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摘 要

伴随时代的进步人们的经济收入在提高，但是因为发展带来自然环境的恶化也在威胁着人类的生存。在这种情况下，如何减小因环境污染造成对身体健康的损坏是一个必须要重视的问题。本文设计了一种可以实时监控家庭生活环境情况的家庭环境监控网关，可以有效解决这些问题。

本文设计的是基于WIFI的智能家庭环境监控网关，该网关的最小系统以STM32F103为控制芯片，同时带有DS18B20，DHT11和光敏三个传感器模块，一个WIFI模块和一个ZigBee模块。最小系统的控制芯片与传感器之间使用单总线的方式进行数据传输，与ZigBee模块之间是以SPI模式完成数据的传输，与WIFI模块之间又是通过串口实现数据的传输。

该网关能够实现采集室内温度、光照等环境数据，然后通过ZigBee自组网的方式把数据发送到终端节点，终端节点又通过连接路由器的WIFI模块将数据发送给互联网中的服务器，服务器把接收的数据进行整理和分析后放入数据库，最后可以通过一个家庭环境监控平台查看采集的数据。

关键词：网关 ZigBee WIFI 传感器

Software Design and Implementation of Intelligent Family Environment Monitoring Gateway Based on WIFI

Abstract

With the development of the times and the improvement of people's living standards, and in recent years, China's construction and housing industry has developed rapidly, especially in the rapid development of intelligent development of family facilities, to bring a variety of people's convenience. The progress of science and technology to make the family environment within the use of electrical products more and more, it means that the family life environment is also increasingly complex situation, in addition, as well as the rapid economic development brought about by the deterioration of the natural environment Threaten the survival of mankind. However, a good indoor environment is a comfortable environment for the majority of people, comfortable hot and humid environment, light environment, sound environment, but also to provide fresh and pleasant, to stimulate the health and no negative impact on health of high quality air to meet the human body Comfort and health needs. In this case, we intend to develop a real-time monitoring of family life environment.

This paper designs and implements intelligent home environment monitoring gateway based on WIFI, the gateway use STM32F103 as the control chip, can realize the real-time sensor data acquisition and transmission. The gateway has DS18B20, DHT11 and photosensitive three sensor modules, WIFI module and ZigBee module. The sensor module sends the collected data to the master chip through ZigBee. The master chip sends the data to the router through WIFI, finally sends the data to the PC, the PC puts the monitoring data into the database, and user can view the real-time through an environment monitoring platform data.

Key Words: Gateway; ZigBee; WIFI; Sensor ;STM32

目 录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题研究的现状

1.3 本文的工作

1.4 本文的结构

第二章 家庭环境监控体系设计

2.1 系统架构

2.2 家庭环境监控系统网关功能分析

2.3 家庭环境监控系统监控平台功能需求分析

第三章 家庭环境监控网关的总体设计

3.1 家庭环境监控网关总体设计方案

3.1.1 开发工具介绍

3.1.2 监控网关总体设计方案

3.1.3 通信协议

3.2 家庭环境监控网关模块介绍

3.2.1 MCU芯片介绍

3.2.2 WIFI模块介绍

3.2.3 DS18B20温度传感器模块介绍

3.2.4 DHT11温湿度传感器模块介绍

3.2.5 光敏传感器模块介绍

3.2.6 CC1101模块介绍

第四章 家庭环境监控网关的软件设计

4.1 网关总体软件设计流程

4.1.1 节点的程序设计

4.1.2 终端模块程序设计

4.2 CC1101模块接收和发送数据程序设计

4.3 DS18B20温度传感器模块程序设计

4.4 温湿度传感器程序设计

4.5 光敏传感器模块程序设计

4.6 WIFI模块程序设计

第五章 软件测试

5.1 传感器模块软件测试

5.2 CC1101模块接收和发送数据软件测试

5.3 WIFI模块透传模式软件测试

5.4 网关总体软件测试

第六章 总结及展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

社会的迅速发展和科技的快速进步，给人类的生活带来了许多意想不到便利的同时也显著丰富了人们的物质生活，造成人们对生活质量的期望值也越来越高，而且随着科技的发展，各种各样的智能家居设备也渐渐进入人们的生活中^[1]。并且，随着设备设计的精巧、信息高速公路的发展、方便成熟的云计算技术、无线传感器自组网技术以及物联网技术的发展，人们已经可以随时随地的接入到Internet，这为智能家居设备的实现奠定了基础^[2]。

进入二十一世纪后，为了经济的发展人们掠夺很多自然资源，同样对自然环境造成了巨大的破坏，人们的生活环境也变得越来越糟糕，人们的身体健康也在受到威胁。科技的进步让人们意识到可以通过某种设备监控居住环境质量，变被动为主动，将自己的身体健康的主动权握在手里，所以在这种环境下，我们拟开发一种家庭环境监控系统。该监控系统可以对监控平台中的室内环境数据的变化情况了解最近一段时间内生活环境是否有异常，同时分析居住环境的质量。

1.2 课题研究的现状

智能家居的概念最开始起源于1984年的美国，当时在美国康涅狄格州哈特佛市建造了第一座智能家居建筑，智能家居也因此逐渐开始流行起来^[3]。智能家居能够通过互联网调控室内环境参数（温度、二氧化碳浓度、空气质量等）来达到为用户带来怡人的生活环境的目的，还可以合理利用太阳能等自然界取之不完，用之不竭的资源，达到尽可能的减少能耗的目的^[4]。目前智能家居有五大技术基础：

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