【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于linux的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)-軟件工程

中圖分類號： 學(xué)校代碼： 10055 密級： 碩 士 專 業(yè) 學(xué) 位 論 文 基于 要 I 摘要 智能家居系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，近年來發(fā)展迅速，逐漸改變了人們的日常生活。 本文研究并實現(xiàn)了一套完整的智能家居解決方案，該方案 以 嵌入式 術(shù)和 絡(luò)為基礎(chǔ)，支持 用戶通過瀏覽器遠(yuǎn)程訪問 家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)對室內(nèi)照明、家用電器、室內(nèi)溫濕度環(huán)境等的監(jiān)測控制以及對室內(nèi)的視頻監(jiān)控。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的智能家居網(wǎng)關(guān)使用 處理器和嵌入式作系統(tǒng)，集中控制和管理智能家居系統(tǒng)中的各種設(shè)備。 本文主要研究內(nèi)容包括： （ 1） 詳細(xì)分析了智能家居系統(tǒng)硬件平臺的構(gòu)建需求，進(jìn)行了選型和設(shè)計，采用了三星 理器（基于 片、數(shù)字溫濕度傳感器氣監(jiān)測、 進(jìn)電機，完成了硬件平臺的整體設(shè)計。 （ 2） 對 作系統(tǒng)內(nèi)核和引導(dǎo)程序進(jìn)行了裁剪和移植， 并定制了包括有嵌入式 務(wù)器 用程序的文件系統(tǒng)。 （ 3） 設(shè)計和實現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的軟件，主要包括相關(guān)模塊的的驅(qū)動程序。 （ 4） 使用 術(shù)實現(xiàn)了完整的智能家居系統(tǒng)管理程序。 關(guān)鍵詞： 智能家居系統(tǒng) 嵌入式 設(shè)備驅(qū)動程序I is s a on is of of （ 1） of 3 （ 2） oa,a GI （ 3） （ 4） GI 錄 錄 摘要 . I . I 目 錄 . 一章 引言 . 1 第一節(jié) 研究背景及意義 . 1 第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 第三節(jié) 本課題研究內(nèi)容 . 3 第四節(jié) 本課題預(yù)期目標(biāo) . 4 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 . 6 第一節(jié) 引言 . 6 第二節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) . 6 第三節(jié) 系統(tǒng)硬件方案選型 . 7 控制器選型 . 7 塊選型 . 8 濕度傳感器選型 . 9 霧傳感器選型 . 10 第四節(jié) 系統(tǒng)軟件方案選型 . 10 入式操作系統(tǒng)選型 . 10 入式圖形庫選型 . 11 第五節(jié) 系統(tǒng)整體方案確定 . 11 第六節(jié) 本章小結(jié) . 12 第三章 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 13 第一節(jié) 系統(tǒng)方框圖概述 . 13 第二節(jié) 家庭網(wǎng)關(guān)及其核心功能模塊 . 14 源系統(tǒng) . 14 統(tǒng)復(fù)位電路 . 15 行接口電路 . 16 口電路 . 17 目錄 口電路 . 17 太網(wǎng)接口電路 . 18 儲器電路 . 19 口電路 . 21 第三節(jié) 路設(shè)計 . 21 第四節(jié) 濕度采集電路設(shè)計 . 22 第五節(jié) 氣檢測電路 . 23 第六節(jié) 直流電機驅(qū)動電路 . 24 第七節(jié) 動電路 . 25 第八節(jié) 本章小結(jié) . 25 第四章 系統(tǒng) 導(dǎo)加載程序移植 . 26 第一節(jié) 引言 . 26 第二節(jié) 嵌入式交叉環(huán)境的搭建 . 26 第三節(jié) 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)上的移植 . 