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产品属性

VS-ZNT01型物联网智能家居应用实训体验平台

一、系统简介
VS-ZNT01型 物联网智能家居应用实训体验平台是针对高等院校物联网工程应用的需求，综合运用智能传感器、智能控制器、无线传感器网络、嵌入式中间件、移动通信、软件工程等物联网技术以及多学科技术的交叉融合，提出的面向实际生活的智能家居整体解决方案。
智能家居物联网实训体验平台分为大门、玄关、客厅/餐厅、厨房、卧室几个区域，采用现代家居装修风格，将智能设备直接融入设计中，依托部署在居室内的各种传感器节点、设备控制节点、智能网关、以及智能终端，实现家居生活环境的智能安全监测、智能安防监测、智能报警、智能情景控制、智能设备控制、远程视频监控等功能，覆盖了家庭安全类、家庭安防类、宜居生活类，为用户打造一个安全、舒适、智能化的家居生活体验馆。用户通过家居生活设施的联动，感受到物联网技术给日常生活带来的便利，激发了用户对物联网学习的兴趣。
二、系统构成
充分利用各种传感器测量家居环境参数，结合嵌入式数据库存储技术将历史数据统一保存管理；利用无线传感器网络统一管理各个节点；利用自动控制理论和反馈控制理论实现智能控制与无人值守；利用嵌入式 Linux 系统实现智能网关；利用 Android 系统实现智能终端；利用 Web 服务器实现网络化智能家居监控终端，促使学生了解各种物联网技术在智能家居现实环境的应用。
1、系统外观

2、系统拓扑

三、硬件资源
1、硬件组成
智能家居生活馆主要由感知设备、安防设备、控制设备、监控设备、家庭网关、智能终端、家居装修材料等组成。
（1）感知设备：主要由传感器调理板、ZigBee 通信模块以及接口底板组成，涉及家庭安全类、宜居生活类、家庭安防类的所有传感节点。系统传感器支持 315、433、ZigBee 三种频段，由 ZigBee 网络统一管理所有传感节点。具体包括空气温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、火焰探测器、燃气探测传感器、烟雾探测器、火焰探测器、以及人体红外探测器等，可根据客户需求定制不同类型的传感器节点。
（2）安防设备：由 RFID 远距离身份识别装置、反馈电子锁，指纹识别系统、门/窗磁探测器组成，涉及家庭安防类的所有设备，实现射频识别与指纹识别双重权限解锁功能，以及实现非法入侵检测功能。
（3）控制设备：主要由执行设备、ZigBee 通信模块以及接口底板组成，涉及宜居生活类的所有控制节点。因被控对象不同，主要分为交流供电型控制设备、红外控制设备。交流供电型控制设备，主要包括控制器和交流电器，控制器封装在标准的 86 盒内，交流电器只需插入 86 盒的两相或三相插座内即可实现电器的开关控制，如照明灯、吊灯、警笛、窗帘、电视、音响、空调等。红外控制设备主要是学习遥控器的编码，用一个红外控制设备代替多个遥控器，如电视、空调、音响等。
（4）监控设备：它是一种视频服务器，具有 IP 地址和 MAC 地址，支持以太网、WiFi 两种网络接入方式，用于网络视频监控。
（5）家庭网关：安装在玄关处，主要由 Cortex-A8 嵌入式主板组成，封装在模具内，是整个智能家居生活馆的控制中心。家庭网关集成 ZigBee 协调器、WiFi 通信模块、以及 GPRS/3G 模块。家居环境中所有传感器、控制设备、智能家电等均可通过 ZigBee 技术或 WiFi 无线通信技术连接到家庭网关。家庭网关即可通过以太网、WiFi 模块实现互联网的接入，也可通过 GPRS、3G 模块实现移动互联网的接入，为用户远程监控家居环境提供支持。同时系统支持短信收发、接打电话，可实现火情、水情、燃气泄漏、烟雾超标、非法入侵的短信报警、电话报警等功能。
（6）智能终端：Android 平板电脑，运行智能家居监控软件，实现家居环境监测、设备远程控制、以及视频监控等功能。
