智能家具環(huán)境下的傳感器的設(shè)計

1.緒論1.1研究背景隨著人們對居住條件、生活質(zhì)量、信息獵取的需求越來越迫切，社會信息化腳步的進(jìn)一步加快，家居信息化成為建設(shè)社會信息化過程的一個專門重要環(huán)節(jié)。家庭是社會的細(xì)胞，唯有家庭實現(xiàn)了信息化，才可能真正實現(xiàn)社會的信息化。對智能家居系統(tǒng)的研究及開發(fā)是實現(xiàn)家庭信息化得必經(jīng)之路。但目前國內(nèi)的研究尚未建立一個完整的理論體系，對智能家居的理解也存在著種種差異;當(dāng)前國內(nèi)的智能家居產(chǎn)品大都功能貧乏，系統(tǒng)設(shè)計不規(guī)范、擴(kuò)展性差，對當(dāng)前的進(jìn)展形式較難適應(yīng)，同時智能家居技術(shù)在我國處于起步時期，許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都未標(biāo)準(zhǔn)化，還有專門多工作需要做。因此加強(qiáng)智能家居應(yīng)用方面的研究，通過選取合適的技術(shù)，設(shè)計合理的方案，組建一種符合我國國情的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能家居系統(tǒng)己成為當(dāng)前智能家居研究領(lǐng)域中極富挑戰(zhàn)的課題。智能家居操縱系統(tǒng)的應(yīng)用需求

隨著人們生活水平的提高，智能化需求日益旺盛。智能操縱器作為智能產(chǎn)品的核心器件應(yīng)該享有更為曠闊的進(jìn)展空間，以后成長較好。中國智能操縱產(chǎn)品規(guī)模與全球智能操縱產(chǎn)品規(guī)模的增長率走勢相接近，然而整體增長速度超過全球增長速度。全球智能操縱產(chǎn)品市場規(guī)模，逐年穩(wěn)步增長。

國內(nèi)智能家居產(chǎn)品多集中在不墅和復(fù)式住宅等高端家庭，高端智能化產(chǎn)品在智能家居銷售份額中占專門大的比重，中低端產(chǎn)品市場普及率較低。同時各地區(qū)間進(jìn)展不平衡，要緊集中于東部沿海發(fā)達(dá)都市，而中西部都市智能家居市場相對空白。另外，上海的智能家居市場的需求量較其他都市需求量大，要緊緣故確實是上海的經(jīng)濟(jì)進(jìn)展更好一些。智能家居進(jìn)展初期始于安防操縱，家庭用戶要緊采納環(huán)境監(jiān)測、煤氣探測、溫濕度調(diào)節(jié)、防火報警等功能保障財產(chǎn)安全。目前，由于都市的安全環(huán)境越來越好，人們更注重的則是家居的舒適和便利，而安防的側(cè)重點將會越來越少。為此環(huán)境操縱和娛樂服務(wù)操縱日漸成為更多智能家居市場更大的需求點。智能家居操縱系統(tǒng)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀隨著近年來科學(xué)技術(shù)的迅速進(jìn)展和普及，我們的工作、生活觀念也發(fā)生了巨大的改變，現(xiàn)代家庭生活追求的新方向—智能化生活差不多悄然走進(jìn)我們的生活，“智能家居”已成為家庭信息化和智能化必不可少的需求。智能家居是指在小區(qū)內(nèi)部寬帶網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)普及的基礎(chǔ)上利用小區(qū)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建的以家庭為單位的操縱系統(tǒng)。首先，在一個家居中建立一個通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)的操縱下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的操縱和監(jiān)測。其次，通過一定的媒介，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實現(xiàn)與家庭以外的世界溝通信息，滿足遠(yuǎn)程操縱/監(jiān)測和交換信息的需求。最后，智能家居的最終實現(xiàn)目的差不多上為滿足人們對安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境愛護(hù)的需求。智能家居從功能上來講，要緊分為家庭安防功能、家庭數(shù)據(jù)采集功能、家電及家庭電子設(shè)備操縱、家庭信息治理平臺和家庭能源操縱功能等五大功能?，F(xiàn)在，世界各國都在躋身于網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)技術(shù)的家庭應(yīng)用，硅谷目前的投資和研發(fā)熱點確實是這方面的應(yīng)用。圣保羅風(fēng)險資本公司、Flatiron合伙公司和松下電子公司差不多撥款1.4億美元，投資于支持智能家居的信息家電公司。諾基亞、摩托羅拉和至少另外五家電話制造商正在開發(fā)網(wǎng)絡(luò)電話。而惠普、IBM、太陽微系統(tǒng)和索尼等公司正預(yù)備推出大量新發(fā)明的小玩意兒。從巴掌大小的掃描儀到給予這些裝置動力的芯片和軟件等不一而足。當(dāng)前，我國對智能家居的研究剛起步。1994年，國家科委立項資助重大科技項目“2002年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程項目”其目標(biāo)是以科技為先導(dǎo)。以示范住宅小區(qū)建設(shè)為載體，推進(jìn)我國住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，構(gòu)建新一代住宅產(chǎn)業(yè)，在該項目中，把智能型住宅技術(shù)列為重中之重，開展技術(shù)、產(chǎn)品與工程的應(yīng)用研究。2000年9月，長虹、海爾、春蘭、TCL、小天鵝、上廣電、廈新、電子三所、清華同方、中興通9訊等數(shù)家家電巨頭和科研院所參加了國家經(jīng)貿(mào)委2000年國家技術(shù)創(chuàng)新重點專項打算“家庭信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系研究及產(chǎn)品開發(fā)”項目工作會議會議。