28 第四節(jié) 本章小節(jié) . 33 第五章 嵌入式 作系統(tǒng)移植 . 34 第一節(jié) 引言 . 34 第二節(jié) 嵌入式 核移植 . 35 第三節(jié) 文件系統(tǒng)制作 . 38 第四節(jié) 嵌入式 務(wù)器移植 . 42 第五節(jié) 本章小結(jié) . 44 第六章 系統(tǒng)硬件接口設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā) . 45 第一節(jié) 引言 . 45 第二節(jié) 字符設(shè)備驅(qū)動程序的框架分析 . 45 符設(shè)備驅(qū)動程序簡介 . 45 符設(shè)備驅(qū)動程序的運作方式 . 46 第三節(jié) 電燈驅(qū)動程序 . 47 燈控 制原理 . 47 燈驅(qū)動程序設(shè)計 . 47 第四節(jié) 空調(diào)驅(qū)動程序 . 49 流電機控制原理 . 49 目錄 V 流電機驅(qū)動程序設(shè)計 . 49 第五節(jié) 溫濕度驅(qū)動程序 . 50 濕度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸 . 50 濕度驅(qū)動程序設(shè)計 . 50 第六節(jié) 氣檢測驅(qū)動程序 . 52 氣檢測模塊的工作原理 . 52 氣檢測驅(qū)動程序設(shè)計 . 53 第七章 系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)及性能測試 . 55 第一節(jié) 引言 . 55 第二節(jié) 系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計 . 55 體軟件流程圖 . 55 統(tǒng)主頁面設(shè)計 . 57 絡(luò)家電控制程序設(shè)計 . 58 絡(luò)視頻監(jiān)控程序設(shè)計 . 59 濕度環(huán)境監(jiān)控程序設(shè)計 . 60 氣檢測程序設(shè)計 . 61 第三節(jié) 系統(tǒng)性能測試 . 63 控板 序 . 63 氣檢測測試 . 64 絡(luò)控制家電測試 . 65 絡(luò)監(jiān)控視頻監(jiān)控測試 . 66 第八章 總結(jié)與展望 . 68 第一節(jié) 主要工作 . 68 第二節(jié) 展望 . 69 參考文獻(xiàn) . 71 致謝 . 73 個人簡歷 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果 . 74第一章 引言 1 第一章 引言 第一節(jié) 研究背景及意義 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人民的生活水平在不斷的提高，與此同時，人民的生活節(jié)奏也在不斷加快，傳統(tǒng)的家居模式越 來越無法滿足人民的生活需求，人類開始追求一種舒適與安全的家居環(huán)境，在這樣的一個時代背景下，智能家居的概念開始產(chǎn)生并逐步走入人們的生活。 智能家居是以住宅為平臺 ,集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體 ,利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、無線電技術(shù) ,將與居家生活有關(guān)的各種設(shè)備有機地結(jié)合起來 ,通過網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理家中設(shè)備 ,來創(chuàng)造一個優(yōu)質(zhì)、高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的居住生活環(huán)境空間 1。 構(gòu)建智能家居系統(tǒng)的一個首要條件就是搭建一個比較完善的家用通信網(wǎng)絡(luò)，家居設(shè)備之間的數(shù)據(jù)信息可以通過 通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，家居監(jiān)控系統(tǒng)通過相應(yīng)的軟硬件設(shè)施實時對家居設(shè)備進(jìn)行信息采集、分析，將采集的數(shù)據(jù)通過家用網(wǎng)絡(luò)傳遞給家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行處理。