（7）家居装修材料：采用现代居室装修风格，将智能设备直接融入装修中，按照家庭装修方式铺设电源线路、玄关处安装总开关，分出大门、玄关、客厅、卧室、厨房等区域，放置沙发、电视柜、橱柜、木桌、茶几、花圃等辅助设备。
2、硬件配置
（1）主要硬件的技术参数

名称与类型	技术参数
家庭网关	（1）处理器：采用 ARM Cortex-A8 架构的三星 S5PV210 芯片作为主处理器，其运行主频可高达 1GHz。S5PV210 包含很多强大的硬件编解码功能，内建 MFC(MultiFormat Codec)，支持 MPEG-1/2/4，H.263，H.264 等格式的视频编解码，支持模拟/数字 TV 输出。JPEG 硬件编解码，支持 8000x8000 分辨率，集成了 PowerVR SGX540 高性能图形引擎，支持 2D/3D 图形加速，能够支持OpenGL2.0 等 PC 级别显示技术。具备 IVA3 硬件，具备出色的图形解码性能，可流畅播放和录制 30 帧/秒的 1920×1080 像素（即 1080P）的大尺寸高清视频。同时，内建的 HDMIv1.3，可以将高清视频输出到外部显示器上显示。（2）核心板资源：尺寸：6cmX6cmX2.8mm；采用 8 层盲埋设计，孔紧密连接；采用 S5PV210A ARM A8 高性能嵌入式处理器；主频高达 1GHz；512M Byte DDR2内存；512M Byte SLC Nand Flash；集成 DM9000AEP 100M 以太网控制器，稳定可靠传输；集成低功率 WM9713 音频编解码器，音质；集成 WM8310 智能电源管理芯片，节能功耗；集成系统时钟，HDMI 时钟，RTC 时钟，USB 时钟；通过 EMC 测试认证，追求稳定；除总线外引出 230 PIN 管脚。（3）底板资源： 7寸真彩液晶屏（AT070TN92），分辨率 800X480；带 7 寸多点电容触摸屏，支持电阻式触摸屏；支持 4.3 寸、7 寸多款液晶模块； 1路 VGA 接口，支持 800×600 分辨率； 1路显示输出到电视的复合视频输出接口 TVOUT； 1个 RJ45 以太网接口，带连接和传输指示灯； 1 个主 USB2.0 OTG 接口，支持 USB 2.0 协议，使用 mini-USB AB 接口；板载 1 路 HDMI 接口；板载 1 个 RS232 调试串口 UART2； 1路立体声 400mW 语音输出，可接耳机； 1路 MICIN 音频输入可接麦克； 1个高速 SD 卡座，可以实现 SD Memory 功能； 1路 mini-PCI 接口，可插入 SDIO 协议的 WIFI 模块； 2个 USB HOST 插口，支持 USB1.1 协议，使用双层 USB-A 母口；板载一个标准 JTAG 接口；1 个 CMOS 摄像头接口，支持 ITU-R BT601/656 8位模式；板载 1 个 MIC 咪头； 1个 8 位系统启动方式拨码开关；5 个 Android 专用键盘；板载 1 个 RTC 可充电锂电池； 1个复位按键，采用专用芯片复位，稳定可靠；引出总线接口，用于连接扩展模块；默认配置 ZigBee 无线通信模块，WiFi 模块等；选配 3G 移动网络通信模块、GPS 定位模块等。
ZigBee 无线通信模块	采用 TI CC2530 芯片，内置增强型 8 位 51 单片机和 RF 收发器；芯片内置温度传感器、串口、A/D 转换模块、SPI 接口和 I/O 等多种接口；具有片内128/256K 的可编程 Flash，8K 的 RAM；配置自主研发的 ZigBee 烧写器 CCDEBUGGER。默认采用 TI Z-Stack2007 协议栈；符合 IEEE802.15.4 标准规范，频段范围2.045G~2.484G；无线数据传输速率约为 20~250kbps，通信距离在 30~300米左右；支持在线调试烧写方式和第三方 SmartRF Flash 烧写方式；采用 IAR for EW8051 集成开发环境；同一个工程编译 ZigBee 网络所有节点程序，包括协调器、路由器和传感控制终端节点。支持 TI Z-Stack 2006 和 TinyOS 两种协议栈；支持多任务处理；支持星形、树型、网状三种网络拓扑结构；支持 Packet Sniffer 抓包分析仪；支持串口调试上位机软件 Z-Tool。