此次會議成立了“中國家庭信息網(wǎng)絡(luò)制標(biāo)技術(shù)委員會”。該委員會將聯(lián)合開發(fā)家庭信息網(wǎng)絡(luò)中的共性技術(shù)和產(chǎn)品互聯(lián)規(guī)范，實現(xiàn)消費類電子、通信和計算機(jī)行業(yè)間的大范圍協(xié)作?，F(xiàn)在國內(nèi)智能家居系統(tǒng)的研究還處于起步時期，現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)通常構(gòu)建在單片機(jī)上，只是對一些分散的智能家庭操縱子系統(tǒng)的研究，例如三表抄送子系統(tǒng)(電表、水表和天然氣表)、門禁子系統(tǒng)、可對講子系統(tǒng)、醫(yī)療求助子系統(tǒng)和操縱子系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)互相獨立，不能實現(xiàn)信息共享，使得安裝和使用專門不方便。目前，智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還要緊以有線形式為主，無線只是作為有線的補(bǔ)充，而且網(wǎng)絡(luò)傳輸和處理能力較差。一個智能家居系統(tǒng)應(yīng)該將家居的安防系統(tǒng)，家電操縱系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)等等應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一治理，實現(xiàn)互聯(lián)，系統(tǒng)能夠自動處理各種事件，同時用戶能夠通過電話或者Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程治理，從而制造符合人們要求的便捷化。1.2課題研究目的及意義1.2.1本課題的研究意義本文針對人們的需求和市場上現(xiàn)有安防產(chǎn)品的不足，提出了一種“系統(tǒng)操縱中心ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居安防系統(tǒng)解決方案。方案采納了現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)成果，功能完善、性價比高，能夠被寬敞用戶所同意，同時克服了現(xiàn)有安防產(chǎn)品的不足。系統(tǒng)用戶能夠依照需求來選擇不同功能的傳感器節(jié)點，如此既能夠最大化地滿足用戶的需求，又比較經(jīng)濟(jì)實惠。同時，系統(tǒng)將各種報警探測器集成在家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，方便各種報警探測器之間協(xié)同工作和集中操縱，解決了現(xiàn)有安防產(chǎn)品功能單一的缺陷。系統(tǒng)采納ZigBee技術(shù)構(gòu)建家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將報警信息集中到系統(tǒng)操縱中心，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)報警信息和操縱信息的遠(yuǎn)程傳輸，大大節(jié)約了報警信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)某杀尽igBee的高頻部分采納了直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS)技術(shù)保證信號傳輸，幸免了在2.4GHz公用頻段的干擾，也解決了現(xiàn)有無線安防產(chǎn)品采納ASK調(diào)制技術(shù)所造成的同頻干擾問題。ZigBee芯片是超低功耗的無線收發(fā)芯片，采納休眠模式，減少電池使用的成本。系統(tǒng)采納無線傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑颐饬瞬季€的苦惱，也降低了系統(tǒng)安裝的成本。1.2.2本課題的研究目的本課題研究的要緊目的是深入研究智能家居涉及的相關(guān)理論與技術(shù)，將計算機(jī)技術(shù)及嵌入式操縱技術(shù)等應(yīng)用于智能家居操縱系統(tǒng)中，基于此基礎(chǔ)上，設(shè)計一個低成本、易維護(hù)、可擴(kuò)展、易配置的家居中央操縱平臺?！け驹O(shè)計選用了價格適中、貨源穩(wěn)定的犯位ARM核的嵌入式微處理器53C2410作為硬件操縱核心，選用網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、開源、同時便于維護(hù)的嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)平臺，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行嵌入式開發(fā)，設(shè)計出一個面向家居系統(tǒng)的專用操縱系統(tǒng)。1.3論文的要緊工作和結(jié)構(gòu)(1)概述了智能家居系統(tǒng)的功能及國內(nèi)外進(jìn)展現(xiàn)狀。(2)闡述了智能家居系統(tǒng)的構(gòu)架、家庭網(wǎng)絡(luò)及智能家居操縱平臺涉及的相關(guān)技術(shù)。(3)詳細(xì)介紹了智能家居操縱平臺實現(xiàn)的功能，并提出了智能家居操縱平臺的設(shè)計方案。(4)詳細(xì)介紹了智能家居操縱平臺的硬件選型以及硬件設(shè)計。(5)詳細(xì)介紹了研究及實現(xiàn)智能家居操縱系統(tǒng)所必需建立的軟件開發(fā)環(huán)境，軟件開發(fā)平臺的搭建過程以及軟件設(shè)計開發(fā)所采納的原理和方法。(6)最后對全文進(jìn)行了總結(jié)，并提出設(shè)計中存在的問題和需要改進(jìn)的方向。