其次，為了用戶能夠很方便的對家電進(jìn)行管理，還需要提供一個具備人機交互功能的管理平臺，讓用戶能夠隨時登 錄 平臺對家電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控 與管理 。隨著智能家居系統(tǒng)中各種技術(shù)的發(fā)展與軟硬件設(shè)施的不斷完善，智能家居能夠滿足人類對家居環(huán)境舒適、安全、環(huán)保、便捷等越來越高的需 求 ，緩解工作的壓力，提高人民的生活水平。一個完整的智能家居控制系統(tǒng) 一般由以下幾部分組成：智能家居中央控制系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng) 、家居環(huán)境溫濕度檢測系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、煤氣報警系統(tǒng)、 家電設(shè)備的自動監(jiān)測與遙控子系統(tǒng) 和 水、電、氣三表數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)端傳送子系統(tǒng)等 2。 第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國外 的智能家居發(fā)展史 中， 最早的載體是家居對講技術(shù)在住宅中的實現(xiàn)。家居對講技術(shù)的應(yīng)用主要在 1950 年 1960 年期間，當(dāng)時的家居設(shè)備只是簡單的有線對講設(shè)備，還沒有出現(xiàn)現(xiàn)代的視頻對講技術(shù)。但是由于科技發(fā)展迅速，所第一章 引言 2 以在 1970 年 1980 年期間，國外在家居的對講技術(shù)中研發(fā)了新的數(shù)字傳輸技術(shù)并將新的視頻對講設(shè)備廣泛應(yīng)用于家庭中。 1984 年，世界上第一幢智能建筑 在美國康涅迪格州落成，這棟意義非凡的建筑只是對一座舊式大樓的一定程度的改造而完成的。它只是采用計算機系統(tǒng)對大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并提供語音通信、電子郵件、情報資料等方面的信息服務(wù) 3。 2000 年，新加坡有近 30 個社區(qū)的約 5000 戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，而美國的安裝住戶高達(dá) 4 萬戶。 2003 年，網(wǎng)絡(luò)化家居的建設(shè)帶來了高達(dá) 4500 億美元的市場價值，這其中有 3700 億美元是智能家電硬件產(chǎn)品的價值，剩余的部分則是軟件和技術(shù)支持服務(wù)的費用?，F(xiàn)在，國外的智能家居系統(tǒng)技術(shù)己日趨成熟。在智能家居系統(tǒng) 研發(fā)方面 ， 美國及一些歐洲國家一直處于領(lǐng)先地位。近年來，以美國微軟公司及摩托羅拉公司等為首的一批國外知名企業(yè)，先后擠身于智能家居的研發(fā)中。例如 :微軟公司開發(fā)的 “夢幻之家 ”、摩托羅拉公司開發(fā)的 “居所之門 ”、 家庭主任 ”等均已日趨成穩(wěn)得技術(shù)強占家居市場。 而在我國，智能家居產(chǎn)品的出現(xiàn)比較晚，應(yīng)用也沒國外的廣泛。智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品類型的應(yīng)用主要是以安防為主，其它生活便利類的智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用較少，出于成本問題大多只在高級住宅中實現(xiàn)較多，而普通民宅主要以普通安防系統(tǒng)的應(yīng)用較廣泛。在國內(nèi)智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品 的各類應(yīng)用中，之所以安防類智能家居產(chǎn)品在國內(nèi)應(yīng)用廣泛是由于國內(nèi)的住宅主要以小區(qū)物業(yè)管理為主，在物業(yè)管理方面小區(qū)通過在樓房的主要安全通道和各樓層出入口上安裝智能家居類安防類產(chǎn)品為其對整個小區(qū)實現(xiàn)智能化管理提供一定的便利，實現(xiàn)小區(qū) 的 防盜和火災(zāi)防護(hù)功能 4。