传感节点	由 ZigBee 无线通信模块、传感器调理板、接口底板组成；默认 5V DC 供电；可配置多种传感器：温湿度传感器、三轴加速度、红外学习传感器、光敏传感器、光线传感器、火焰传感器、空气质量传感器、气压传感器、继电器、霍尔传感器、红外反射传感器、RFID 读卡器等。
86 盒无线强电控制器	由 ZigBee 无线通信模块、变压器、继电器（或可控硅）、底板组成。可驱动继电器、可控硅等设备，实现供电回路的断开和闭合。技术参数：电源：AC220V±10%，50/60Hz；负载电流：≤10A；无线传输频率：2.4GHz；无线传输距离：≥10~20 米；发射功率：≤10dBm；接收灵敏度：<-108dBm；工作温度：10℃~50℃；相对湿度：﹤90%RH；外形尺寸： 86mm×86mm×45mm；控制负载电路数：一路。可配置电器：所有采用 220V 交流市电供电的电器均可，如：自动浇花控制系统，电饭煲控制系统，加湿器控制系统等。
86 盒窗帘无线控制器	停在任意开合位置；开关状态实时反馈；硬件和软件双重控制，手机，网络随时控制；工业级电路设计，高品质阻燃材料制造，安全可靠。技术参数：电源：AC220V±10%，50/60Hz；负载电流：≤10A；无线传输频率：2.4GHz；无线传输距离：≥10~20 米；发射功率：≤10dBm；接收灵敏度：<-108dBm；工作温度：10℃~50℃；相对湿度：﹤90%RH；外形尺寸：86mm×86mm×45mm；控制负载电路数：一路。
调光控制器	与 ZigBee 和继电器节点配合，实现台灯/吊灯的亮度控制能随意调节灯光亮度，轻松营造各种生活情调；渐明渐暗的开关效果，有效保护您的双眼；开关状态实时反馈；硬件和软件双重控制，平板、网络随时控制；工业级电路设计，高品质阻燃材料制造，安全可靠；电源：AC230V±10% 50/60Hz；负载电流：≤2A；无线传输频率：2.4GHz；无线传输距离：≥10~20 米；发射功率：≤10dBm；接收灵敏度：﹤-108dBm；工作温度：10℃~50℃；相对湿度：﹤90%RH；外形尺寸：86mm×86mm×45mm；控制负载电路数：一路。
红外控制系统	使用红外控制模块代替遥控器，实现远程控制音响的开关；由红外自学习模块与支持底板组成；采用嵌入式系统，可以学习多种遥控器的红外编码；采用红外通信协议，替代遥控器，实现家用电器如空调、电扇、电饭煲等的控制。可配置电器：电视、空调、音响等。
433M 烟雾传感节点	由烟雾探测器、微处理器和 433MHz 无线通讯模块组成；具有报警锁定特点，当检测到烟雾时，将一直锁定在报警状态，除非掉电复位，否则无法解除报警；供电电压：12V DC；工作电流：<8mA，报警电流：<35mA；探测面积：<20㎡；探测烟雾浓度：>0.05% VOL；工作环境：-10~+50℃，5~95%RH，无凝露；灵敏度等级：符合（GB4715-93）4.22 火灾灵敏度试验标准；具有无线联网功能；无线通讯距离：100m 以上，无障碍距离：<300m；独立声光报警；故障自检功能；带静音功能。
315-ZigBee 转换器	将 315M 工作频段转到 ZIgBee 频段功能特点：接收发射频率为 315MHZ 的各种探测器、比如烟雾、红外、燃气、门磁等并将其转化为 ZIGBEE 所能接收的数据信息。技术参数：电源：AC230V±10%，50/60Hz；负载电流：≤10A；无线传输频率：2.4GHz；无线传输距离：≥10~20 米；发射功率：≤10dBm；接收灵敏度：﹤-108dBm；工作温度：10℃~50℃；相对湿度：﹤90%RH；外形尺寸：86mm×86mm×45mm；控制负载电路数：>1 路。
