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基于无线传感器网络的移动智能照明控制系统设计与实现

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.3 课题研究的目的及意义

1.4 主要研究内容及组织结构

第2章 移动智能照明控制系统总体架构设计

2.1 总体架构

2.2 硬件方案

2.3 软件方案

2.4 本章小结

第3章 SWSN网络设计

3.1 SWSN网络概述

3.2 物理层设计

3.3 网络层设计

3.4 应用层设计

3.5 SWSN网络与其他无线网络比较

3.6本章小结

第4章 移动智能照明控制系统实现

4.1 系统硬件实现

4.2 系统软件实现

4.3 本章小结

第5章 系统测试

5.1 节点测试

5.2 SWSN网络测试

5.3 手机联网测试

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目

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摘要

随着物联网技术的成熟、智能手机的普及,以及人们生活水平的提高,智能家居行业迎来了发展的春天。智能照明作为智能家居的重要组成部分,对它的研究和设计对推动整个智能家居的发展有着积极的作用。本文面向普通家庭用户,基于智能手机等移动终端和自主研发的无线传感器网络协议SWSN,设计了一套移动智能照明控制系统。通过这一套系统,用户可以通过智能手机等移动终端随时随地获取家庭内所有照明设备的工作状况,并对它们进行控制。本系统首先由智能网关通过家庭内的近距离无线网络收集各个智能开关的状态,然后智能网关把收集的信息通过2G/3G网络或因特网发送到用户手机上;用户也可以通过手机随时随地控制家里的照明设备。
  无线传感器网络是智能照明控制系统的重要组成部分,现有几种应用于无线传感器网络的无线网络标准(如:Bluetooth、ZigBee等近距离无线通信技术)因其“通用性强”的特点,在开发周期、功耗、成本、灵活性等方面有着局限性,本文针对智能照明的应用场合,设计了一种面向低成本、易开发、低功耗的小型无线传感器网络—SWSN网络。本文首先从协议栈框架、设备类型、拓扑结构以及帧格式四个方面对SWSN网络内容进行了概述,然后分别从物理层、网络层和应用层进行了设计,并与其他无线网络的技术参数进行了对比。结果表明,实现SWSW协议仅需要12K Bytes左右的存储空间。
  现有大部分无线智能照明控制系统的控制范围还没有突破空间上的限制,本文接下来对移动智能照明系统的硬件和软件实现进行了描述,从而解决其控制范围在空间上的问题。结合实际工作,本文着重介绍了系统软件部分的实现,包括中心节点、开关节点、网关、服务器和手机终端的软件实现。
  本文最后对以上所设计的网络和系统进行了测试验证,具体分为节点测试、SWSN网络测试和手机联网测试三个部分。根据这三个部分的测试结果,验证了本系统设计方案的可行性,使得用户只要其所处的位置有网络信号,都可以通过智能手机等移动终端来随时地掌握家中照明设备的工作状况,并对它们进行控制。

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