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LGWL-JJ02型 物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)（網(wǎng)孔板式）

一、【系統(tǒng)簡介】
   LGWL-JJ02型 智能家居網(wǎng)板實訓(xùn)系統(tǒng)是針對高等院校物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)的需求，綜合運用傳感器采集、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、中間件等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在網(wǎng)板上的各種傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端實現(xiàn)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(shè)備控制、遠程視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控等功能，貼近實際智能家居系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)提供了一個完備的應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)。
二、【系統(tǒng)構(gòu)成】
   系統(tǒng)利用各種傳感器測量家居環(huán)境參數(shù)，結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)將歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)智能控制與無人值守；利用嵌入式 Linux 系統(tǒng)實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)；利用 Android 系統(tǒng)實現(xiàn)智能終端，促使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居等現(xiàn)實環(huán)境的應(yīng)用。
1、系統(tǒng)外觀

               體驗間式                                                                                            掛板式
2、系統(tǒng)拓撲
三、【硬件組成】
   智能家居網(wǎng)板實訓(xùn)系統(tǒng)主要由環(huán)境感知設(shè)備、安防門禁設(shè)備、控制設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端、以及鋁合金鋼架結(jié)構(gòu)組成。
1、環(huán)境感知設(shè)備
   主要由傳感器調(diào)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(shè)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(xiàn)指紋錄入權(quán)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(shè)備
   主要由執(zhí)行設(shè)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(shè)備、紅外控制設(shè)備。交流供電型控制設(shè)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(nèi)，交流電器只需插入 86 盒的兩相或三相插座內(nèi)即可實現(xiàn)電器的開關(guān)控制，如照明燈、警笛、窗簾、電視、音響、空調(diào)等。紅外控制設(shè)備主要是學(xué)習(xí)遙控器的編碼，用一個紅外控制設(shè)備代替多個遙控器，如電視、空調(diào)等。
4、視頻監(jiān)控設(shè)備
   它是一種視頻服務(wù)器，具有 IP 地址和 MAC 地址，用于視頻監(jiān)測居室內(nèi)安全狀況。
5、 智能網(wǎng)關(guān)
   主要用于傳感層設(shè)備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務(wù)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(nèi)，美觀大方。主板集成 ZigBee 無線路由器通信模塊，用于維護 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，接收 ZigBee 傳感器采樣信息，向 ZigBee 控制設(shè)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(wǎng)布線的復(fù)雜度。同時，主板可擴展 GPRS、3G 或 4G 模塊，將智能網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)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(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測、設(shè)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(jié)構(gòu)，主要包括無線網(wǎng)絡(luò)傳感器數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、智能網(wǎng)關(guān)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(jié)構(gòu)的智能家居網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控軟件。
