论文总字数：21321字

摘 要

随着时代和科技的发展，将信息技术应用到生活、生产中已经成为必然趋势。在家庭生活中，智能家庭网关作为构建家庭移动互联网的核心设备,在家庭建设中发挥着重要作用。

本文设计并实现了一种基于WIFI的智能家庭环境监控网关，该系统由智能网关、数据终端和上位机三个部分组成。网关和数据终端均采用基于32位ARM 内核、72MHz主控频率、64K FLASH、20K SRAM的STM32F103芯片。数据终端每时每刻都在收集室内数据，收集到的室内数据在单片机STM32中存储。网关节点搭载工作于433MHz的RF模块，该模块使用高速的SPI接口与MCU通信。网关节点之间基于ZigBee协议实现组网。每一个网关搭载不同的传感器，用于实时监控家庭环境，如温度、湿度和气体浓度等。数据终端监测的数据汇聚于智能网关。智能网关可以智能的处理数据，比如有害气体浓度过高可通过LED灯报警。智能网关也会将家庭环境数据封装成协议通过WIFI发送到远程管理平台上，从而实现远程监控环境。当然可以通过远程管理平台对网关和数据终端进行一些智能控制。

经过严谨的设计和测试，该系统表现稳定且符合预期要求。智能网关能快速的实现组网，准确的监测家庭环境；智能网关和数据终端之间实现无码通信；数据终端与远程管理平台能进行可靠的交互数据。

关键词：ZigBee技术 WIFI技术 智能家庭网关

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

Abstract

With the development of the times and technology, the application of information technology to life and production has become an inevitable trend. In the family life, intelligent home gateway as a home mobile Internet to build the core equipment in the family building plays an important role.

This paper designs and implements a WIFI intelligent home environment monitoring gateway, which consists of intelligent gateway, data terminal and host computer. Gateway and data terminals are based on 32-bit ARM core, 72MHz master frequency, 64K FLASH, 20K SRAM STM32F103 chip. The data terminal collects indoor data at all times and the collected indoor data is stored in the STM32. The gateway node is equipped with an RF module operating at 433MHz, which communicates with the MCU using a high-speed SPI interface. Gateway between nodes based on ZigBee protocol. Each gateway is equipped with a different sensor for real-time monitoring of the home environment, such as temperature, humidity and gas concentration. The intelligent gateway by the data monitored is aggregated into the data terminal. Intelligent gateway can process data intelligently, such as excessive concentrations of harmful gases can be alarmed by LED lights. The data terminal will also encapsulate the home environment data into the protocol through the WIFI sent to the remote management platform, in order to achieve remote monitoring environment. Of course, through the remote management platform can make some intelligent control for the gateway and data terminals.

After rigorous design and testing, the system is stable and meets the expected requirements. Intelligent gateway can quickly realize the networking, accurate monitoring of the family environment; intelligent gateway and data terminal between the realization of non-code communication; data terminal and remote management platform can be reliable interactive data.

Key Words：ZigBee technology; WIFI technology; Smart home gateway

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究背景 1

1.3 课题的国内外研究现状和意义 2

1.3.1 课题的国内外研究现状 2

1.3.2 课题的研究意义 4

1.4 本课题所做的工作 4

1.5 本文的结构 4

第二章 智能家庭环境监控网关的总体设计 6

2.1 智能家庭环境监控系统组成 6

2.2 网关的整体要求 6

2.3 硬件总体设计方案 7

2.3.1 传输技术选择 7

2.3.2 本地组网技术选择ZigBee通信技术 8

2.4 基于WIFI的智能家庭环境监控系统的通信过程 9

第三章 智能家庭环境监控网关的硬件设计 10

3.1 智能家庭环境监控网关的硬件总体设计 10

3.2 监控系统各个模块的原理图设计 11

3.2.1 总原理图设计 11

3.2.2 最小系统设计 11

3.2.3 电源模块设计 14

3.2.4 WIFI模块设计 15

3.2.5 CC1101模块设计 16

3.2.6 数据采集 18

3.3 PCB设计 19

第四章 智能家庭环境监控网关的硬件测试 23

4.1 电路板的基础检测 23

4.1.1 通电前检测 23

4.1.2 通电检测 23

4.2 各个模块的硬件测试 24

4.2.1 最小系统测试 24

4.2.2 CC1101模块接收和发送数据测试 25

4.2.3 WIFI模块透传模式测试 26

4.2.4 传感器模块测试 26

第五章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 29

致谢 31

附录一 系统总原理图 32

第一章 绪论

1.1 引言

大千世界日新月异，近年来，在经济的带动下，网络通信技术正以十分惊人的速度发展，各类智能设备也得到了广泛的应用，人们的生活水平也随之不断的提高。这种现象不但改变了人们的生活生产方式，而且改变了人们的生活态度和一些看法 ^[1]。快节拍的生活方式使人们对生存环境有了更高的要求，现在居住的环境、气候等都是人们关注的焦点，拥有一个健康、舒适的生活环境是人们毕生的追求。在室内学习、工作和生活是城市居民每天都要做的事情，所以，一个良好的家庭环境对人们的健康非常重要。随着这些年出现的急性传染性非典型肺炎、猪流感及超级细菌问题，人们越来越意识到拥有一个优良环境的重要性。为了给人们提供一个舒适安全的生活环境，在室内放置一些可实时检测室内环境质量的传感器是非常重要的。

1.2 课题研究背景

随着无线通信技术的发展，在不同领域中智能化、网络化的管理平台迅速崛起。

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