智能家庭网关系统设计方案研究(附件)【字数：12039】
摘 要智能家居系统是采用网络通信技术，综合布线技术，自动控制技术等实现的家庭网络系统，具有家庭自动化、网络化和信息化的特征，如今已经逐渐成为了物联网领域广泛关注的焦点。针对智能家居系统中设备间通信的不便，本文对系统中的核心设备一家庭网关进行研究，给出了一种嵌入式 Linux的家庭网关设计方案。主要研究工作如下:根据家庭网关技术需求，嵌入式系统的结构和特点提出一个基于嵌入式Linux的家庭网关设计方案。硬件方面选取MPC850微处理器，软件方面采用嵌入式Linux内核作为软件系统的主体。建立基于网络文件系统的交叉开发调试环境，采用ActiveX控件和网页的应用模式设计本系统，同时加入了异步调用的设计以便远程调用节省时间。最后在openHAB的技术支持下，在树莓派硬件设备上构建家庭网关。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景与研究意义 1
1.2智能家居与家庭网关的概述 2
1.3家庭网关国内外相关研究现状 4
1.4论文工作目标及组织结构 5
第二章 系统设计需求及相关技术 6
2.1家庭网关技术需求分析 6
2.2嵌入式系统的结构和特点 6
第三章 系统设计方案 8
3.1 系统总体架构设计 8
3.2 系统硬件结构 9
3.3 系统软件结构 9
3.4 系统开发模式 10
3.5 系统应用模式 11
3.6 家庭网关系统的实现 12
第四章 总结与展望 14
4.1 总结 14
4.2 未来展望 14
致 谢 15
参考文献 16
第一章 绪论
1.1选题背景与研究意义
随着信息技术的飞速发展，互联网、移动网络和嵌入式智能设备越来越普及，为物联网的发展奠定了良好的基础。物联网具有广泛的洞察能力，可靠的传输，智能的处理等特征，促进业务管理高效的融合在一起是现在物联网的发展目标。同时利用计算机技术、网络通信技术及自动控制技术将传统家电设备改进设计，开发出一种全新的具有自动检测、自动调节、自动检测及通信功能的智能家电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，已经渐渐的受到人们的广泛关注，人们开始对家庭居住环境提出了新的要求，越来越追求生活的便捷与智能，追求家庭居住环境安全、便捷、舒适，这些新的要求就需要将家庭网络，家庭功能和家电设备巧妙的结合起来。
智能家居在近些年正在得到迅速的发展，在研究领域也取得了一些成果，如家庭智能防盗、远程控制、家庭影院、视频会议和智能照明控制系统等。但是至今智能家居系统的往往都是以有线通信方式为主(如网线、同轴电缆、光纤等)。虽然有线通信方式具有一定的优点，比如传输速率和质量高、信号不易受干扰和截获、保密性较好等，但也存在如布线麻烦、线路繁琐、耗时费力、成本较高等问题，所以不宜使用；随着无线技术，如：蓝牙，WLAN，ZigBee的发展，无线技术逐步应用到智能家电中，与有线方式相比，无线方式布线成本低，在稳定性、节能水平和后续扩展等方面都有着很大的优势，釆用无线传感器网和无线控制器的智能家电系统已经引起了人们的广泛关注。
随着我国信息技术通信方面的快速的发展，许多无线通信技术出现在人们的日常生活中，它们带给现在快节奏生活下的人们很多方便和享受，又因为成本不高，方便使用而被广泛使用，这给了智能家居新的选择。两种网络通信技术的共存，让用户有了更多的选择和便捷，但是同时也带来了很大麻烦——由于在家庭中传输介质的不同（如有线，无线），通信标准协议及规范繁多不统一（如HaVi，UPnP，HomeAPI等）。不同通信接口的家电设备在相互连接，操作等方面变得很麻烦，它们之间不能够直接进行业务的交互，因此在使用这些设备进行数据通信时变得很不方便。所以，我们需要一个能够兼容各种设备协议的接口技术，从而使这些设备能够更方便的进行数据通信，同时还要提供一个供家庭成员使用的简单便捷的操作界面，以此来实现家庭网络方便的互联互通。
