能家居网络远程监控实验等，一条线贯穿，让学生在实验中逐步领悟物联网的体系结构，关键技术以及实现方式，适合不同课程，不同侧重点的教学、实验和实训。为方便用户教学和学习，系统还提供了一本使用手册和一本实验指导书。
1、基础实验能力

序号	名称	实验
1	无线传感器网络通信类实验	IAR 集成开发环境搭建实验
1	无线传感器网络通信类实验	基于 Z-Stack 协议栈传感节点透明传输程序的使用实验
2	Linux 智能网关实验	光线采集显示实验
		温湿度采集显示实验
		燃气探测显示实验
		烟雾探测显示实验
		人体感应探测实验
		门磁探测实验
		指纹识别实验
		可视门禁实验
		强电设备控制实验（灯光、警笛、窗帘等）
		红外学习控制实验（电视、空调、音响等）
3	Android 智能终端实验	光线采集显示实验
		温湿度采集显示实验
		灯光设备控制实验
		警笛控制实验
		窗帘控制实验
		电视红外控制实验
		空调红外控制实验
		音响红外控制实验
4	PC 机监控服务器实验	智能家居环境监测实验（含光线、温湿度等）
4	PC 机监控服务器实验	智能家居设备控制实验（含灯光、警笛、窗帘、空调等）
5	5 Web 监控终端实验	基于 Web 的监控软件的使用实验

2、创新实验能力

序号	名称	实验
1	基于 QT 的智能网关创新实验	基于 QT 的智能家居环境监测实验
		基于 QT 的智能家居设备控制实验
		基于 QT 的智能家居环境联动控制实验
2	基于 Android 的智能终端创新实验	Android 终端与 Linux 网关的网络通信实验
		基于 Android 的智能家居环境监测实验
		基于 Android 的智能家居设备控制实验
		基于 Android 的智能家居环境联动控制实验
		基于 Android 的智能家居视频监控实验
3	PC 机监控端创新实验	基于 C#的智能家居环境联动控制实验
		基于 C#的二次开发应用实验
4	Web 监控终端实验	传感层节点监测与控制程序实验
		CGI 采集与控制接口实验
		HTML 编写实验

3、科研实验能力
除了上述传感控制设备、智能网关与智能终端的相关实验外，系统还提供了开发类实验。

序号	名称	实验
1	无线传感器网络开发实验	简单的无线收发实验
		误码率测试实验
		频谱分析实验
		Z-Stack点对点通讯实验
		Z-Stack星状网通讯实验
		Z-Stack树状网通讯实验
		Z-Stack MESH 网通讯实验
		Z-Stack ZigBee PRO 通讯实验
		基于 Z-Stack2007 协议栈的 GenericApp 实例的移植实验
		基于 Z-Stack2007 协议栈的无线数据传输实验；
		基于 Z-Stack2007 协议栈温湿度节点与协调器的无线数据传输；
		基于 Z-Stack2007 协议栈多传感器节点与协调器无线数据传输；
		基于 Z-Stack2007 协议栈的网络拓扑定制实验；
2	智能网关开发实验	嵌入式 Linux 开发环境建立实验：
		Uboot 启动代码配置编译实验
		Linux 内核配置编译实验
		Linux 内核驱动开发实验
		Linux 驱动接口测试实验
		Yaffs 根文件系统的制作实验
		Qtopia2.2.0 图形系统编译实验
		Qt-4.7.3 程序库的编译实验
		Web 服务器移植实验

七、系统清单

类别	序号	设备名称	数量
传感节点	1	空气温湿度节点	1
	2	光线亮度检测节点	1
	3	315 门磁传感器	1
	4	315 烟雾探测器	1
	5	315 燃气探测器	1
	6	315 人体感应器	1
	7	315 转 ZigBee 通信节点	1
智能强电控制设备	8	旋转式报警灯	1
	9	节能式吸顶灯	1
	10	侧壁节能灯	1
	11	通风扇	1
	12	86 盒无线强电控制器	4
红外控制设备	13	32 寸液晶电视	1
	14	壁挂式空调	1
	15	挂式音箱	1
	16	红外学习 ZigBee 节点	1
智能窗帘控制设备	17	电动窗帘电机导轨与双开窗帘	1
智能窗帘控制设备	18	窗帘控制器	1
视频监控设备	19	WiFi 网络摄像机	1
视频监控设备	20	可视门禁装置	1
中央控制区	21	智能网关	1
	22	Android 平板电脑	1
	23	无线路由器	1
附件	24	铝合金框架加钣金扣板	1
	25	开关电源装置	1
	26	折叠五步梯	1
	27	万用表	1
	28	可旋转小桌板	2
	29	智能家居网板间使用说明书	1
	30	智能家居网板间实验指导书	1
	31	网关系统搭建附件（交叉串口线、交叉网线、Mini USB 数据线、方口 USB 同步线、FT-CC253-Debugger 调试器、 SD 卡读写器、4G SD card）	1
软件	32	无线传感器网络透明传输软件	1
	33	基于 Qt 的智能家居网板系统软件	1
	34	基于 Android 的智能家居网板系统软件	1
	35	基于 C#的智能家居网板系统软件	1
	36	基于 Web 的智能家居网络化监控软件	1

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