1、無線網(wǎng)絡(luò)傳感器數(shù)據(jù)透明傳輸軟件
  主要實現(xiàn) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點的自動入網(wǎng)、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)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(qū)動設(shè)備的功能。
2、基于 Qt 的智能家居系統(tǒng)軟件
  智能網(wǎng)關(guān)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(shù)據(jù)庫，保存所有節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)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(shù)、安防設(shè)備的狀態(tài)，以及控制家電設(shè)備等。同時它作為服務(wù)器，允許客戶端如平板電腦等設(shè)備與其建立連接，實現(xiàn) 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(shù)、安防設(shè)備狀態(tài)，遠程控制家用電器（開關(guān)控制、紅外遙控）等，并且可以訪問網(wǎng)絡(luò)攝像機，實現(xiàn)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(wǎng)關(guān)，而使用普通 PC 機，通過串口與 ZigBee 協(xié)調(diào)器通信。基于 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(shù)據(jù)實現(xiàn)對傳感層節(jié)點的管理的，主要實現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測、家居安防監(jiān)測、家電設(shè)備控制以及視頻監(jiān)控等功能。
5、基于 Web 的智能家居網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控軟件
  該軟件以智能網(wǎng)關(guān)為 Web 服務(wù)器，結(jié)合 CGI 應(yīng)用程序接口、檢測與控制應(yīng)用程序、以及 HTML 網(wǎng)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(wù)平臺
7、軟件配置
設(shè)備名稱 組件 名稱 版本或軟件描述
無線網(wǎng)絡(luò)傳感器 開發(fā)環(huán)境 IAR IAR Embedded workbenchV7.60
協(xié)議棧 ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0
第三方燒寫工具 Smart RF Flash Programmer 和 USB 驅(qū)動
應(yīng)用軟件 ZigBee 數(shù)據(jù)透明傳輸軟件 自主研發(fā)，V2.4.2
智能網(wǎng)關(guān) 交叉編譯開發(fā)環(huán)境 操作系統(tǒng) Ubuntu12.04.4 LTS、Ubuntu14.04 LTS
文件系統(tǒng) EXT4 文件系統(tǒng)
交叉編譯鏈 arm-linux-gcc 4.4.1、arm-2009q3.tar.gz
嵌入式Linux 系統(tǒng) 啟動代碼
嵌入式操作系統(tǒng)
文件系統(tǒng)
QT 庫		 Uboot-1.3.4.tar.gz
Linux2.6.35.tar.gz
Yaffs 類型
Qt-4.7.3 函數(shù)庫源碼
應(yīng)用軟件 開發(fā)環(huán)境 Qt-Creator2.4.1、Qt-4.7.3 庫、C++語言等
Android 監(jiān)控端 應(yīng)用軟件 開發(fā)環(huán)境 Windows XP 以上
Eclipse IDE for Java Developers
Android-sdk_r16-windows
Java 語言等
PC 監(jiān)控端 應(yīng)用軟件 開發(fā)環(huán)境 Windows XP 以上
Visual Studio2010 工具
C#語言等
Web 監(jiān)控端 嵌入式
Linux 操作系統(tǒng)		 檢測與控制應(yīng)用程序 Qt-Creator2.4.1 與 Qt-4.7.3 庫
CGI 應(yīng)用程序 CGI 庫以及 C 語言
Web 服務(wù)器 Apache 服務(wù)器
HTML 網(wǎng)頁 Dreamweaver、文本編輯器等
 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(diào)節(jié)功能
