0.1uF
图4.3 RS232串行通信接口电路
VCC_3.3_2V JP104 5 4 3 2 1
G
N
D
0.1uF
C14
USB
J
1
SHELL2
SHELL1
0.1uF
C15
V
G
B
N
D
D
U
D
+
-
S
5
4
3
2
1
0
V
C
C
G
N
D
6
5
4
3
2
0
1
CP2102
U15
G
D
D
V
V
REGIN
RST
N
+
-
D
B
D
D
U
S
/SUSPEND
传感器模块
主处理器
无线通信模块
家居设备
其他模块
网络 协调 器
传感器模块
主处理器
无线通信模块
家居设备
其他模块
*
软件架构设计
智 能 家 居 远 程 监 控 系 统 采用 浏 览 器 / 服 务 器 模 式 （ Browser/Server ， B/S ），是对 C/S 模式结构的一种改进 模式。运用这种系统架构模式，用户可以快捷、方便获取 家居设备数据和发送控制命令。B/S模式采用三层架构结构， 即整个智能家居远程监控系统划分为客户端、服务端、数 据访问层，通过远程Web浏览器获取用户的系统交互界面。
LOGO
智能家居远程监控系统 的研究与设计
答辩人：**** 专业：控制科学与工程 指导教师: ****教授
目录
1
2 3 4 5
研究背景 研究内容 系统架构设计
系统软件和硬件设计
总结
2
现状分析
成本高 标准不统一 可扩展性差
传统的智能家居 监控系统须根据 不同用户需求， 开发不同硬件和 软件，成本较高。
虽然目前市面上 存在很多关于智 能家居监控的解 决方案，但没有 一种通用、标准、 灵活、先进的远 程控制手段。
传统家具设备控 制系统配置和管 理复杂；资源不 能自组织和协同 工作；系统硬件、 软件升级和功能 扩展。
目录
1
2 3 4 5
研究背景 研究内容 系统架构设计
系统软件和硬件设计
总结
4
研究内容
A N T 4.3K SMA 6 5 G A N 1 D 1 8 1 C C p 0.3pF C 8 7 8 F 9 p F G G N N D D
*
16
家居设备控制软件实现
用户通过前端界面控制、监视智能家居设备 时，向智能家庭网关中的应用服务器发送对 智能家居设备的远程命令请求。
用户
智能 网关 无线 传感
22
创新点和亮点
可扩展性强：基于 Web 的智能家居远程监控平 台能轻易与诸如小区综合信息系统实现对接。 维护、升级简单：由于采用B/S的软件架构设计， 系统各模块互相分离，各部分升级、维护简单。 成本低：系统无需对不同操作系统中的客户端 程序进行专门的设计开发，只需通过浏览器对 远程的服务器端进行访问来实现需求任务，支 持各种智能手机、设备和个人电脑，降低系统 开发成本。
10
*
软件架构设计
显示用户界面、收集 用户触发事件
用户请求的传输通道
用户请求的业务逻辑 处理，向用户返回响 应结果 存储设备数据、系统 运行数据等
11
目录
1
2 3 4 5
研究背景与意义 研究内容 远程监控系统架构设计
系统软件和硬件设计
总结
12
*
硬件详细设计
主要包括接口电路、无 线通信电路和终端节点 电路三个部分:
O
U
T G G
2 N N
D D
1
C
u 1
F
1
R
0 2
KGN源自G DNRESET_N
1
C
D 0 2
1 n
C25 P P P R P P P P D D P
T
0
u X F C D
0
0
0
X 0 1 1 1 2
F
_
_
_
_
_
_
_
_
7
6
5
0
4
1
0
0
2
1
1
1
1
1
1
1
1
3
3
1
3
3
3
3
1
0 5 6 7 8 9 4 3 2 1
23
LOGO
智能家庭网关通过RS232串口，将接收到的 用户命令数据根据ZigBee通信协议经由无线 家庭内部网络发送至终端设备。
ZigBee终端节点接受到协调器的相关命令数 据包解析、发送至目标设备执行单元，并将 控制结果沿反向返回至用户界面。
*
家居设备控制程序
用户 应用服务器 数据服务器 串口管理 Zigbee协调器 家居终端节点
2
3
4
5
6
7
8
9
7
8
1
4
5
6
9
0
CC2530
U
RESET_N
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
DVDD_USB
USB_P
USB_M
DGND_USB
AVDD_DREG
D
1
0 V
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
7
6
5
4
3
2
1
0
7
6
5
4
3
2
1
0
2
1
0
D
D
AVDD5/AVDD_SOC
1
1
1
5
9 2 0 1
5
4
3
1
MAX3232CSE
U103
G
R2OUT
R1OUT
T2IN
T1IN
C2-
C2+
C1-
C1+
N
D
T2OUT
T1OUT
R2IN
R1IN
V
C
V
V
C
+
-
6
8
1
7
1
2
1
VCC_3.3_2V
C118
C121 3
4
6
232_RX
232_TX
C117
0.1uF
0.1uF
RS232串行端口电路
家庭内部 网络协调 器（主节 点）
无线通信 模块
无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 安全防护
无线通信电 路设计
火灾处理
……
……
传感器节点电路 和控制节点电路
热水器 音箱 家居设备控制
摄像机
……
13
C120
0.1uF
0.1uF
C119
RS232_RXD
RS232_TXD
1
智 能 三 表 查 抄 系 统
社 区 其 他 应 用 系 统
硬件架构设计
本文智能家居系统的设计方案主要包括四个部分：中央服务器、网络控制 器、传感器终端和控制终端。其中中央服务器作为远程监控系统的部署平台， 网络控制器是家庭内部网络的控制中心，而传感器终端和控制终端作为无线 网络的终端节点。
终端节点架构设计
SUSPEND
USB端口电路
D
R
T
C
R
DSR
D
C
X
X
USB接口在传输数据的时候提供 +5V的工作电压，因此 在无外接电源的情况下就可正常通讯。本文使用 USB接口作 为程序烧写电路和调试接口，选用CP2102芯片作为USB接口 电路的主要转换芯片，电路如下图所示：
图4.4 CP2102芯片电路图
R T T T D D D I S S R 1 1 1 1 1 1 1 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 R T X X D D
研究设计一种智能家居设备远程监控系统，可实现用户 通过不同智能终端对家居设备的远程监视、报警、控制 等功能。 系统须具有升级容易、维护成本低廉、客户端 操作方便、可扩展性好、可移植性强等特点，体现出智 能家居的方便性和实用性，以及广泛的应用前景。 研究提出智能家居设备监控系统相关软件和硬件设计思 路，在现有家居设备的基础上实现家居设备的智能化、 网络化，降低系统开发成本。
光强传感 器 湿度传感 器 温度传感 器 环境控制 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 环境监控 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块 无线通信 模块
多个服务器
RS232串口
RS232接口设计
无线通信 模块 红外传感 器 煤气传感 器 防盗控制
系统软件和硬件设计
总结
21
遇到的问题
本文初步实现了基于无线通信技术和Web服 务技术的智能家居监控系统，但功能过于单 一，缺少智能家居娱乐和智慧家庭医疗等新 型应用，需日后进行更深一步的研究。 在控制节点的设计问题上，由于各厂商的家 居设备缺乏统一、标准的通信接口，造成系 统应用范围相对狭窄，是智能家居系统研究 的难点和重点。