家庭网关是家庭不同通信网络互联的桥梁，构建异构家庭网络可以方便统一的管理家电设备，远程控制和监控家电，还能随时随地了解家庭住宅的信息和家电设备工作状态，让家庭用户享受安全舒适便捷的家庭环境。目前我国智能家居产业还处于起步阶段，因为行业标准不统一，智能家庭设备昂贵，家居系统操作复杂等问题导致了智能家居并没有广泛的应用到住宅群众当中。
然而，21世纪以来，随着我国经济的不断发展，越来越多的家庭已经进入了小康水平，而这也导致人们对家庭生活得要求越来越高，智能家居也慢慢进入了人们的视线。如今家庭网络和通信技术随着其发展也变得也来越复杂，这就要求我们能尽快完善家庭网关的功能以及实现多协议的转化。研究一种具有低成本、低功耗、多功能的家庭网关有着重要的理论和现实意义，它不仅能够带来巨大的经济效益，还能促进智能家居系统的发展，从而使其能广泛应用到人们的家庭生活中；同时智能家居也能节省人们的时间精力并且在保障家庭安全方面也起到了重要作用，也因为拥有家电监测与控制系统、智能照明控制系统等，让用户能够更好的实时管理家电设备，减少家电设备所造成的花费，也降低了家庭的能耗，对于实现低碳环保绿色生活也起到了重要的作用，再者，也能在一定程度上缓解我国的能源危机。
1.2智能家居与家庭网关的概述
智能家居以住宅为平台，利用计算机技术，综合布线技术，网络通讯技术，自动控制技术等，并且加入用户个人的需求，将家居生活相关设施综合管理起来，建立高效住宅设施和家事务安排的管理系统，这便是智能家居系统。智能家居系统是一个高效的家庭住宅与家庭日常事务的管理应用系统。它能够自动监控和管理家电设备，监控家庭环境情况，在发现危险时会进行报警反馈，因此能够营造一个安全舒适便捷的家庭环境。它能够让用户远程监控和管理家电设备，从而营造安全高效的家庭环境。其中，传感器通常用于采集家庭环境中各个设备的状态信息;家用电器包括热水器，空调，冰箱等;电子设备包括电视，笔记本电脑，平板等;电气设备包括电热水壶，电灯，插座等。通信网络，又称为家庭局域网( Home Area Network，简称HAN)，由各种设备组件组成，能够实现资源信息的共享和协调。通过它，无论何时何地，家庭用户都能远程访问或者操作这些设备和组件。一般说来，智能家居可以是各种形式的住宅，而这些住宅必须具备以下几个特点:
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景与研究意义 1
1.2智能家居与家庭网关的概述 2
1.3家庭网关国内外相关研究现状 4
1.4论文工作目标及组织结构 5
第二章 系统设计需求及相关技术 6
2.1家庭网关技术需求分析 6
2.2嵌入式系统的结构和特点 6
第三章 系统设计方案 8
3.1 系统总体架构设计 8
3.2 系统硬件结构 9
3.3 系统软件结构 9
3.4 系统开发模式 10
3.5 系统应用模式 11
3.6 家庭网关系统的实现 12
第四章 总结与展望 14
4.1 总结 14
4.2 未来展望 14
致 谢 15
参考文献 16
第一章 绪论
1.1选题背景与研究意义
随着信息技术的飞速发展，互联网、移动网络和嵌入式智能设备越来越普及，为物联网的发展奠定了良好的基础。物联网具有广泛的洞察能力，可靠的传输，智能的处理等特征，促进业务管理高效的融合在一起是现在物联网的发展目标。同时利用计算机技术、网络通信技术及自动控制技术将传统家电设备改进设计，开发出一种全新的具有自动检测、自动调节、自动检测及通信功能的智能家电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，已经渐渐的受到人们的广泛关注，人们开始对家庭居住环境提出了新的要求，越来越追求生活的便捷与智能，追求家庭居住环境安全、便捷、舒适，这些新的要求就需要将家庭网络，家庭功能和家电设备巧妙的结合起来。
