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实训系列-物联网智能家居教学实训系统
来源: 本站   发布时间: 2014-5-14  浏览次数: 92526
     实训系列-物联网智能家居教学实训系统   型号:SX-JJ  

产品简介

智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。

物联网智能家居教学实训系统,以高性能低功耗的中央控制器为核心,结合多种物联网无线组网及控制技术,对系统中的家居、家电单元进行监视和控制。

系统实现了家居安防、家电遥控、视频监控、门禁控制、窗帘自动控制、场景联动等功能,并支持远程WEB、移动手持设备访问和控制等。使学生在实训过程中深入的理解物联网的相关技术,在智能家居领域中实现构建、监控、安防、遥控等功能的原理和实施细节。激发学生学习兴趣,并通过系统开放式的平台环境,自己动手实现学习、创新及应用。

系统框图

该实训系统硬件总体由中央控制器、视频监控单元、多个无线家居单元模块、WIFI路由设备、移动手持终端和家居沙盘构成。

 

备注:                   ZigBee网络信号

                         WIFI网络信号

                         GSM/GPRS信号

硬件构成

n        Cortex-A8处理器作为中央控制器,是整套系统的核心,负责处理无线通信模块节点发送过来的家电信息,并可控制无线通讯模块设置家电状态信息。

n        视频监控单元,由一路网络摄像头构成,可以实现对家居环境视频的本地显示和网络显示,支持拍照和存储功能。视频单元另可扩展成多路视频。

n        无线通讯模块采用ZigBee(CC2530)硬件方案,可以自组网,支持路由功能,构成分布式****网络。

n        家居单元主要是模拟常见的家居的控制与监测,如门禁、窗户、窗帘、传感器安防、家电控制等。家居单元通过无线通讯模块将信息传递给Cortex-A8控制器。

n        WIFI路由是连接重要控制器与各个家居单元的路由。该模块也可以接受来自智能****的控制信号以控制各个家居单元。

n        无线红外模块采用ZigBee+红外。通过红外自学习模块学习各个家用电器的红外控制命令进而控制智能家电。

n        移动手持终端采用普通的PAD,支持Android系统。

n        家居沙盘,主要包含有家居布置模型、可开关门禁、窗户、窗帘等机电控制部分和传感器构成。

产品特点

n        无线组网 智能监控

系统采用先进的ZigBee无线组网方式,结合多种智能传感器、家居模块,能够自动组网、  自动路由、性能稳定可靠。

n        标准通讯接口 灵活配置

ZigBee无线通讯节点与家居传感器采用标准的串行接口和协议进行连接和通讯,传感器       即可以安装到家居沙盘中进行真实场景模拟,又可以脱离沙盘环境,直接连接到系统机    柜上的通讯模块上进行工作,使用灵活。

n        场景生动 接口丰富

家居沙盘中集成丰富的传感器模块、用于家居环境监控。门禁、窗帘采用电机控制方式,开关门、窗帘效果生动、直观、便于演示。

n        联网方式多种多样

系统及可以本地监控也支持手持移动设备的客户端访问,同时也支持网络浏览器、中文  短信等通讯方式。

系统功能

n        家居安防

可实现非法入侵检测、可燃气体、煤气泄漏报警、室内环境监测功能,并实现门禁身份  验证和监视,电动窗帘、声光报警、风扇开关、灯光控制功能。

n        家电控制

可通过红外遥控模块实现对常见家电的控制,如电视机控制、空调设置等。

n        视频监控

实现对家居中场景视频的本地和网络视频监控,可实现抓拍、存储功能。

n        联动控制

通过设置不同的家居场景,实现不同的家居和家电联动控制,如外出模式、会客模式和  夜间模式等。

n        本地控制

通过中央控制器的显示和触摸屏输入设备,实现对上述功能的本地监视和控制。

n        远程控制

支持internet网络访问和控制,支持移动手持设备和短信息监控。

n        用户扩展

开放的软硬件接口,方便用户实现硬件模块扩展和软件系统升级。

软件资源

1、部分本地控制界面:

 

2、部分Android界面:

 

3、部分网页界面:

  

4、部分实训实验图片:

 