  通過溫濕度傳感器、光照度傳感器對室內(nèi)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(shù)據(jù)可以實時顯示在智能網(wǎng)關(guān)、PC 監(jiān)控服務(wù)器、平板電腦監(jiān)控終端的 GUI 界面上。系統(tǒng)可以通過預(yù)置的上下限，自動控制空調(diào)、窗簾的開關(guān)狀態(tài)，調(diào)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(shù)據(jù)可以實時顯示在智能網(wǎng)關(guān)、PC 監(jiān)控服務(wù)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(yù)置的聯(lián)動關(guān)系和設(shè)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(shè)備打開，調(diào)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(yīng)探測器、指紋識別器、可視門禁系統(tǒng)等對居室進行全方位實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時顯示在智能網(wǎng)關(guān)、PC 監(jiān)控服務(wù)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(xiàn)危險情況（如火災(zāi)、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(yù)置的聯(lián)動關(guān)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(wǎng)絡(luò)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(nèi)機之間可實現(xiàn)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(shè)置傳感器節(jié)點與控制設(shè)備的對應(yīng)、以及閾值設(shè)置即可實現(xiàn)。手動控制可通過智能網(wǎng)關(guān)、Android 智能終端、PC 監(jiān)控服務(wù)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(guān)控制，對電視、音響、空調(diào)等遙控開關(guān)類設(shè)備進行紅外遠程開關(guān)、調(diào)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(xiàn)本地對家電的控制之外，還可以通過遙控、場景以及互聯(lián)網(wǎng)等多種控制方式實現(xiàn)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(jié)合，實現(xiàn)自動智能化管理。
（2）燈光情景控制模式：通過對智能開關(guān)的組合學(xué)習(xí)，可以對家庭單元 的各個房間定義個性化的燈光場景需要。比如：全開全關(guān)模式、家庭影院模式、會客模式、起早模式等；
（3）聯(lián)動控制：燈光、電器(模擬空調(diào))、電動窗簾三者的控制可以通過情景 控制模式聯(lián)動，如門磁可以設(shè)定與燈光、窗簾、電器等設(shè)備的聯(lián)動工作。比如：回家開門后，燈光打開、窗簾開啟、空調(diào)開啟等聯(lián)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(xiàn)對窗簾的開關(guān)、停止等控制，以及一鍵式場景效果的實現(xiàn)。
6、Web 遠程監(jiān)控功能
  系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)測與控制功能。將智能網(wǎng)關(guān)與 PC 機處于同一個局域網(wǎng)內(nèi)，在 PC的瀏覽器上輸入智能網(wǎng)關(guān) Web 服務(wù)器地址，如 192.168.1.20/FTRemote.html，即可打開 A8 web服務(wù)器的主頁，主要實現(xiàn)傳感器實時采集、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控等功能?；ヂ?lián)網(wǎng)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(xué)資源】
   智能家居監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋了 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Linux 智能網(wǎng)關(guān)、Android 智能終端、PC 監(jiān)控服務(wù)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(chǔ)采集傳輸實驗，網(wǎng)關(guān)智能家居應(yīng)用實驗，Android 智能家居應(yīng)用實驗，PC 智能家居應(yīng)用實驗、Web 的智能家居網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控實驗等，一條線貫穿，讓學(xué)生在實驗中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及實現(xiàn)方式，適合不同課程，不同側(cè)重點的教學(xué)、實驗和實訓(xùn)。為方便用戶教學(xué)和學(xué)習(xí)，系統(tǒng)還提供了一本使用手冊和一本實驗指導(dǎo)書。
1、基礎(chǔ)實驗?zāi)芰?/strong>
序號 名稱 實驗
1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信類實驗 IAR 集成開發(fā)環(huán)境搭建實驗
基于 Z-Stack 協(xié)議棧傳感節(jié)點透明傳輸程序的使用實驗
2  Linux 智能網(wǎng)關(guān)實驗 光線采集顯示實驗
溫濕度采集顯示實驗
燃氣探測顯示實驗
煙霧探測顯示實驗
人體感應(yīng)探測實驗
門磁探測實驗
指紋識別實驗
可視門禁實驗
強電設(shè)備控制實驗（燈光、警笛、窗簾等）
紅外學(xué)習(xí)控制實驗（電視、空調(diào)、音響等）
3  Android 智能終端實驗 光線采集顯示實驗
溫濕度采集顯示實驗
燈光設(shè)備控制實驗
警笛控制實驗
窗簾控制實驗
電視紅外控制實驗
空調(diào)紅外控制實驗
音響紅外控制實驗
4  PC 機監(jiān)控服務(wù)器實驗 智能家居環(huán)境監(jiān)測實驗（含光線、溫濕度等）