2．ZigBee關(guān)鍵技術(shù)介紹ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。要緊用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時刻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。2.1IEEE802.15.4簡介隨著通信技術(shù)的迅速進(jìn)展，人們提出了在人自身附近幾米范圍之內(nèi)信的需求，如此就出現(xiàn)了個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（personalareanetwork,PAN）和無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（wirelesspersonalareanetwork,WPAN）的概念。WPAN網(wǎng)絡(luò)為近距離范圍內(nèi)的設(shè)備建立無線連接，把幾米范圍內(nèi)的多個設(shè)備通過無線方式連接在一起，使它們能夠相互通信甚至接入LAN或Internet。1998年3月，IEEE802.15工作組。那個工作組致力于WPAN網(wǎng)絡(luò)的物理層（PHY）和媒體訪問層（MAC）的標(biāo)準(zhǔn)化工作，目標(biāo)是為在個人操作空間（personaloperatingspace,POS）內(nèi)相互通信的無線通信設(shè)備提供通信標(biāo)準(zhǔn)。POS一般是指用戶附近10米左右的空間范圍，在那個范圍內(nèi)用戶能夠是固定的，也能夠是移動的。在IEEE802。15工作組內(nèi)有四個任務(wù)組（taskgroup,TG），分不制定適合不同應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)在傳輸速率、功耗和支持的服務(wù)等方面存在差異。下面是四個任務(wù)組各自的要緊任務(wù)：（1）任務(wù)組TG1：制定IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn)，又稱藍(lán)牙無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。這是一個中等速率、近距離的WPAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，通常用于手機(jī)、PDA等設(shè)備的短距離通信。（2）任務(wù)組TG2：制定IEEE802.15.2標(biāo)準(zhǔn)，研究IEEE802.15.1與IEEE802.11（無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，WLAN）的共存問題。（3）任務(wù)組TG3：制定IEEE802.15.3標(biāo)準(zhǔn)，研究高傳輸速率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)要緊考慮無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)在多媒體方面的應(yīng)用，追求更高的傳輸速率與服務(wù)品質(zhì)。（4）任務(wù)組TG4：制定IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，針對低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（low-ratewirelesspersonalareanetwork,LR-WPAN）制定標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點目標(biāo)，旨在為個人或者家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備之音的低速互連提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)組TG4定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)的特征與傳感器網(wǎng)絡(luò)有專門多相似之處，專門多研究機(jī)構(gòu)把它作為傳感器的通信標(biāo)準(zhǔn)。LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)是一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的無線通信網(wǎng)絡(luò)，它使得在低電能和低吞吐量的應(yīng)用環(huán)境中使用無線連接成為可能。與WLAN相比，LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)只需專門少的基礎(chǔ)設(shè)施，甚至不需要基礎(chǔ)設(shè)施。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)制定了物理層和MAC子層協(xié)議。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)具有如下特點：（1）在不同的載波頻率下實現(xiàn)了20kbps、40kbps和250kbps三種不同的傳輸速率；（2）支持星型和點對點兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（3）有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球惟一的擴(kuò)展地址；（4）支持沖突幸免的載波多路偵聽技術(shù)（carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance,CSMA-CA）；（5）支持確認(rèn)（ACK）機(jī)制，保證傳輸可靠性。