系统配件

序号

设备名称

参数

数量

备注

1

中央控制器

主频1GHz512MB DDR21GB NAND Flash;内置PowerVR SGX540高性能图形引擎;8LCD液晶电阻触摸屏;1HDMI输出;3.5mm立体声音频(WM8960专业音频芯片)输出接口、板载麦克风;1路标准SD卡座;10/100M自适应以太网;板载实时时钟备份电池;带有GSM/GPRSWIFI2.4G无线功能。

1

 

2

门禁单元

处理器CC2530,内置增强型851单片机和RF收发器,符合IEEE802.15.4/ZigBee标准规范,频段范围2045M-2483.5M256KB闪存和8KB RAM

指纹模块;RFID射频读卡器;

1

处理器可升级为32ARM处理器,支持ZigBee组网。

支持锂电池供电。 

3

窗口单元

处理器CC2530,内置增强型851单片机和RF收发器,符合IEEE802.15.4/ZigBee标准规范,频段范围2045M-2483.5M256KB闪存和8KB RAM

电动窗帘;电动窗户;

1

处理器可升级为32ARM处理器,支持ZigBee组网。 

支持锂电池供电。 

4

安防单元

处理器CC2530,内置增强型851单片机和RF收发器,符合IEEE802.15.4/ZigBee标准规范,频段范围2045M-2483.5M256KB闪存和8KB RAM

红外人体感应传感器;温湿度传感器;可燃气体传感器、光照传感器。

1

处理器可升级为32ARM处理器,支持ZigBee组网。

支持锂电池供电。  

5

控制单元

处理器CC2530,内置增强型851单片机和RF收发器,符合IEEE802.15.4/ZigBee标准规范,频段范围2045M-2483.5M256KB闪存和8KB RAM

LED电灯组;电动风扇;

1

处理器可升级为32ARM处理器,支持ZigBee组网。

支持锂电池供电。  

6

家电单元

处理器CC2530,内置增强型851单片机和RF收发器,符合IEEE802.15.4/ZigBee标准规范,频段范围2045M-2483.5M256KB闪存和8KB RAM

学习型红外模组,支持255个按键。适应17K-72K载波。配套MP3模块

1

处理器可升级为32ARM处理器,支持ZigBee组网。

支持锂电池供电。 

7

视频单元

USB接口130W像素;采样率>20P/S

1

 可扩展多路视频

8

路由器

4LANTP-LINK

1

 

9

手持终端

支持Android系统;支持WiFi功能。

1

 选配

10

沙盘模具

1

 

各单元传感器参数

名称

型号

参数

数量(单位)

备注说明

GSM/GPRS通讯模块

模块功能:语音业务,短信业务,彩信业务,上网业务。

单独带有32ARMMCU可脱离上位机单独使用,可连接平台配套传感器模块使用

处理器:STM32F+SIM900A

工作电压:3.2~4.8V

工作频段:EGSM900DCS1800

发射功率:Class4(2W)EGSM900

Class1(1W)DCS1800

GPRS等级:GPRSmulti-slotclass10GPRSmobilestationclassB

Class10:下行85.6kbps,上行42.8kbps

编码方案:CS1234;支持通常用于PPP连接的PAP协议;内嵌TCP/IP协议;

支持分组广播控制信道(PBCCH);支持非结构化补充数据业务(USSD)

短信规格:点对点MOMTSMS小区广播,文本和PDU模式

接口:UART(TTL电平)

1

温湿度环境检测传感器

模块功能:检测温度和湿度的数据变化

处理器:STM8S

数据值:数字量

工作电压:3.3V

温度量程:-40~80

湿度分辨率:0.1%RH16bits

温度分辨率:0.116bits

互换性:完全互换性

接口:UART(TTL电平)

1

人体检测传感器

模块功能:人体入侵检测功能

处理器:STM8S

感应角度:<100度锥角

感应距离:7以内

电平输出:3.3V/0V

触发方式:L不可重复触发/H重复触发

延时时间:5S(默认)可制作范围零点几秒~几十分钟

封锁时间:2.5S(默认)可制作范围零点几秒~几十秒

工作温度:-15~70

接口:UART(TTL电平)