智能家居設(shè)備控制實驗（含燈光、警笛、窗簾、空調(diào)等）
5 5 Web 監(jiān)控終端實驗 基于 Web 的監(jiān)控軟件的使用實驗
2、創(chuàng)新實驗?zāi)芰?/strong>
序號 名稱 實驗
1  基于 QT 的智能網(wǎng)關(guān)創(chuàng)新
實驗		 基于 QT 的智能家居環(huán)境監(jiān)測實驗
基于 QT 的智能家居設(shè)備控制實驗
基于 QT 的智能家居環(huán)境聯(lián)動控制實驗
2  基于 Android 的智能終端
創(chuàng)新實驗		 Android 終端與 Linux 網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信實驗
基于 Android 的智能家居環(huán)境監(jiān)測實驗
基于 Android 的智能家居設(shè)備控制實驗
基于 Android 的智能家居環(huán)境聯(lián)動控制實驗
基于 Android 的智能家居視頻監(jiān)控實驗
3  PC 機監(jiān)控端創(chuàng)新實驗 基于 C#的智能家居環(huán)境聯(lián)動控制實驗
基于 C#的二次開發(fā)應(yīng)用實驗
4  Web 監(jiān)控終端實驗 傳感層節(jié)點監(jiān)測與控制程序?qū)嶒?/span>
CGI 采集與控制接口實驗
HTML 編寫實驗
3、科研實驗?zāi)芰?/strong>
  除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實驗外，系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實驗。
序號 名稱 實驗
1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實驗 簡單的無線收發(fā)實驗
誤碼率測試實驗
頻譜分析實驗
Z-Stack點對點通訊實驗
Z-Stack星狀網(wǎng)通訊實驗
Z-Stack樹狀網(wǎng)通訊實驗
Z-Stack MESH 網(wǎng)通訊實驗
Z-Stack ZigBee PRO 通訊實驗
基于 Z-Stack2007 協(xié)議棧的 GenericApp 實例的移植實驗
基于 Z-Stack2007 協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)傳輸實驗；
基于 Z-Stack2007 協(xié)議棧溫濕度節(jié)點與協(xié)調(diào)器的無線數(shù)據(jù)傳輸；
基于 Z-Stack2007 協(xié)議棧多傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器無線數(shù)據(jù)傳輸；
基于 Z-Stack2007 協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)拓撲定制實驗；
2 智能網(wǎng)關(guān)開發(fā)實驗 嵌入式 Linux 開發(fā)環(huán)境建立實驗：
Uboot 啟動代碼配置編譯實驗
Linux 內(nèi)核配置編譯實驗
Linux 內(nèi)核驅(qū)動開發(fā)實驗
Linux 驅(qū)動接口測試實驗
Yaffs 根文件系統(tǒng)的制作實驗
Qtopia2.2.0 圖形系統(tǒng)編譯實驗
Qt-4.7.3 程序庫的編譯實驗
Web 服務(wù)器移植實驗
 七、【系統(tǒng)清單】
類別 序號 設(shè)備名稱 數(shù)量
傳感節(jié)點 1 空氣溫濕度節(jié)點 1
2 光線亮度檢測節(jié)點 1
3 315 門磁傳感器 1
4 315 煙霧探測器 1
5 315 燃氣探測器 1
6 315 人體感應(yīng)器 1
7 315 轉(zhuǎn) ZigBee 通信節(jié)點 1
智能強電控制
設(shè)備		 8 旋轉(zhuǎn)式報警燈 1
9 節(jié)能式吸頂燈 1
10 側(cè)壁節(jié)能燈 1
11 通風扇 1
12 86 盒無線強電控制器 4
紅外控制設(shè)備 13 32 寸液晶電視 1
14 壁掛式空調(diào) 1
15 掛式音箱 1
16 紅外學(xué)習(xí) ZigBee 節(jié)點 1
智能窗簾控制
設(shè)備		 17 電動窗簾電機導(dǎo)軌與雙開窗簾 1
18 窗簾控制器 1
視頻監(jiān)控設(shè)備 19 WiFi 網(wǎng)絡(luò)攝像機 1
20 可視門禁裝置 1
中央控制區(qū) 21 智能網(wǎng)關(guān) 1
22 Android 平板電腦 1
23 無線路由器 1
附件 24 鋁合金框架加鈑金扣板 1
25 開關(guān)電源裝置 1
26 折疊五步梯 1
27 萬用表 1
28 可旋轉(zhuǎn)小桌板 2
29 智能家居網(wǎng)板間使用說明書 1
30 智能家居網(wǎng)板間實驗指導(dǎo)書 1
31 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)搭建附件（交叉串口線、交叉網(wǎng)線、Mini USB
數(shù)據(jù)線、方口 USB 同步線、FT-CC253-Debugger 調(diào)試器、
SD 卡讀寫器、4G SD card）		 1
軟件 32 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)透明傳輸軟件 1
33 基于 Qt 的智能家居網(wǎng)板系統(tǒng)軟件 1
34 基于 Android 的智能家居網(wǎng)板系統(tǒng)軟件 1
35 基于 C#的智能家居網(wǎng)板系統(tǒng)軟件 1
36 基于 Web 的智能家居網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控軟件 1
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