而用戶個人方面也有很大一部分出于雙重保障的考慮也在自己的房屋內(nèi)另外安裝一套個人的智能家居安防類產(chǎn)品，使其即使出門在外也能通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)客戶端對家居的情況進(jìn)行實時監(jiān)控和報警，從而實現(xiàn)家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和火災(zāi)防護(hù)等 功能 。 因此，無論是物業(yè)管理 還 是個人住宅用戶均 可根據(jù)自身樓房的需要，在智能家居系統(tǒng)類產(chǎn)品進(jìn)行一定的投資，從而建立一個成熟實用的住宅安全防護(hù)系統(tǒng)，以保障各住宅用戶的生命安全和財產(chǎn)安全，并 對物業(yè)管理起到 優(yōu)化住宅管理 的作用 。 而在對于一個完整的智能家居系統(tǒng)來說主要由智能家居數(shù)據(jù)處理主控機、特定功能傳感器模塊和報警模塊組成。其中智能家居數(shù)據(jù)處理主控機是整個智能家居系統(tǒng)的核心部分，其對整個系統(tǒng)任何時刻采集的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析處理，只要智能家居系統(tǒng)在正常工作中，就保證智能家居數(shù)據(jù)處理主控機是第一章 引言 3 運行 的。特定功能傳感器模塊一般由各類專用的傳感器組成，例如有毒氣體檢測傳感器、 溫濕度數(shù)據(jù)采集傳感器等，該類傳感器一般通過無線的模式與智能家居主控機連接，如果檢測到家居內(nèi)有異常，便向主控機發(fā)出危險信號，主控機接收到家居危險信號后查詢后臺情景處理機制，通過報警模塊進(jìn)行現(xiàn)場報警和住宅用戶遠(yuǎn)程報警等。 從國內(nèi)外的 智能家居 應(yīng)用調(diào)研結(jié)果可以 看出 ，其 在國內(nèi)的發(fā)展較歐美等發(fā)達(dá)國家起步較晚，目前還沒有大規(guī)模的普及，具有標(biāo)志性的工程是 1999 年建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室與建設(shè)部勘察設(shè)計公司攜手實施全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，這代表著我國智能家居建設(shè)的開始 5。雖然我國的智能家居各項技術(shù)都起步較晚，但全 球家居智能化市場巨大，面對廣闊的市場前景，國內(nèi)許多 括清華同方推出的“ e字家園”系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具備社區(qū)的綜合管理與維護(hù)等功能，目前已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用；還有海爾推出的“ U居生活解決方案，該方案把家電設(shè)備通過信息傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)上，人們可以通過有線網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)，方便地對家電信息進(jìn)行查詢與監(jiān)控；中國電信“我的 E 家”和“工商 家具產(chǎn)品，都得到了一定程度的應(yīng)用。全球的智能家居有著開闊的市場前景，受智能家居市場利潤的影響，不同 的廠商都開始投入到這個領(lǐng)域當(dāng)中，市場的爭奪日趨激烈。目前國家正在大力推動智能家居的發(fā)展， 在 政府的支持與引導(dǎo)、家居市場的內(nèi)在需求與推動 下 ，我國的智能家居產(chǎn)業(yè)正處于一個快速發(fā)展的階段，智能家居正在逐步推廣，整個系統(tǒng)將朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化與節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。 第三節(jié) 本課題研究內(nèi)容 1智能家居硬件平臺的設(shè)計與實現(xiàn) 基于 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 首先需要一個穩(wěn)定工作的硬件平臺作為軟件穩(wěn)固運行的基礎(chǔ)， 整個 智能家居系統(tǒng)的 硬件平臺的搭建主要 基于 像頭、 塊、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等 各類 與系統(tǒng)功能實現(xiàn)相關(guān)的 傳感器與主控板 發(fā)板 通信 ， 最后 實現(xiàn)智能家居的各個功能。 