基于嵌入式技术的智能家居系统设计与实现

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随着科技水平的现代化与人们生活文明化的并行发展,使生活的方式和生活环境有了新的变化,人们对家居环境也提出了更高的标准,着重体现在安全性、智能性、便携性。因此智能家居得到迅速地兴起与人们的追捧,并逐渐向市场化转变。目前市场上大部分的智能家居都是以云端服务器为平台,进行信息通讯,对网络的连接质量有较高的需求,同时也价格昂贵。本文基于嵌入式开发技术与物联网技术,研究设计了一套智能家居系统,其兼具局域网范围内独立运转和支持互联网用户接入系统的双重特点。这套智能家居系统能够实现远程监控,拍摄并保存照片,系统内的设备节点运用SmartConfig技术连入局域网,对其连接了温湿度传感器、OLED显示屏、烟雾检测传感器、继电器,能够用来测量温湿度信息,检测烟雾浓度,以及控制家居电器,并把语音识别技术融入到系统中。围绕整个智能家居系统的方案设计、硬件设计、软件开发来开展研究工作,论文的主要研究内容包括:(1)总体方案与硬件设计。在比较分析了目前主流的短距离通信技术后,采用WiFi作为通讯的方式,选择BCM2837为主控,Raspberry pi 3B+作为开发平台,并辅以摄像头与话筒,以物联网芯片ESP32为可控设备的主体,外接各种传感器。(2)软件开发平台的搭建。对于树莓派为其选择操作系统,配置文件传输与远程登录服务、设置静态IP等。ESP32方面,借助虚拟机中Ubuntu17.10系统,安装交叉编译工具链,配置开发环境。(3)嵌入式服务器的设计。消息处理服务器选择采用MQTT协议的Mosquitto服务器,视频服务器选择Mjpg-Streamer。通过移植将这两种服务器安装进开发板中。(4)软件设计。探讨、设计可控设备节点连入网络的方式,围绕ESP32设计各传感器的驱动程序、检测程序等,Linux下语音采集与识别程序,以及开源视频解码库的移植、视频解码程序的设计,并基于QT设计跨平台的用户终端使用软件,用以实现多客户端同时在线共享家居信息与设备控制,结合内网穿透技术,有效拓展系统使用范围。(5)实验验证。进行了跨平台客户端与监控功能的联合测试,验证传感器测量数据的准确性,测试多客户端共享继电器的控制和状态更新,测试语音识别功能等。
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