基于ZigBee与GSM模块的物联网智能网关设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着科学与技术的发展，“智慧地球”、“智慧社区”等概念逐渐出现在人们的视野中，与之相对应的物联网技术（internet of things，iot）也逐步成为人们研究的一个热点。物联网技术是现代智能系统的重要组成部分，标志着信息技术更进一步的走进人们的生活。物联网技术融合了传感、存储、计算、应用等技术及其设计理念，在工商业、制造业以及人们日常的生活中均发挥着重要的作用。顾名思义，物联网这一概念指的就是通过网络将各种终端设备连接起来，并且使其相互之间能够进行通信。它是以互联网平台为基础，通过信息技术的支持在设备之间建立起广泛的联系，形成交互性的立体网络。物联网这一概念最早于1999年由麻省理工学院提出，并且被提出之后吸引着众多专家和学者对其进行研究。直至今日，物联网技术仍作为一个研究热点，活跃在科学研究的前沿。

物联网的应用模式可以分为两类：第一类是对象的智能标签。即通过nfc、二维码、rfid等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡、条码标签，其基本用途就是用来获得对象的识别信息，如获得智能卡中的余额信息，条码中的商品信息等。第二类是对象的智能控制。物联网基于智能网络，可以根据网络中获取的信息进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈，例如我们经常说的智能家居系统，就是这一类的典型应用。本课题主要针对物联网应用模式中的第二种模式，即对象的智能控制，进行设计和研究。从硬件的层面来看，一个基本的物联网控制系统由终端设备和智能网关组成。其中，终端设备分为控制设备和被控制设备两种，控制设备即为用来控制被控制设备工作状态的设备，例如手机等；被控制设备是指进行主要工作的设备，例如智能灯、智能开关等设备，其状态可以由控制设备控制。

由于控制设备与被控制设备之间的距离随着使用环境的不同而不同，例如当我们在室内对室内中的智能设备进行控制时，可以使用短距离的传输协议将各个智能设备连接起来；而当我们在室外对室内的智能设备进行控制时就无法使用短距离的传输协议进行信号的传输，这时就需要一个传输中介进行信号的中转继承。实现这一功能的设备即为智能网关。

2. 研究内容与预期目标

在物联网控制系统中,网关作为设备之间沟通的桥梁起着非常重要的作用，传统的网关中大多使用wifi或蓝牙实现设备之间的通信，但这对于体积小、数量多、移动频繁的终端设备是一个十分严重的缺陷。由于wifi具有较高的功耗，无法满足终端设备的续航要求。而蓝牙虽然在4.0版本引入了低功耗的技术，但其具有连接设备数量的限制，无法满足大型物联网控制系统的需求。这些问题严重限制了物联网控制系统的普及和应用。但zigbee协议能够很好的解决以上两种问题。因此，本课题方案中采用zigbee协议实现局域网中的通信功能。zigbee是基于ieee802.15.4标准的局域网传输协议，适用于近距离的无线传输，具有低功耗、低成本、短时延、高容量、高安全等显著优点。同时，在本方案中，采用gsm短消息通讯模块实现智能网关与控制设备之间的通信。用户可以通过短信的方式与网关通信，从而间接的控制被控制设备的工作状态。基于以上分析，本课题设计了一种基于zigbee与gsm短消息模块的物联网智能网关。

本课题的研究内容和预期目标主要有以下几个重要方面：

① 研究fpga硬件开发环境和软件开发环境，学习基于fpga的设计流程。并熟练掌握fpga的设计流程

3. 研究方法与步骤

一、研究方法：

运用大学课程所学的verilog hdl硬件描述语言，编写程序实现fpga与zigbee模块的通信以及与gsm短消息模块的通信。

网关通过zigbee协议与被控制设备进行通信，实现对设备的控制。同时，网关通过gsm协议与手机进行通信，实现使用手机发送控制指令以及将设备状态发送到手机的功能。本方案的原理图如图1所示。

4. 参考文献

[1] 燕妮. 浅论物联网技术的应用研究[j]. 科技信息, 2013(19):81-81.

[2] 王保云. 物联网技术研究综述[j]. 电子测量与仪器学报, 2009, 23(12):1-7.

[3] 钱志鸿, 王义君. 物联网技术与应用研究[j]. 电子学报, 2012, 40(5):1023-1029.

5. 工作计划

1． 第1— 3周 查找、整理资料，撰写开题报告。

2． 第4— 5周 学习verilog hdl语言，zigbee协议和gsm协议等。

3.第6— 7周 设计通过由fpga控制sz05进行zigbee通信的模块。