2 嵌入式操作系統(tǒng)軟件 平臺搭建和移植 智能家居系統(tǒng)的 硬件平臺搭建 完成 后需要向其寫入軟件系統(tǒng)才能讓整個智第一章 引言 4 能家居系統(tǒng)發(fā)揮作用，其中軟件平臺的搭建主要包括嵌入式 根文件系統(tǒng) 的制作與少些 、 形庫的移植。 3 智能家居相應(yīng)硬件驅(qū)動 的設(shè)計 在 傳統(tǒng)的 嵌入式操作系統(tǒng)中，硬件驅(qū)動是連接應(yīng)用層軟件與底層硬件的樞紐，硬件驅(qū)動設(shè)計屬于軟件設(shè)計，但其要求設(shè)計者既要有軟件開發(fā)知識也要有硬件基礎(chǔ)，因此 硬件驅(qū)動設(shè)計 是 整個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程中最難的一步。在 基于 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 中主要 涉及 到的硬件驅(qū)動程序有： 像頭驅(qū)動程序、 溫濕度傳感器驅(qū)動程序、 直流電機驅(qū)動程序、 動程序、蜂鳴器驅(qū)動程序等。 4應(yīng)用層軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 驅(qū)動程序設(shè)計獨立出來后使得應(yīng)用層軟件設(shè)計的難度大大降低，當(dāng)要操作底層硬件時一般由應(yīng)用層軟件調(diào)用驅(qū)動程序提供的系統(tǒng) 接口 ，比如應(yīng)用層軟件通過系統(tǒng)調(diào)用的方法調(diào)用底層硬件 實現(xiàn) 功能 需求 。 基于 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 中應(yīng)用層軟件采用 計，具有友好的用戶交互界面。 第四節(jié) 本課題預(yù)期目標(biāo) 經(jīng)過一段時間 具體的研究，以及智能家居相關(guān)應(yīng)用市場方面的的調(diào)研， 基于 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 從理論和實踐上制定了一定的 預(yù)期目標(biāo)。理論上，提出一套基于嵌入式 作系統(tǒng) 、 絡(luò)和 絡(luò) 為基礎(chǔ)的智能家居解決 方案 ， 要完成這一預(yù)期目標(biāo)，需要進(jìn)行 相應(yīng)的 作 系統(tǒng)移植和軟件 平臺的軟件搭建，以解決軟硬件的兼容問題；設(shè)計 智能家居系統(tǒng)相應(yīng)的硬件 驅(qū)動 程序來為底層硬件與上層應(yīng)用軟件程序提供連接橋梁；設(shè)計智能家居具體 用層軟件來最終實現(xiàn)整個智能家居系統(tǒng)的各個應(yīng)用功能。智能家 居系統(tǒng)主要實現(xiàn) 的功能 如下： （ 1）視頻監(jiān)控功能 ： 通過 電腦瀏覽器可登錄智能家居管理 站點 ，智能家居系統(tǒng)安裝的 像頭可以實時采集視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)頁終端，這樣便能實現(xiàn)通過家里的攝像頭 實現(xiàn) 實時的視頻監(jiān)控。 （ 2）網(wǎng) 站 控制功能 ： 通過電腦瀏覽器可登錄智能家居管理網(wǎng) 站 后可以通過管理網(wǎng) 站 的相應(yīng)按鈕對家里的電燈、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)家居電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能。 第一章 引言 5 （ 3）煙霧檢測報警：當(dāng)智能家居系統(tǒng)配備的煙霧傳感器檢測到煙霧濃度過高時，表示家里發(fā)生了火災(zāi)，這時智能家居主控板會作相應(yīng)處理，并通過系統(tǒng)的 塊發(fā)送短信向 用戶手機報警。 （ 4）溫濕度采集顯示：智能家居系統(tǒng)能實時采集家里的溫濕度數(shù)據(jù)并在系統(tǒng)主控終端進(jìn)行顯示。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 6 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 第一節(jié) 引言 進(jìn)行一個產(chǎn)品的設(shè)計，第一步要進(jìn)行市場調(diào)研，了解了該產(chǎn)品的 類似 產(chǎn)品在市面上的形態(tài)以及各種不同方案的優(yōu)劣。