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摘要 1
Abstract 1

1. 绪论 2
   1.1. 研究背景及意义 2
   1.2. 论文研究内容与结构 2
2. 系统总体方案及关键技术 3
   2.1. 系统设计方案 3
   2.2. NB-IoT通信技术 4
   2.3. ZigBee通信技术 5
   2.4. 智能家居网关硬件平台 6
3. 智能家居网关软件设计 6
   3.1. 软件开发环境 6
   3.2. 软件总体设计 7
   3.3. 主服务器模块软件设计 9
   3.4. NB-IoT通信模块软件设计 10
   3.5. ZigBee通信模块软件设计 12
   3.6. 语音识别模块软件设计 14
4. 系统调试与分析 15
   4.1. 智能家居网关功能测试 15
   4.1.1. 网关与ZigBee协调器测试 15
   4.1.2. 网关与云服务器双向通信测试 16
   4.1.3. 语音识别模块测试 18
   4.2. 系统联调测试 19
   4.2.1. Android端APP读取信息测试 19
   4.2.2. Android端APP控制家居测试 20
   4.2.3. 自动报警及命令控制测试 20
5. 总结与展望 21
   致谢 22
   参考文献 22

1.2.论文研究内容与结构
本文主要研究家庭智能网关的构建，突出特性是其低功耗、可部署性强的特征，本文的文章从四个章节逐步论证家庭智能网关的构建，再总结整个网关设计过程中所遇到的问题，加以改进。
第一章节为绪论，介绍了本文的文章结构和内容以及此次设计的研究背景，结合国内研究现状，并且结合国家印发的《中国制造2025》，分析预测未来我国智能家庭网关的发展方向和发展趋势。
第二章节为设计的总体方案和关键技术，介绍了本次网关设计的关键技术，NB-IoT通信技术和ZigBee通信技术，阐述两种通信技术的各自特点和适用场景，以及本次设计的总体方案。
第三章节为各部分实现的方案，具体介绍了本次设计中NB-IoT模组的使用方法、ZigBee协议栈的使用以及语音识别模块的使用流程。
第四章节为测试方案和测试结果，主要分为三个部分，分别是网关对ZigBee终端的调试、网关和云服务器的调试，以及整个智能家居系统的调试，根据各个模块的测试结果来验证了整个设计的可行性。
第五章节为整个设计的总结，从不同角度总结了整个设计方案的优缺点，并做出了相应的改进方案，以待后续改进。

2.系统总体方案及关键技术
2.1.系统设计方案
家庭网关设计，需要根据网关所运行的环境，所要实现的功能，以及网关自身硬件等方面进行考虑。总体上看，网关设计需要遵循应用场景广、成本低、功耗低且能进行高效处理的原则。本次网关设计采用STM32F103作为网关主控制器、NB-IoT模组实现与服务器的通信，ZigBee协调器和众多ZigBee终端一起构建家庭局域网，主控制器挂载语音模块，增强人机交互能力。
此次设计通过ZigBee协调器和ZigBee终端构建家庭局域网，能及时响应主控制器所下发的指令，各个终端挂载相应的传感器，获取数据后将数据发送至协调器处汇总，实现实时监控室内环境的功能。使用STM32F103作为网关主控制器，STM32F103有两个串口，控制器通过串口2与ZigBee协调器进行串口通信，获得家中各传感器的数据，并且能够根据服务器端指令或者当前是否有突发情况下发指令至ZigBee协调器。STM32F103基于Cortex-M3内核，使用32位ARMv7架构，能有效的处理智能家居中各个传感器数据，根据数据的具体情况判断是否需要做紧急事件处理。 控制器使用串口1通过AT指令集控制NB-IoT模组同华为云服务器基于CoAP协议进行信息交互，上传经过控制器处理的数据至云服务器，同时响应服务器下达的指令。用户可以使用此系统的手机APP实时查看家中相应数据，并能实现相应控制。