论文总字数：17584字

摘 要

伴随时代的进步以及人们的经济收入的提高，特别是家居智能化的快速进步，为人们的生活带来了许多意想不到的便利。科技的进步让家庭环境内使用的电器产品越来越多，也就意味着家庭生活环境面临的情况也日益复杂。本文介绍的家庭环境监控系统实现了ZigBee无线组网、RS485有线组网和基于GPRS通信的融合，真正实现了对环境信息的远程监控。

本文结合GPRS技术和ZigBee无线传输技术设计了家庭环境监控网关。在设计中，本地的组网采用1路ZigBee无线组网和1路RS485组网，温度、湿度和有害气体传感器采集到的环境信息通过ZigBee无线传输和RS485有线传输两种方式将实时的数据传给主控制器STM32F108R8，从而实现对环境的监控。主控制器STM32F103R8与GPRS模块通过串口相连，GPRS模块接收从传感器模块采集，经主控制器处理过的温湿度、有害气体数据。通过GPRS模块将所检测的环境数据信息发送到PC端的服务器，最后用户可以直接查看，这样用户可以方便地在PC端对环境信息实行监控。

经过实验验证能够得出：本设计实现了对温度、湿度、有毒气体等的监测，在整个过程中，可以保证数据传输的准确性、高效性、实时性。

关键词：环境监控 GPRS ZigBee RS485 STM32F103R8

Software Design and Implementation of Family Environment Monitoring Gateway Based on GPRS

Abstract

With the progress of the times and the improvement of people's economic income, especially the rapid progress of home intelligent, to people's lives has brought many unexpected 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. This article describes the home environment monitoring system to achieve the ZigBee wireless networking, RS485 wired network and GPRS-based communication integration, the real realization of the remote monitoring of environmental information.

This paper combines the GPRS technology and ZigBee wireless transmission technology to design the home intelligent environment monitoring gateway. In the design, the local network using a road ZigBee wireless network and a RS485 network, temperature, humidity and harmful gas sensor to collect the environmental information through ZigBee wireless transmission and RS485 cable transmission in two ways to real-time data transmission To the main controller STM32F108R8, in order to achieve the monitoring of the environment. The main controller STM32F103R8 and GPRS module connected through the serial port, GPRS module receives from the sensor module acquisition, the main controller of the temperature and humidity, harmful gas data. Through the GPRS module will be detected by the environmental data to the PC side of the server, the last user can directly view.

Experiments show that this design can realize the monitoring of temperature, humidity and toxic gases. Throughout the process, the accuracy, efficiency and real-time of data transmission can be ensured.

Key Words: Environmental; Monitoring; GPRS; ZigBee; RS485; STM32F103R8

目录

摘要..............................................................................................I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2课题研究的背景 1

1.3课题的研究现状及意义 1

1.4本文所做的工作 2

1.5本文的结构 3

第二章 家庭环境监控系统的总体设计 4

2.1系统组成 4

2.2 ZigBee技术简介 4

2.3 GPRS技术介绍 5

2.4网关与传感器之间的通信协议 5

2.5网关与服务器之间的通信过程 6

2.6网关的功能要求 7

第三章 家庭环境监控网关的硬件设计 9

3.1家庭环境监控硬件总体设计 9

3.2硬件各个模块的简介 9

3.2.1开发工具介绍 10

3.2.2 MCU芯片介绍 10

3.3.3 GPRS模块 10

3.3.4 ZigBee模块 11

3.3.5 RS485模块 12

3.3.6 温湿度传感器 12

3.3.7有毒气体传感器 13

第四章家庭环境监控网关的软件设计 14

4.1网关总体软件流程图 14

4.2 ZigBee模块接收和发送数据程序设计 15

4.2.1开发平台及Z-Stack协议栈 15

4.2.2 Z-Stack协议栈应用层软件设计 16

4.2.3 DHT11温湿度传感器模块程序设计 17

4.3 RS485模块程序设计 18

4.4 GPRS模块透传程序设计 19

第五章软件测试 22

5.1 总体程序编写 22

5.2软件测试过程 23

第六章总结及展望 27

6.1总结 27

6.2展望 27

参考文献 28

致谢..............................................................30

第一章 绪论

1.1引言

科技的进步，让家庭环境内使用的电器产品越来越多，也就意味着家庭生活环境面临的情况也日益复杂，除此之外，还有因经济的飞速发展带来自然环境的恶化也在威胁着人类的生存。二十一世纪以来，物联网是每一个行业都不可避开的话题，无论医疗，军事还是更贴近大家生活的家居都需要物联网的帮助，才能构建一个更加和谐的环境。智能家居作为近年来物联网走进生活的一种重要举措，在我国的社会属性以及现状下，具有巨大的发掘空间。因此加强家庭环境的监测与治理，对保证身体的健康，提高生活质量十分重要，所以在这种情况下，本次设计拟开发一种可以实时监控家庭生活环境的家庭环境监控系统。

1.2课题研究的背景

随着科技的进步，文明的发展，经济的腾达，人类对于生存环境也有了更高的要求，而居住环境与每一个人都息息相关，它潜移默化地影响了每一个人的生活。人们越来越注重居住环境的安全和对身体健康的影响，智能家居能够使得人类的居住环境越来越安全和轻松，与此同时，本次设计也可以更好的控制环境的温湿度和是否存在有毒气体。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，本次设计拟开发一种家庭环境监控系统。科学发展至今，现代的技术足以支持远程控制家里的各个电器，定时开关空调，打开电饭煲，让扫地机器人扫地，即使一天都在办公室，也能井井有条地管理家里的一切，回到家里时能有适宜的环境让人居住，帮助人省时省力，达到一个最优状态，这就是智能家居的最终目的。

1.3课题的研究现状及意义

智能家居发展到现阶段，主要有以下几个功能：

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