在經(jīng)過了種種調(diào)查，下一步就具備了充分的知識進(jìn)行產(chǎn)品的初步設(shè)計以及具備了幾種實際方案的準(zhǔn)備，剩下就是進(jìn)行最佳方案的篩選 。 第二節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) 智能家居 是 21 世紀(jì)才興起的通過 先進(jìn)的計算機 技術(shù)和通信、控制技術(shù)來 為不同住宅 建立 的 一個 具有家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、 家庭自動化系 統(tǒng) 和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)等 各功能模塊 組成的 ，為了實現(xiàn) 舒適的居住環(huán)境 、便利的通信網(wǎng)絡(luò)和較全面的住宅安全防護(hù)的家庭住宅，智能家居是一個管理集成和家庭服務(wù)完善的集成系統(tǒng)。 智能家居 應(yīng)用了當(dāng)今時代最先進(jìn)技術(shù)，其中包括自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)、 綜合布線技術(shù)、 安全防范技術(shù)和 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 等， 智能家居采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 將家居生活有關(guān)的設(shè)備 接入家居網(wǎng)中，使用戶可隨時通過 終端實時對家中的各種電器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，并且可通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭對家里進(jìn)行實時監(jiān)控 。 經(jīng)過具體分析，初步 確定 了 基于 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 課題 ， 需要完成的主要設(shè)計目 標(biāo)為：家居無線視頻監(jiān)控、電腦網(wǎng) 站 遠(yuǎn)程控制設(shè)備、煙霧安全檢測報警和家居溫濕度實時采集。 首先， 家居無線視頻監(jiān)控需要在 智能家居主系統(tǒng)板上安裝一個 像頭，主控板驅(qū)動 像頭實時采集視頻圖像然后通過無線路由器將視頻流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去，工作穩(wěn)定后用戶可隨時 通過 電腦瀏覽器 登錄 到 智能家居管理網(wǎng) 站 ， 此時 智能家居系統(tǒng)安裝的 像頭 實時采集 到 視頻數(shù)據(jù) 會 發(fā)送到 相應(yīng)的 網(wǎng)頁終端，這樣便能實現(xiàn)通過家里的攝像頭對家里進(jìn)行實時的視頻監(jiān)控。 其次，電腦網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制設(shè)備目標(biāo)的實現(xiàn)還是靠智能家居主控板連接上的無線路由與其他移動終端組成的局 域網(wǎng)實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，由于家居的各種電器設(shè)備，如電燈、空調(diào)等是直接接入到智能家居主控板第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 7 中的，所以當(dāng)用戶通過電腦瀏覽器 登錄智能家居管理網(wǎng)頁后 ， 可以通過 本人設(shè)計的 管理網(wǎng)頁的相應(yīng)按鈕 可以直接控制 家里的電燈、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)家居電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能。 再次， 煙霧安全檢測報警首先需要在智能家居主控板外圍硬件電路中接入相應(yīng)的煙霧傳感器，并實時測量家居中各個地方的煙霧濃度當(dāng) 家里發(fā)生了火災(zāi)， 則室內(nèi)的煙霧濃度必定增加，此時 智能家居主控板 檢測到煙霧傳感器的變化后馬上 通過系統(tǒng)的 塊發(fā)送短信向用戶手機報警。 