433-ZigBee 转换器	将 433M 工作频段转到 ZIgBee 频段功能特点：接收发射频率为 433MHZ 的各种探测器、比如烟雾、红外、燃气、门磁等并电源：AC230V±10%，50/60Hz；负载电流：≤10A；无线传输频率：2.4GHz；无线传输距离：≥10~20 米；发射功率：≤10dBm；接收灵敏度：﹤-108dBm；工作温度：10℃~50℃；相对湿度：﹤90%RH；外形尺寸：86mm×86mm×45mm；控制负载电路数：>1 路。
视频监控设备	1）内置网络视频服务器支持 IP 地址动态分配，具有 MAC 地址；支持 WEB 方式访问，应用于广域网环境；支持有线、无线两种网络连接方式，有线采用以太网，无线支持 802.11b/g/n协议，信号稳定、穿透能力强；视频数据传输支持 HTTP、TCP、UDP、FTP 等多种网络协议；通过以太网（Ethernet）网络实现网络摄像机的管理和配置；支持主辅双码流输出；报警信息或数据使用 SMTP、FTP 传输； 2）内置解码器采用高性能数字 DSP 技术，稳定可靠；采用先进的 H.264 视频压缩技术，JPEG 抓图，图像尺寸为 640*480，帧率为 25fps 或 30fps； 3）云台支持云台控制，支持水平 350°、上下 100°范围内转动，外型小巧美观，安装方便，适合各种场合。 4）外部接口 1 个 T/F 卡接口； 1 个 RJ45 10M/100M 自适应以太网口； 1 路开关量报警输入，1 路开关量报警输出；内置麦克风，实现语音采集，远程监听现场声音；自带红外灯，支持 5 米夜视范围，全天候监控；
门禁指纹识别系统	控制门锁开锁，也可通过室内主机进行开锁。功能特点：支持定时控制功能；支持无线遥控、手机、平板控制；开关状态实时反馈；工业级电路设计，高品质阻燃材料制造，安全可靠；导电弹片采用高导磷铜制造，使用寿命超长。技术参数：电源：AC230V±10%，50/60Hz；负载电流：≤10A；无线传输频率：2.4GHz；无线传输距离：≥10~20 米；发射功率：≤10dBm；接收灵敏度：﹤-108dBm；工作温度：10℃~50℃；相对湿度：﹤90%RH；外形尺寸：86mm×86mm×45mm；控制负载电路数：一路。
超高频识别装置	性能参数：支持协议标准:ISO18000-6C（EPC Class1 GEN2）；防冲撞：每秒能读取 300 张标签；工作频率:902-928MHz(中心频率 915MHZ)，865-868MHz；读取标签距离:稳定读取 4-6 米（可调）适用标签：UHF 频段 EPC global Class1 Gen2 标准标签；通信接口: RJ45 以太网接口；射频接口：TNC 母头；电源：110~240V/50~60Hz，电源适配器:7.5V/3A；整机功耗：小于等于 16W；工作温度:-20℃~+65℃。

四、软件资源

1、软件组成
系统软件默认采用 C/S 结构，主要包括无线网络传感器数据透明传输软件、基于 Qt 的家庭网关智能家居监控系统软件、基于 Android 的智能家居监控系统软件、基于 C#的智能家居系统软件。同时系统提供 B/S 体系结构的智能家居网络化远程监控软件。如图所示：
（1）无线网络传感器数据透明传输软件：
主要实现 ZigBee 网络的建立、节点的自动入网、节点休眠与唤醒、节点之间数据的透明传输、传感器节点的采样与传输、以及执行节点驱动设备的功能。
（2）基于 Qt 的家庭网关智能家居监控系统软件：
智能网关运行嵌入式 Linux 操作系统，上电后即运行基于 Qt 的智能家居系统软件。它主要用来汇聚传感层的各种传感器节点，控制节点，并通过嵌入式数据库，保存所有节点的网络属性、传感器采样值、控制器状态等，允许用户在本地查看智能家居环境参数、安防设备的状态，以及控制家电设备等。同时它作为服务器，允许客户端如平板电脑等设备与其建立连接，实现 TCP/IP 通信。
