使用MTK ARM和ZigBee技術(shù)進行智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(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。由于智能手機的普及，當前的智能家居系統(tǒng)普遍以“手機APP遠程控制家電設(shè)備” 的模式。但這種模式過分依賴于手機，且存在智能化不足等缺點。

　　本文圍繞如何提高智能家居系統(tǒng)智能化程度的問題展開研究，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)。通過運用神經(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；并針對傳統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)中WiFi網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定問題，通過增加主控模塊中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)計的系統(tǒng)方案，完成了相應(yīng)的系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計，包括以MT6260D為核心芯片的主控模塊電路設(shè)計、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)計與調(diào)試。通過對具有學(xué)習(xí)特性算法進行分析研究，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對空調(diào)、智能燈泡和智能插座三種家電設(shè)備的控制進行了建模、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為開發(fā)平臺的主控模塊軟件設(shè)計、以VS2008為開發(fā)平臺的服務(wù)器軟件設(shè)計及以Android為系統(tǒng)的手機APP軟件設(shè)計等。最后，對整個系統(tǒng)的軟硬件模塊進行了調(diào)試，通過用戶的實際使用情況測試，驗證了系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)特性等功能，從而表明了系統(tǒng)方案的實用性。

　　鑒于現(xiàn)有機器人技術(shù)有很大不足以及云計算與物聯(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)上提出一種運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對智能家居設(shè)備進行智能控制的方法。并且本文采用價格低廉且性價比高的聯(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，并且通過其內(nèi)部集成的GPRS通信功能，使系統(tǒng)同時具有 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)備控制對象，通過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，通過內(nèi)部的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行數(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，最終實現(xiàn)家電設(shè)備按人的意愿自動控制的目的。

　　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內(nèi)外發(fā)展的研究現(xiàn)狀及不足，在總結(jié)了未來智能家居的發(fā)展趨勢之后，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。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)備模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)硬件。

　　第3章：控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)特性算法設(shè)計與實現(xiàn)。本章主要對控制系統(tǒng)中學(xué)習(xí)特性算法進行分析研究，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對家電設(shè)備進行建模、仿真，從而驗證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過模擬人的意愿對家電設(shè)備進行智能控制的功能，然后采用C語言編程將算法移植于主控模塊中，以實現(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。本章主要介紹系統(tǒng)方案中的軟件設(shè)計部分。首先對主控模塊軟件進行設(shè)計，然后對ZigBee模塊軟件和PC服務(wù)器軟件進行設(shè)計，最后設(shè)計并實現(xiàn)手機APP中Android軟件部分。

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

　　第6章：總結(jié)和展望。本章對已經(jīng)完成的工作進行了總結(jié)，對系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)過程中將來需要進一步完善和改進的工作進行了說明。

　　智能家居系統(tǒng)主要由控制終端、移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、中央控制器、無線傳感網(wǎng)絡(luò)及底層傳感器五個部分組成。其中，控制終端由手機、平板電腦或PC等組成，用于用戶向家居設(shè)備發(fā)送控制命令；移動互聯(lián)網(wǎng)包括移動通信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)，用于手機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，它接收到用戶的控制命令后，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制著家電設(shè)備和底層傳感器的運行狀態(tài)，市場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；無線傳感網(wǎng)絡(luò)，負責(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)測環(huán)境數(shù)據(jù)或控制設(shè)備狀態(tài)等。整個系統(tǒng)的控制流程為：手機等終端通過移動互聯(lián)網(wǎng)和WiFi 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中央控制器，中央控制器對通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的底層傳感器數(shù)據(jù)進行簡單處理判斷后輸出家電的控制信號，最后通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制相應(yīng)家電設(shè)備。整個系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖2．1所示。