最后， 智能家居系統(tǒng)需要接入高性能的溫濕度傳感器，以對家居的溫濕度數(shù)據(jù)實施實時檢測并在智能家居主控端的顯示屏上顯示，以供用戶查看。 第三節(jié) 系統(tǒng)硬件方案選型 控制器選型 由于 基于 智能家居系統(tǒng) 涉及 到視頻流數(shù)據(jù)的傳輸，屬于大量數(shù)據(jù)的無線傳輸，因此對傳輸?shù)膶崟r性和可靠性要求比較高，需要選用硬件能力比較強悍的嵌入式類主控制器才能實現(xiàn)該要求。而市場上應(yīng)用于智能家居 主控制器主要為 理器 和 理器 ，二者均可運行操作系統(tǒng)，因此硬件能力都比較適合本課題研究的的智能家居系統(tǒng) 。 一個 32 位處理器內(nèi)核 ，也就是說 存儲器的 接口是 32 位的接口，它的寄存器是 32 位的并且其內(nèi)部的數(shù)據(jù)路徑也是 32 位的模式。功能很多，但比較出色的幾點是，首先 性能強勁，相比其它相同主頻的處理器 處理更多的任務(wù)；其次 功耗極低，這就極大的延長了設(shè)備的電池壽命，所以 理器廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備的，如無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備； 實時性好， 理器可以極速的響應(yīng)系統(tǒng)或者其它終端，并且其 響應(yīng)相應(yīng)中斷所需要的周期數(shù)也是確定的；成本低，雖然是 32 位的單片機，但是有些低成本的 體解決方案甚至比 8 位 /16 位的成本還低，因為 理器內(nèi)部帶有許多功能，可以節(jié)省一些外電路的設(shè)計 6。 理器的處理能力很大程度上是由系統(tǒng)的工作頻率決定的， 常見的 理器的系統(tǒng)主時鐘頻率高達(dá) 100更高一級的 高可以達(dá)到 700理器有些系列具有芯第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 8 片內(nèi)部存儲器，所以一般產(chǎn)品的設(shè)計可以不外擴 外置存儲器。但是一般 理器都是用于操作系統(tǒng)的應(yīng)用，需要大量的數(shù)據(jù)存儲，而 理器內(nèi)部存儲器的容量都不會太大，所以在采用 理器設(shè)計系統(tǒng)時需要外擴存儲器，但也有部分系列的存儲器具有相對較大的內(nèi)部存儲器，只是成本相對較高 7。 考慮到 基于 智能家居系統(tǒng)需要用到較高的圖形系統(tǒng)庫來開發(fā)，雖然理器可以運行 形系統(tǒng)，但是由于目前廣泛應(yīng)用于 發(fā)的圖形系統(tǒng)主要還是 形系統(tǒng)，而 形系統(tǒng)是依賴 統(tǒng)生存的，由于硬件限制 辦法運行 統(tǒng)，所以本課題擬選用 理器作為 基于 智能家居系統(tǒng) 的主控制器 ，經(jīng)過一定時間的了解友善之臂廠家生產(chǎn)的 發(fā)板在所有采用 理器的開發(fā)板中硬件做工比較好，并且軟件資料也充足，所以本課題選用 發(fā)板作為開發(fā)系統(tǒng) 。 塊選型 通用分組無線業(yè)務(wù) (英文簡稱，是各大通信行業(yè)運營商適應(yīng)社會需求而研發(fā)出來的一種新的承載技術(shù) 。 由于在網(wǎng)絡(luò)資源的利用方 面 是利用電路交換的模式，所以 過允許用戶在端到端之間分組的轉(zhuǎn)移模式下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接 收 ，提供了一種低成本和高效的分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此 分適用于頻繁少量的、突發(fā)性強的和間斷的數(shù)據(jù)傳輸，但也同樣適用于偶爾大數(shù)據(jù)量的無線傳輸，因此 基于 智能家居系統(tǒng)采用 塊來實現(xiàn)家居異常情況報警時短信的智能發(fā)送。 市場上的 塊很多，價格區(qū)間也比較大，經(jīng)過一定時間的挑選，本課題選用司生產(chǎn)的 塊來設(shè)計。 23G 模塊采用符合 SM +的三頻主芯片設(shè)計，它支持 音通話、短信息收發(fā)、 模塊配置有一個 座，一個電源啟動按鈕、一個模塊復(fù)位按鈕、一個電源指示 一個 絡(luò)信號指示 個帶來電提醒功能的蜂鳴器。 23G 比較人性化的一個設(shè)計是它配置了兩個串口接口，分別是 平的 4 線串口和 平的 9 針串口，用戶可通過跳線選擇使用其中一個串口。