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摘 要：該文設(shè)計(jì)了針對家庭用戶的物聯(lián)網(wǎng)平臺。該物聯(lián)網(wǎng)平臺最大的特點(diǎn)是所有模塊間的交流都在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行，不依賴任何云服務(wù)平臺。采用Raspberry Pi作為主處理器以及服務(wù)器，單透鏡搭配通過HDMI接口連接Raspberry Pi的顯示屏組成智能鏡子，該鏡子可以顯示當(dāng)前時(shí)間、實(shí)時(shí)天氣以及天氣預(yù)報(bào)、熱點(diǎn)新聞等內(nèi)容。所有傳感器通過ESP8266芯片與Raspberry Pi無線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳與接收。用戶可以使用智能設(shè)備登陸物聯(lián)網(wǎng)平臺來查看Raspberry Pi硬件運(yùn)行情況以及各個(gè)傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且對傳感器進(jìn)行操作。所有界面都以Web形式顯示，不同系統(tǒng)的智能設(shè)備都可以通過瀏覽器對物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行操作。在通信協(xié)議上，采用了MQTT及WebSocket協(xié)議，適合低帶寬、不穩(wěn)定的家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 本設(shè)計(jì)相對于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)是小型化、自由化、低成本、低功耗。由于不依托于任何云服務(wù)平臺，只在局域網(wǎng)內(nèi)搭建小型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，一定程度上保證了系統(tǒng)的安全，同時(shí)用戶根據(jù)需要可以在平臺內(nèi)添加傳感器，采用廉價(jià)的DHT11傳感器便可以完成家庭溫濕度監(jiān)控的任務(wù)。實(shí)際測驗(yàn)表明，該物聯(lián)網(wǎng)平臺運(yùn)行總功耗約為5瓦。 該物聯(lián)網(wǎng)平臺可以實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)家庭的需求，布置方便，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，二次開發(fā)入門較低且維護(hù)方便，圖形化界面顯示更加直觀。
關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；Raspberry Pi；智能鏡子；MQTT；WebSocket；傳感器
目錄 摘要 Abstract 1 引言-1 1.1課題開發(fā)的背景和意義-1 1.2物聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀-1 1.3課題任務(wù)-2 2.系統(tǒng)分析和總體方案設(shè)計(jì)-4 2.1物聯(lián)網(wǎng)平臺總體設(shè)計(jì)-4 2.2設(shè)計(jì)總體方案論證-6 2.2.1處理器方案選擇-6 2.2.2無線通信方案選擇-7 2.2.3 智能鏡子和物聯(lián)網(wǎng)平臺編程方案-8 2.2.4 信息傳輸協(xié)議選擇-9 2.2.5 示例傳感器方案-10 3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)-11 3.1處理器硬件設(shè)計(jì)-11 3.1.1 Raspberry Pi型號選擇-11 3.1.2 Raspberry Pi供電方案-11 3.1.3 GPIO接口介紹-13 3.2 ESP8266模塊硬件-14 3.2.1 ESP8266的CPU、存儲-15 3.2.2 ESP8266的GPIO-16 3.2.3串行外設(shè)接口（SPI/HSPI）-16 3.2.4 射頻-17 3.2.5 低功耗管理-17 3.2.6 ESP8266集成模塊選擇-18 3.3 傳感器-20 3.3.1 溫濕度傳感器DHT11-20 3.3.2 人體感應(yīng)模塊HC-SR501-20 4.軟件設(shè)計(jì)-22 4.1 開發(fā)語言介紹-22 4.2 Raspberry Pi本地服務(wù)器搭建-22 4.3 智能鏡子程序設(shè)計(jì)-22 4.3.1 時(shí)間顯示程序-23 4.3.2 天氣獲取程序-24 4.3.3 新聞獲取程序-25 4.4 ESP8266模塊程序設(shè)計(jì)-25 4.4.1 ESP8266模塊連接Wi-Fi-25 4.4.2 ESP8266模塊讀取DHT11溫濕度-26 4.4.3 ESP8266模塊讀取HC-SR501模塊-27 4.5物聯(lián)網(wǎng)平臺程序設(shè)計(jì)-28 5.系統(tǒng)調(diào)試-32 5.1 智能鏡子頁面調(diào)試-32 5.2 ESP8266模塊調(diào)試-32 5.2.1 ESP8266固件燒寫調(diào)試-32 5.2.2 ESP8266上傳腳本調(diào)試-33 5.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺界面調(diào)試-34 6.總結(jié)與展望-35 參考文獻(xiàn)-37 致謝-39 附 錄-40 |