智能家居在近些年正在得到迅速的发展，在研究领域也取得了一些成果，如家庭智能防盗、远程控制、家庭影院、视频会议和智能照明控制系统等。但是至今智能家居系统的往往都是以有线通信方式为主(如网线、同轴电缆、光纤等)。虽然有线通信方式具有一定的优点，比如传输速率和质量高、信号不易受干扰和截获、保密性较好等，但也存在如布线麻烦、线路繁琐、耗时费力、成本较高等问题，所以不宜使用；随着无线技术，如：蓝牙，WLAN，ZigBee的发展，无线技术逐步应用到智能家电中，与有线方式相比，无线方式布线成本低，在稳定性、节能水平和后续扩展等方面都有着很大的优势，釆用无线传感器网和无线控制器的智能家电系统已经引起了人们的广泛关注。
随着我国信息技术通信方面的快速的发展，许多无线通信技术出现在人们的日常生活中，它们带给现在快节奏生活下的人们很多方便和享受，又因为成本不高，方便使用而被广泛使用，这给了智能家居新的选择。两种网络通信技术的共存，让用户有了更多的选择和便捷，但是同时也带来了很大麻烦——由于在家庭中传输介质的不同（如有线，无线），通信标准协议及规范繁多不统一（如HaVi，UPnP，HomeAPI等）。不同通信接口的家电设备在相互连接，操作等方面变得很麻烦，它们之间不能够直接进行业务的交互，因此在使用这些设备进行数据通信时变得很不方便。所以，我们需要一个能够兼容各种设备协议的接口技术，从而使这些设备能够更方便的进行数据通信，同时还要提供一个供家庭成员使用的简单便捷的操作界面，以此来实现家庭网络方便的互联互通。
家庭网关是家庭不同通信网络互联的桥梁，构建异构家庭网络可以方便统一的管理家电设备，远程控制和监控家电，还能随时随地了解家庭住宅的信息和家电设备工作状态，让家庭用户享受安全舒适便捷的家庭环境。目前我国智能家居产业还处于起步阶段，因为行业标准不统一，智能家庭设备昂贵，家居系统操作复杂等问题导致了智能家居并没有广泛的应用到住宅群众当中。
然而，21世纪以来，随着我国经济的不断发展，越来越多的家庭已经进入了小康水平，而这也导致人们对家庭生活得要求越来越高，智能家居也慢慢进入了人们的视线。如今家庭网络和通信技术随着其发展也变得也来越复杂，这就要求我们能尽快完善家庭网关的功能以及实现多协议的转化。研究一种具有低成本、低功耗、多功能的家庭网关有着重要的理论和现实意义，它不仅能够带来巨大的经济效益，还能促进智能家居系统的发展，从而使其能广泛应用到人们的家庭生活中；同时智能家居也能节省人们的时间精力并且在保障家庭安全方面也起到了重要作用，也因为拥有家电监测与控制系统、智能照明控制系统等，让用户能够更好的实时管理家电设备，减少家电设备所造成的花费，也降低了家庭的能耗，对于实现低碳环保绿色生活也起到了重要的作用，再者，也能在一定程度上缓解我国的能源危机。
1.2智能家居与家庭网关的概述
智能家居以住宅为平台，利用计算机技术，综合布线技术，网络通讯技术，自动控制技术等，并且加入用户个人的需求，将家居生活相关设施综合管理起来，建立高效住宅设施和家事务安排的管理系统，这便是智能家居系统。智能家居系统是一个高效的家庭住宅与家庭日常事务的管理应用系统。它能够自动监控和管理家电设备，监控家庭环境情况，在发现危险时会进行报警反馈，因此能够营造一个安全舒适便捷的家庭环境。它能够让用户远程监控和管理家电设备，从而营造安全高效的家庭环境。其中，传感器通常用于采集家庭环境中各个设备的状态信息;家用电器包括热水器，空调，冰箱等;电子设备包括电视，笔记本电脑，平板等;电气设备包括电热水壶，电灯，插座等。通信网络，又称为家庭局域网( Home Area Network，简称HAN)，由各种设备组件组成，能够实现资源信息的共享和协调。通过它，无论何时何地，家庭用户都能远程访问或者操作这些设备和组件。一般说来，智能家居可以是各种形式的住宅，而这些住宅必须具备以下几个特点:
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