家用物联网平台设计.doc

摘  要：该文设计了针对家庭用户的物联网平台。该物联网平台最大的特点是所有模块间的交流都在局域网内进行，不依赖任何云服务平台。采用Raspberry Pi作为主处理器以及服务器，单透镜搭配通过HDMI接口连接Raspberry Pi的显示屏组成智能镜子，该镜子可以显示当前时间、实时天气以及天气预报、热点新闻等内容。所有传感器通过ESP8266芯片与Raspberry Pi无线连接进行数据的上传与接收。用户可以使用智能设备登陆物联网平台来查看Raspberry Pi硬件运行情况以及各个传感器发送的数据，并且对传感器进行操作。所有界面都以Web形式显示，不同系统的智能设备都可以通过浏览器对物联网平台进行操作。在通信协议上，采用了MQTT及WebSocket协议，适合低带宽、不稳定的家庭网络环境。

本设计相对于传统的物联网系统，最大的特点是小型化、自由化、低成本、低功耗。由于不依托于任何云服务平台，只在局域网内搭建小型的物联网系统，一定程度上保证了系统的安全，同时用户根据需要可以在平台内添加传感器，采用廉价的DHT11传感器便可以完成家庭温湿度监控的任务。实际测验表明，该物联网平台运行总功耗约为5瓦。

该物联网平台可以实现绝大多数家庭的需求，布置方便，系统可靠性强，二次开发入门较低且维护方便，图形化界面显示更加直观。

关键字：物联网；Raspberry Pi；智能镜子；MQTT；WebSocket；传感器

目录

摘要

Abstract

1 引言-1

1.1课题开发的背景和意义-1

1.2物联网的研究现状-1

1.3课题任务-2

2.系统分析和总体方案设计-4

2.1物联网平台总体设计-4

2.2设计总体方案论证-6

2.2.1处理器方案选择-6

2.2.2无线通信方案选择-7

2.2.3 智能镜子和物联网平台编程方案-8

2.2.4 信息传输协议选择-9

2.2.5 示例传感器方案-10

3.系统硬件电路设计-11

3.1处理器硬件设计-11

3.1.1 Raspberry Pi型号选择-11

3.1.2 Raspberry Pi供电方案-11

3.1.3 GPIO接口介绍-13

3.2 ESP8266模块硬件-14

3.2.1 ESP8266的CPU、存储-15

3.2.2 ESP8266的GPIO-16

3.2.3串行外设接口（SPI/HSPI）-16

3.2.4 射频-17

3.2.5 低功耗管理-17

3.2.6 ESP8266集成模块选择-18

3.3 传感器-20

3.3.1 温湿度传感器DHT11-20

3.3.2 人体感应模块HC-SR501-20

4.软件设计-22

4.1 开发语言介绍-22

4.2 Raspberry Pi本地服务器搭建-22

4.3 智能镜子程序设计-22

4.3.1 时间显示程序-23

4.3.2 天气获取程序-24

4.3.3 新闻获取程序-25

4.4 ESP8266模块程序设计-25

4.4.1 ESP8266模块连接Wi-Fi-25

4.4.2 ESP8266模块读取DHT11温湿度-26

4.4.3 ESP8266模块读取HC-SR501模块-27

4.5物联网平台程序设计-28

5.系统调试-32

5.1 智能镜子页面调试-32

5.2 ESP8266模块调试-32

5.2.1 ESP8266固件烧写调试-32

5.2.2 ESP8266上传脚本调试-33

5.3 物联网平台界面调试-34

6.总结与展望-35

参考文献-37

致谢-39

附 录-40