無線傳感器在智能家居上應用設計的探討論文

　　科學技術發(fā)展帶動了無線傳感器的快速發(fā)展，使其實現(xiàn)了在微小體積內(nèi)完成信號收集、處理和輸出等多種功能。無線傳感器在智能科技家居上的應用主要是通過節(jié)點在一定區(qū)域內(nèi)形成一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成對各種信息的收集、處理，并將其發(fā)送給觀察者。

　　1 無線傳感器在智能家居中應用的重要性

　　科技時代的來臨，人們的生活質(zhì)量得到了更大程度的提高。現(xiàn)在家居生活逐漸向智能化發(fā)展，各種系統(tǒng)的智能化使生活更加輕松、有序、高效，智能化家居逐漸成為科技時代背景下的必然趨勢。但是，在發(fā)展的過程中要正視，因為我國家居智能化起步比較晚，與國外發(fā)達國家相比還存在很多不足，逐漸凸顯出一些問題。例如智能家居組網(wǎng)方式的選擇難，傳統(tǒng)的先組網(wǎng)方式已經(jīng)不能適應社會發(fā)展的需求，而傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)方式造價比相對較高，更不易選擇。或者是整個系統(tǒng)因為節(jié)點、標準以及接口等問題運行不穩(wěn)定。只有解決這些存在的問題，才能更好地實現(xiàn)智能家居的建設，才可進一步為人們提供更高質(zhì)量的服務。而無線傳感器在智能家居上的應用剛好滿足這一要求，以無線傳感器存在的優(yōu)點來彌補傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)的不足，使得智能家居真正實現(xiàn)“智能”，將各種子系統(tǒng)聯(lián)系在一起，實現(xiàn)信息共享。無線傳感器在智能家居中的應用，主要是通過設置在區(qū)域環(huán)境中多個傳感器組節(jié)點形成一個無線多跳自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)家居中安保系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)以及網(wǎng)絡應用系統(tǒng)等有效的整合，保證觀察者可以實現(xiàn)實時監(jiān)控。

　　2 無線傳感器在智能家居上應用的難點

　　無線傳感器在智能家居中的應用在一定程度上已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡范圍。因為在智能家居中的應用中，節(jié)點的組成已發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不再是與傳統(tǒng)系統(tǒng)中相同節(jié)點的組成，而是將功能單一與獨立工作的節(jié)點聯(lián)系起來，由傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�異構的系統(tǒng)。同時，因為在智能家居中某些家電設備或者是辦公產(chǎn)品不是靜止不動的，這就使系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點具有了移動性。網(wǎng)絡系統(tǒng)由傳統(tǒng)的靜止轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)，同時拓撲結構也可能會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這就要求整個無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)具有更強的適應性，保證本身具有動態(tài)系統(tǒng)的可塑性。針對無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中節(jié)點的異構性和動態(tài)性，其在智能家居中的應用難點主要就是對動態(tài)節(jié)點的控制。另外還有就是在工程應用上存在的問題，也就是將來自不同廠家的家電以及傳感器執(zhí)行器進行有效互聯(lián)，進行統(tǒng)一管理。家電設備生產(chǎn)規(guī)律決定了各種電器設備來源的多樣性。對于電器設備的生產(chǎn)，各個廠家是各有所長，因此消費者在進行選購時一般都是根據(jù)質(zhì)量而不是根據(jù)生產(chǎn)廠商進行確定，造成了各個電器設備節(jié)點的不同，為如何將不同廠家不同類型設備互聯(lián)提出了更高的要求，此問題已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡在智能家居上應用的難點。

　　3 無線傳感器在智能家居上應用設計

　　3.1 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點硬件設計

　　無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點硬件設計主要包括傳感器單元設計、處理器單元設計、無線通信單元設計以及能量供應單元設計四部分。本文主要以溫度傳感器為例進行設計，傳感節(jié)點主要包括電源(電池組)人體紅外傳感器、溫度傳感器(18B20)、接口、單片機(MSP430F1232A)、無線收發(fā)芯片(NRF905)。

　　(1)傳感器單元設計。在此傳感器節(jié)點的選擇只有溫度傳感器和人體紅外傳感器兩個節(jié)點，其中溫度傳感器選擇的是DS18B20，具備體積小、電路簡單、成本低以及精度高等特點，內(nèi)置集成測溫傳感器和邏輯控制電路。人體紅外傳感器節(jié)點的設置主要是用來對家居環(huán)境內(nèi)人物是否存在進行檢測，其原理是根據(jù)溫度高于絕對溫度-273℃的任何物體都會具有紅外光譜，并根據(jù)光譜長度對區(qū)域環(huán)境內(nèi)的紅外波長進行確定。如果環(huán)境內(nèi)有人物存在就會將自身存在的紅外線通過濾光片加強后作用到紅外感應器上，紅外感應器電荷平衡被打破，向電路釋放電荷，經(jīng)系統(tǒng)處理后就會引發(fā)報警系統(tǒng)。