（3）基于 Android 的智能家居监控系统软件：
平板电脑运行基于 Android 操作系统的智能家居监控软件。用户可以在平板上浏览家居环境参数、安防设备状态，远程控制家用电器（开关控制、红外遥控）等，并且可以访问网络摄像机，实现远程视频监控。
（4）基于 C#的智能家居监控系统软件：
系统还支持C#智能家居系统软件。该软件不用智能网关，而使用普通 PC 机，通过串口与 ZigBee 协调器通信。基于 C#的智能家居软件就是通过串口编程、及时读取串口缓冲数据实现对传感层节点的管理的，主要实现家居环境监测、家居安防监测、家电设备控制以及视频监控等功能。
（5）基于 Web 的智能家居网络化监控软件：
该软件以智能网关为 Web 服务器，结合 CGI 应用程序接口、检测与控制应用程序、以及 HTML 网页，为用户提供 B/S 方式的访问与控制传感层节点的平台。
2、软件配置

设备名称	组件	名称	版本或软件描述
无线网络传感器	开发环境	IAR	IAR Embedded workbenchV7.60
		协议栈	ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0
		第三方烧写工具	Smart RF Flash Programmer 和 USB 驱动
	应用软件	ZigBee 数据透明传输软件	自主研发，V2.4.2
家庭网关	交叉编译开发环境	操作系统	Ubuntu12.04.4 LTS、Ubuntu14.04 LTS
		文件系统	EXT4 文件系统
		交叉编译链	arm-linux-gcc 4.4.1、arm-2009q3.tar.gz
	嵌入式Linux 系统	启动代码	Uboot-1.3.4.tar.gz
		嵌入式操作系统	Linux2.6.35.tar.gz
		文件系统	Yaffs 类型
		QT 库	Qt-4.7.3 函数库源码
	应用软件	开发环境	Qt-Creator2.4.1
			Qt-4.7.3 库
			C++语言等
Android 监控端	应用软件	开发环境	Windows XP 以上
			Eclipse IDE for Java Developers
			Android-sdk_r16-windows
			Java 语言等
PC 监控端	应用软件	开发环境	Windows XP 以上
			Visual Studio2010 工具
			C#语言等
Web 监控端	嵌入式Linux 操作系统	检测与控制应用程序	Qt-Creator2.4.1 与 Qt-4.7.3 库
		CGI 应用程序	CGI 库以及 C 语言
		Web 服务器	Apache 服务器
		HTML 网页	Dreamweaver、文本编辑器等

五、功能特点

1、系统功能：
（1）大门区域的功能
◆身份识别功能：进门时，通过 RFID 射频识别装置、指纹识别系统或者其他生物识别系统（如人脸识别）系统，辨别来者的身份。如果身份验证通过，即可打开大门，播放“欢迎回家”的音频，为劳累一天的人们送去一声问候。出门时，只需识别系统验证通过即可打开大门，或手动打开大门。
◆门禁安防功能：大门上安装门磁系统，当身份识别未成功，而门磁系统却检测到异常，那么系统会立即启动警笛，向住户发送警情短信，并向物业拨打报警电话。当身份识别成功，门磁系统不会报警。
（2）玄关区域的功能
玄关区域的功能分为感应式无线照明功能、布撤防功能。
◆感应式无线照明功能：住户走进玄关区域，人体感应设备感应到人体，且光线昏暗，系统自动打开玄关处的照明灯。当住户离开玄关区域，此时人体感应设备感应不到人体，系统自动关闭玄关处的照明灯。
◆布撤防功能：住户身份识别成功后，进入玄关处，点击撤防按钮，将系统设置为“居家模式”，布防撤销。当用户离开家时，点击布防按钮，将系统设置为“离家模式”，布放生效。