1

可燃气体检测传感器

模块功能:判断是否有可燃气体。

处理器:STM8S

工作电压:5V

测试浓度:300~10000ppm

预热温度:100±20

接口:UART(TTL电平)

1

光照检测传感器

模块功能:判断光照强度

处理器:STM8S

工作最电压:3.3V

环境温度:-30~70

耐光性:18KΩ~2.0MΩ

光谱峰值:540nm

接口:UART(TTL电平)

1

指纹验证模块

模块功能:指纹录入、存储搜索、匹配等功能

芯片组:射频式DSP芯片

供电电压:DC3.6~6.0V/直供5V

上位机接口:UART(TTL逻辑电平)

存储容量:162枚,可扩充

耐用次数:100万次

录入时间:<0.5S

搜索时间:<1S

识别精度:认假率:<0.008%;拒真率:<0.005%

安全等级:5

1

RFID读卡器

模块功能:模拟门禁单元的读卡器

处理器:STM8S处理器和+MFRC531

工作电压:5V

工作频率:13.56MHz

协议规范:ISO14443A/BMIFARE经典协议

检测范围:<10cm

上位机接口:UART(TTL电平)

1

IC电子标签

模块功能:模拟门卡

工作频率:13.56MHz

协议规范:ISO14443A/BMIFARE经典协议

存储容量:1KbEEPROM

2

红外学习模块

模块功能:对红外按键的学习以及发送红外按键值

工作电压:5V

静态电流:1mA

发射电流峰值:1.5A

工作温度:0~65

工作湿度:10%~95%

学习键值:>100

红外载波频率:15kHZ~80kHZ

红外遥控角度:<±15°(视环境、距离、学习情况和遥控器灵敏度而定)

红外遥控正对距离:1~10(视环境、角度、学习情况和遥控器灵敏度而定)

抗静电:ESD保护

1

电风扇控制模块

模块功能:电动风扇控制,带调速功能

处理器:STM8S

工作电压:5~12V

测速功能:支持测速

输入功率:0.6W

转速:5000/M

噪音:14分贝

接口:UART(TTL电平)

1

电灯控制

实现功能:可调亮度LED

处理器:STM8S

工作电压:3.3V

亮度调节:15000-20000mcd

波长:586-592nm

寿命:>80000小时

接口:UART(TTL电平)

1

USB摄像头

实现功能:视频监控

供电:USB供电

感光元件:CMOS

速率:30fps/s,硬件30万,USB接口,使用方便

感光器件:高品质CMOS1/3inch,超CCD感光效果,VGA/CIF格式

信躁比:大于48dB

1

电动窗帘

模块功能:实现窗帘的自动控制

电机类型:24线制
驱动电压:4~5V
丝杆长度:73mm
有效行程:63mm
丝杆螺距:3mm
步距角:18°
滑台尺寸:90*30mm

1

门禁舵机

模块功能:控制门的开关

供电电压:5V

尺寸:23*12.2*29mm

无负载操作速度:0.12/60(4.8V)0.10/60(6.0V)

扭矩:1.5kg·cm(4.8V)

使用温度:-30~+60

死区设定:5微秒

1

插卡MP3模块

模块功能:SD/USBHostMP3插卡音箱解码

额定电压:3.75   

编码芯片类型:SC95869    

影音配件种类:解码器

额定功率:2~3W

特色功能:

支持USBSDMMC卡进行播放。

支持USB/SD卡切换、上一曲、下一曲、音量调节、EQ、播放/暂停、停止、单曲重复、静音、关机、直选歌曲。

支持FAT16FAT32的文件系统。

支持MP1Layer3MP2Layer3MP3Layer3版本的歌曲。

支持32320kbpsMP3歌曲。

支持断电记忆功能:记忆断电前播放的歌曲和音量。

1

部分实验目录清单

第一章. 实验环境与软件工具    

1.1开发平台简介  

1.2 Windows系统开发环境    

1.3 Linux系统开发环境 

第二章. 智能传感器模块部分   

实验一. 人体检测传感器

实验二. 光照传感器

实验三. 温湿度传感器  

实验四. 可燃气体检测传感器

第三章. 无线通讯模块部分 

实验一. ZigBee CC2530入门

实验二. LED灯的控制实验    

实验三. 定时器实验

实验四. 片上温度A/D转换实验    

实验五. 串口控制LED灯实验

实验六. 点对点无线通讯实验 

实验七. 点对多点无线通讯实验

实验八. TI Z-stack2007协议栈入门实验

实验九. 基于Z-Stack的无线组网实验  

实验十. 基于Z-Stack的串口控制LED 实验   

实验十一. 无线温度检测实验 

实验十二. 无线透传实验

实验十三. RFID自动读卡实验 

实验十四. 基于RFID的电子钱包应用实验

第四章. 基础应用实验 

实验一. 实验环境使用入门   

实验二. 多线程程序设计

实验三. 串口程序设计  

实验四. Socket网络编程

实验五. 嵌入式SQLite应用  

实验六. 嵌入式WebServer移植    

实验七、实现基于WebServer的网络视频

实验八、实现基于WebServer的网络视频之扩展实验

第五章. 基于Qt的GUI实验

实验一. 搭建本机Qt开发环境

实验二. 基于QtDesigner的程序设计   

实验三. 搭建Qt/Embedded ARM环境

第六章. 底层系统构建实验 

实验一. Linux内核裁剪与编译

实验二. 构建根文件系统

第七章. 设备底层驱动实验 

实验一. 内核驱动入门  

实验二. PWM蜂鸣器驱动及控制

实验三. ADC驱动及采样

实验四. LCD设备驱动及控制  

实验五. U盘接口使用

综合项目实训部分

实验一. 智能家居实训系统入门

实验二. 智能家居实训系统之安防监控实训

实验三. 智能家居实训系统之门禁控制实训

实验四. 智能家居实训系统之家电控制实训

实验五. 智能家居实训系统之红外家电遥控实训

实验六. 智能家居实训系统之视频监控与远程访问

实验七. 智能家居实训系统之GSM/GPRS短信息控制实训

实验八. 智能家居实训系统之WEB远程服务器监控实训

实验九. 智能家居实训系统之Android手持设备接入控制实训

附录 系统部分功能及操作说明

一.本地控制

l          我的房间

 

 

在不同的房间有相应的传感器及执行器,可以方便的查看到其状态变化,并通过点击“打开”或“关闭”按钮控制执行器的开关。

针对MP3设备(红外学习模块),其如果没有事先学习按键遥控码(出厂默认设好),必须先进行学习(点击学习按钮,将红外学习模块对准遥控器,然后按下面的按键学习)

 

l          设备状况

l          系统设置

 

点击“GPRS设置”,可以设置报警手机号码,本地手机号码为放入GPRS模块中SIM卡的手机号(插卡时请注意先把GPRS模块断电,否则容易烧卡)

 

点击“情景模式”,可以进行不同情景模式的设置:


各模式下,联动的传感器及执行器对照表,如下:

模式

联动效果

外出模式

关闭电灯

关闭电风扇

关闭门

烟雾报警

睡眠模式

同外出模式相似,增加了关闭窗帘、人体检测报警

会客模式

打开电灯

打开窗帘  

烟雾报警

自定模式

不做任何处理

l          视频监控

点击“”按钮进入视频监控界面,实现拍照、浏览图片、自动拍摄等功能:

l          报警记录

点击“”按钮进入报警记录查看界面:

说明:只有设置好对应的情景模式后,报警信息才会存储到数据库。

l          报警短信及短信控制

当设置好报警电话及情景模式后,设备异常将往报警手机号上发送相应的报警短信。

同时也可以接收短信控制,短信控制的格式为:

例如:

        阳台上编号为0的窗户打开


二. WEB远程访问

在浏览器中输入开发板的IP地址回车,即可登入智能家居远程访问界面

n       我的房间

n       我的设备

n       报警记录

n       视频监控

n       报警图片

三.手持设备远程访问

n       启动欢迎界面

n       登录界面

说明:服务器IP地址为开发板的IP地址,端口号为8683。登录成功会进入首页。

n        Home及控制页面

点击首页中的控制设备图标(电灯、风扇、窗帘、窗户、门禁)进入右侧的控制界

面进行控制。

n       多媒体及环境检测页面

n       设备状态信息界面

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