模塊電源為寬電壓設(shè)計，允許輸入直流5電源，另外模塊設(shè)計了音頻輸入和輸出接口，可以實現(xiàn)語音通話功能，第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 9 但是本設(shè)計中暫時沒用到該功能。 塊如圖 示。 圖 23G 模塊 濕度傳感器選型 溫度和濕度數(shù)據(jù)檢測在智能家居系統(tǒng)中必不可少，為了減低硬件設(shè)計難度，基于 智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 采用溫度和濕度采集于一體的傳感器，而沒有采用獨立的兩個傳感器做設(shè)計，經(jīng)過篩選，決定采用 字溫濕度復(fù)合傳感器做設(shè)計，傳感器實物如圖 示。 圖 字溫濕度傳感器 一款市面上比較成熟的具有自校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的數(shù)字溫濕度復(fù)合傳感器 。 字溫濕度傳感器最大優(yōu)勢是卓越的長期穩(wěn)定性和可靠性，第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 10 因為該傳感器應(yīng)用的是專門的溫濕度傳感器技術(shù)與數(shù)字模塊采集技術(shù)來保證該特性。并且 字溫濕度傳感器功耗低和體積小的優(yōu)點決定了其信號傳輸距離可到二十米以上，足夠應(yīng)付各種苛刻的應(yīng)用場合，因此 字溫濕度傳感器是智能家居系統(tǒng)的首選 8。 霧傳感器選型 體傳感器常用于工廠、家庭和公司等室內(nèi)場所的氣體泄漏檢測裝置，其檢測的有毒氣體種類較多，包括 甲烷 、 丙烷 、 丁烷 、液化石油氣、煙霧、氫氣和酒精等氣體的檢測，而大多數(shù)家庭 均使用液化石油氣，并且 體傳感器成本不高，因此本課題采用 感器做為有毒氣體檢測傳感器，傳感器實物圖如圖 示 9。 圖 體傳感器 第四節(jié) 系統(tǒng)軟件方案選型 入式操作系統(tǒng)選型 當(dāng)有了性能強勁的 理器硬件芯片的支持，可選用的軟件操作系統(tǒng)就比較多了。一般在嵌入式產(chǎn)品中應(yīng)用比較多的操作系統(tǒng)有 作系統(tǒng)、作系統(tǒng)和 作系統(tǒng)。以上所說的三個操作系統(tǒng)中只有 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計及方案確定 11 作系統(tǒng)是不開源的，其它兩個操作系統(tǒng)均為開源系統(tǒng)。考慮到整個畢業(yè)設(shè) 計過程中的可學(xué)習(xí)性，首先排除了 作系統(tǒng)。 作系統(tǒng)由于是實時操作系統(tǒng)，因此常用于工業(yè)控制方面，而 作系統(tǒng)是非實時操作系統(tǒng)，常用于消費電子方面。 作系統(tǒng)是一個小型操作系統(tǒng)，對于以圖形庫處理為主的軟件應(yīng)用比較吃力，而 作系統(tǒng)是一個在全球擁有最多維護(hù)者的開源操作系統(tǒng)，它可用于個人電腦的使用，因此對于本課題的智能家居系統(tǒng)的高要求，選用 作系統(tǒng)作為 控板的嵌入式操作系統(tǒng)比較合適。 入式圖形庫選型 智能家居系統(tǒng)要求具有一個友好的用戶交互 界面，這就需要一個成熟的圖形庫系統(tǒng)支持 。雖然當(dāng)今市場上已經(jīng)充斥了各種優(yōu)秀的圖形庫系統(tǒng)（即 用），但是由于 21 世紀(jì) 是計算機技術(shù)高速發(fā)展的時代，因此每當(dāng)市場上出現(xiàn)了新技術(shù)或者新硬件時相應(yīng)計算機操作系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)都有可能發(fā)生重大的變化，這樣就會造成了一個嚴(yán)峻的現(xiàn)象 ， 極大一部分原本已經(jīng)很成熟的圖形應(yīng)用軟件在新的硬件、軟件環(huán)境下無法正常運行，這時候如果開發(fā)者舍棄原來成熟的軟件系統(tǒng)重頭開發(fā)的話，就是耗費公司大量的資金和人力資源，更重要的是浪費了公司現(xiàn)今已經(jīng)很成熟的系統(tǒng)。 形庫的出現(xiàn)解決了以上問題， 因為 形庫在軟件開發(fā)的源代碼級別實現(xiàn)了跨平臺的特性，實現(xiàn)了跨平臺通用軟件的開發(fā)，因此 形庫這種跨平臺性不但解決了軟件的性能問題，還充分發(fā)揮了各軟件、硬件平臺的優(yōu)勢，使各個硬件、軟件平臺可以