（3）客厅区域的功能
◆感应式照明功能：照明系统根据环境光照度和人体感应状态，自动控制吊灯的亮度，调整居室的明暗。
◆感应式窗帘功能：窗帘支持遥控、联动、定时三种方式。系统根据当前的时间自动打开关闭窗帘，如每到晚上就自动关闭，早上就自动打开。系统可以设置定时，定时时间到窗帘就自动打开或关闭。
◆室内人体感应功能：客厅顶部安装的人体感应设备感应到人体后，系统自动开启照明、打开背景音响，播放背景音乐，打开饮水机自动加热。
◆感应式沙发功能：住户坐在沙发上时，多点式触摸屏茶几会自动开启，显示多种设备的控制按钮，用户可以点击调节顶灯亮度、打开电视、调节音响、切换频道，调节客厅氛围。用户离开沙发时，这些设备仍保持打开状态，用户可以点击触摸屏茶几按钮关闭，也可使用原有遥控器关闭，或者系统检测不到室内的人体时，由控制系统自动关闭。
◆餐厅功能：用户坐在餐桌椅子上时，系统控制餐厅照明灯打开，播放轻柔的音乐，享受美好的用餐时间。用餐完毕，离开椅子，系统照明灯调暗，关闭音乐。
◆空调无线控制功能：系统感应到用户在家时，空调自动打开，根据室内温度自动调整。室内植物的监控功能：系统通过土壤温湿度，日光强弱，实现自动灌溉。
◆室内监控功能：客厅安装网络摄像头，住户可以通过智能手机随时监控居室内的情况。
（4）卧室区域的功能
情景模式支持看书、休息、起夜、起床模式。用户走进卧室，人体感应设备感应到人体后，自动开启床头灯，用户可以坐在床上看书。如果需要休息，可以对床头的语音识别设备说“关灯睡觉”，系统会自动关闭卧室灯光。起夜时，只需对语音识别设备说“起夜”，卧室的夜灯会缓缓点亮。天亮起床了，只需对语音设备说“起床”，卧室灯光自动打开，十分种后，窗帘自动打开。
（5）厨房区域的功能
◆厨房安全监测报警功能：厨房安装的燃气探测器、烟雾探测器，一旦监测到燃气或烟雾浓度超标，系统会自动切断煤气阀，启动警笛，开启喷淋，给用户发送报警短信，并给用户和物业拨打电话。
2、系统特点：
智能家居监控系统，通过短距离无线通信方式，将监测传感器，家用电气、多媒体设备等整合到一个界面友好，操作简单的嵌入式信息机中，由信息机统一收集家居环境与电气设备运行状态信息，通过 WIFI/Ethernet/GPRS 等模块连接互联网。用户即可以在家中通过信息机查看居室环境，控制电气设备，也可以通过互联网或者短信远程监控家居系统。
◆科技遍布家居中的每一个角落：温湿度、光线、指纹、吊灯、窗帘、加湿器、电视、音响、空调、摄像机等多种类型传感器安装在家居环境中；
◆方便灵活的布线方式：传感器/执行器采用 315、433 频段，与信息机之间通过315-ZigBee/433-ZigBee 转换器实现 ZigBee 无线连接方式；信息机可选择以太网或者 WIFI、3G、GPRS 等移动互联网模块连接入网；
◆Web 方式的远程维护：支持 Web 方式的远程维护，只需通过 IE 浏览器，就可实现对系统的远程监测和控制；
◆ 多模式设置：系统支持离家，居家等模式。离家模式启动家庭安全、宜居生活、家庭防盗全开启的高级别监控；居家模式启动家庭安全、宜居生活的基本级别监控。
六、教学资源
智能家居监控系统覆盖了 ZigBee 无线传感器网络、Linux 智能网关、Android 智能终端、PC 监控服务器、Web 远程监控等五部分，因此系统提供了丰富的实验，从基础采集传输实验，到网关汇聚分析处理实验，到 Android 终端应用实验，再到 PC 监控应用程序实验、到 Web 远程监控实验，一条线贯穿，让学生在实验中逐步领悟物联网的体系结构，关键技术以及实现方式，培养学生动手解决问题的能力，激发学生的创新潜力。
为方便用户教学和学习，系统提供了一本使用手册和一本实验指导书。使用手册主要介绍如何安全正确操作这套系统，使其正常运转。实验指导书详细地介绍了系统的网络结构，网络参数，实验目的，实验功能，实验原理，以及实验步骤等。
1、基础实验能力