　　(2)處理器單元設計。處理器單元選擇的是單片機MSP430F1232A，具有應用方便、時間長等超低功耗的優(yōu)點。并且具有豐富的尋址方式以及大量的模擬指令，具有較強的處理功能，所以在控制單元選擇這種單片機比較具有優(yōu)勢。另外的外圍電路主要由復位電路、晶振電路、電量監(jiān)視電路以及編程接口組成，整個工作系統(tǒng)比較穩(wěn)定。

　　(3)無線通信單元設計。無線通信設備選擇的主要是無線收發(fā)芯片NRF905，

　　具有低消耗的特點。整個單元主要是由調(diào)節(jié)器、功率放大器、晶體振蕩器、自帶調(diào)節(jié)器的接收器以及完全集成的頻率調(diào)制器組成。另外，在沒有碰撞控制或者是有噪聲的區(qū)域環(huán)境中，數(shù)據(jù)包的重復發(fā)送是提升系統(tǒng)可靠性的一種有效方式，無線收發(fā)芯片NRF905在這一方面具有很大的優(yōu)勢，實施比較方便。

　　(4)能量供應單元設計。能量供應單元主要是由電池組和電量剩余監(jiān)視電路組成，其中電池組可以選取節(jié)號電池來組成，監(jiān)視電路主要構成為MAX836。能量供應單元設計相對簡單，但是也最為重要，沒有電源一切皆為空談，因此要加強對此單元設計的重視。

　　3.2 通信協(xié)議設計

　　這里講的通信協(xié)議主要是路由協(xié)議，根據(jù)現(xiàn)在無線路由器自組網(wǎng)中的平面路由協(xié)議可以分為按需路由協(xié)議和主動路由協(xié)議兩種。

　　(1)按需路由協(xié)議。按需路由協(xié)議認為在無線傳感器自組網(wǎng)中沒有必要去維護其他節(jié)點的路由，只有在沒有與目的路由進行連接的時候才會“按需” 發(fā)現(xiàn)路由。其優(yōu)點是在對信息傳播時不需要周期性的路由，節(jié)省了大量的網(wǎng)絡資源。缺點是節(jié)點數(shù)據(jù)包發(fā)送時，沒有目的節(jié)點路由，會發(fā)生延時。按需路由協(xié)議一般主要包括發(fā)現(xiàn)和維護兩個過程，在源節(jié)點發(fā)現(xiàn)存在路由節(jié)點沒有去往目的節(jié)點時，就會引發(fā)路由發(fā)現(xiàn)過程。而路由維護過程只有通過鏈路失效檢測機制才能進行觸發(fā)。現(xiàn)在經(jīng)常用的按需路由協(xié)議主要有DSR協(xié)議和AODV協(xié)議。

　　(2)主動路由協(xié)議。區(qū)別于按需路由協(xié)議，主動路由協(xié)議是主動去尋找路由，認為無線傳感器自組網(wǎng)節(jié)點應該對網(wǎng)絡中所有節(jié)點進行維護。與按需路由協(xié)議相比其具有一定的優(yōu)點，在節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，如果存在目的節(jié)點，其中延時概率

　　會大幅度降低。但是同時也具有缺點，主動路由協(xié)議網(wǎng)絡開銷比較大，同時原有路由更新會因為拓撲結構的動態(tài)變化很快變成過時信息。現(xiàn)在常用的主動路由協(xié)議主要有DSDV協(xié)議和WRP協(xié)議。

　　3.3 智能家居網(wǎng)絡拓撲結構設計

　　無線傳感器網(wǎng)絡在智能家居上的應用，實現(xiàn)的前提就是要選擇建立一個科學合理的拓撲結構。一個合理的網(wǎng)絡拓撲結構可以提升家居網(wǎng)絡的速度，將其具有的優(yōu)點進行擴大，使網(wǎng)絡具有的整體功能更完美地發(fā)揮出來。現(xiàn)在智能家居網(wǎng)絡拓撲結構一般采用的都是星狀網(wǎng)絡。具有的特點是網(wǎng)絡結構簡單，連接方便，更重要的是管理時效性高。無線傳感器在智能家居上的應用，通過多個節(jié)點形成自足網(wǎng)絡，其中智能家居網(wǎng)絡控制主要分為家用電器開關控制和安防、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸兩種。與現(xiàn)在智能家居發(fā)展相結合，設計出以控制計算機為中心的星狀網(wǎng)絡拓撲圖，更簡單實用。

【無線傳感器在智能家居上應用設計的探討論文】相關文章：

智能家居論文07-29

計算機應用基礎網(wǎng)絡考試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)探討論文03-15

智能家居論文(通用)07-20

人力資源部KPI設計探討（上）07-12

計算機應用畢業(yè)設計論文03-03

信息技術在服裝設計中的應用論文03-22

傳統(tǒng)文化在現(xiàn)代藝術設計中的應用論文04-26

比應用教學設計04-04

比應用教學設計05-08

《比的應用》教學設計02-07