2.2ZigBee協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要進(jìn)行相互的數(shù)據(jù)交流就要有相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(包括MAC層、路由、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等)，傳統(tǒng)的無線協(xié)議專門難適應(yīng)無線傳感器的低花費、低能量、高容錯性等的要求，這種情況下，ZigBee協(xié)議應(yīng)運而生。Zigbee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.但I(xiàn)EEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟擴(kuò)展了IEEE，對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。要緊用于近距離無線連接。它有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要專門少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通信效率特不高。Zigbee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，十分類似現(xiàn)有的移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動網(wǎng)絡(luò)的一個基站，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間能夠進(jìn)行相互通信；每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離能夠從標(biāo)準(zhǔn)的75米，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾公里；另外整個Zigbee網(wǎng)絡(luò)還能夠與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)連接。通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就能夠考慮采納Zigbee技術(shù)做無線傳輸：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點多；要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低；要求數(shù)據(jù)傳輸可性高，安全性高；設(shè)備體積專門小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；電池供電；地形復(fù)雜，監(jiān)測點多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測遙控系統(tǒng)；使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動目標(biāo)的定位應(yīng)用。值得注意的是，在差不多公布的ZIGBEEV1.0中并沒有規(guī)定具體的路由協(xié)議，具體協(xié)議由協(xié)議棧實現(xiàn)。2.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，zigbee網(wǎng)絡(luò)有星形，樹形，網(wǎng)狀3種模式，按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能劃分可分為終端節(jié)點(ep)、路由器節(jié)點(rp)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(cp)3種[2]。其組織結(jié)構(gòu)如下圖示：zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其中，協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)發(fā)起并維護(hù)一個無線網(wǎng)絡(luò)，識不網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò);路由器節(jié)點支撐網(wǎng)絡(luò)鏈路結(jié)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā);終端節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的感知者和執(zhí)行者，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和可執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)動作。這就要求zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需扮演終端感知者、網(wǎng)絡(luò)支持者、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者3種角色。從功能上，zigbee節(jié)點應(yīng)由微操縱器模塊、存儲器、無線收發(fā)模塊、電源模塊和其它外設(shè)功能模塊組成。其中，包括dma、usart模塊、定時器模塊、a/d模塊在內(nèi)的豐富的外設(shè)功能來滿足網(wǎng)絡(luò)對硬件資源的需求，存儲器模塊完成協(xié)議棧的存儲與執(zhí)行，CPU實現(xiàn)數(shù)據(jù)的運算與處理，MAC定時器用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，使用AEC技術(shù)對信息進(jìn)行加密，無線模塊完成收據(jù)的收發(fā)與信息幀操縱。2.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)機(jī)制Zigbee2006協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議是基于AdHoc按需矢量路徑協(xié)議AODV（AdhocOndemandDistanceVector），支持在環(huán)境中移動、連接失敗和包丟失的環(huán)境應(yīng)用。AODV路由協(xié)議的實現(xiàn)分兩部分：路由發(fā)覺和路由維護(hù)。具體的AODV路由協(xié)議實現(xiàn)能夠查看AODV協(xié)議原文。路由發(fā)覺又分兩部分，一部分是源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的路由發(fā)覺，第二部分是中間節(jié)點及目標(biāo)節(jié)點的路由發(fā)覺。路由維護(hù)：一旦一個節(jié)點的下一跳出現(xiàn)故障，一個鏈接被認(rèn)為是失效的，鏈路上的其他節(jié)點就會開始鏈路修復(fù)。通常是在一個數(shù)據(jù)包到達(dá)這一鏈路后的下一次，開始一個新的發(fā)覺過程。假如重新發(fā)覺過程不能啟動，或者是由于其他緣故失敗了，就會給那個數(shù)據(jù)包的發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個RERR，這時它再重新發(fā)起一個路徑發(fā)覺過程，路徑的建立差不多上自動的。ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由具有自我修復(fù)的功能，假如某一路連接斷掉了，路由功能將為失去連接的節(jié)點自動找到一個新的路線，那個也是ZigBee的關(guān)鍵特征之一。當(dāng)一個路由器收到從一個節(jié)點發(fā)往另一個節(jié)點的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)層依照以下步驟來轉(zhuǎn)發(fā)那個包：假如目的地是那個路由的鄰居（包括是其子節(jié)點），那個包將被直接發(fā)送到目的地；否則，那個路由器將檢查自己的路由表來找到相應(yīng)的目的地的路由表記錄。假如有一個動態(tài)路由表記錄，那個包將轉(zhuǎn)發(fā)到路由表記錄的下一跳地址；假如沒有，將執(zhí)行一個路由發(fā)覺過程，過程結(jié)束后那個包才會被發(fā)送。本設(shè)計中創(chuàng)建了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收兩個任務(wù)，對應(yīng)圖6.6和圖6.7用來處理路由協(xié)議的數(shù)據(jù)收與發(fā)：當(dāng)應(yīng)用層程序要發(fā)送數(shù)據(jù)到其他節(jié)點的時候，就調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)；數(shù)據(jù)接收任務(wù)功能是處理網(wǎng)絡(luò)層操縱信息和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文等。應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間的通訊是通過TrueTime中的信箱創(chuàng)建消息量來實現(xiàn)的。3傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)設(shè)計4智能家居操縱子系統(tǒng)中央操縱平臺總體設(shè)計隨著家用電器的不斷數(shù)字化與智能化，新的家電產(chǎn)品在為人們提供更加強(qiáng)大的功能的同時，也面臨著新的挑戰(zhàn)，比如，產(chǎn)品的造價高，開發(fā)時刻長，維護(hù)、升級費用昂貴等等。事實上，單個家電在不斷增加功能的同時，也形成了彼此相互隔離的信息孤島，因而造成了資源白費，成為信息家電進(jìn)展中的瓶頸。為了解決這一個問題，人們通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將單個家電通過統(tǒng)一的接口與協(xié)議相互連接，并形成獨立的功能模塊以協(xié)同工作，實現(xiàn)資源共享。學(xué)術(shù)界對智能家居系統(tǒng)的組成沒有定論，綜合各種觀點，一個完整的智能家居系統(tǒng)除了具有各種功能的信息家電外，還必須包括以下幾個模塊:(1)信息處理模塊:為了使相互獨立的信息家電能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享與協(xié)同工作，智能家居系統(tǒng)中必須具有專門的信息處理模塊。它的功能要緊是收集家庭中各個家電的工作狀態(tài)和服務(wù)請求，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，并將結(jié)果送入功能驅(qū)動模塊?，F(xiàn)時期，不管是基于家庭網(wǎng)關(guān)的智能家居系統(tǒng)依舊基于家居服務(wù)器的智能家居系統(tǒng)，多采納了集中式信息處理模塊。由于家庭網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單，集中式的信息處理設(shè)計實現(xiàn)都較為簡單，操縱的效率也較高，因而得到了廣泛的應(yīng)用。然而隨著家庭中信息家電的數(shù)量不斷增加，采納分布式的操縱方式將具有更高的靈活性，這是以后智能家居系統(tǒng)的進(jìn)展趨勢。(2)通信模塊:假如講信息處理模塊是智能家居系統(tǒng)的大腦，那么通信模塊確實是實現(xiàn)信息傳導(dǎo)的神經(jīng)。依照家庭組網(wǎng)的特點，通信模塊常利用已有的布線或者采納無線傳輸(如藍(lán)牙、紅外)等。由于不同的信息電器對傳輸時的帶寬要求不同，實際中的通信模塊常采納多種方式混合組網(wǎng)。(3)功能驅(qū)動模塊:功能驅(qū)動模塊是信息流入、流出各個信息電器的接口。由于各電器生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品在功能和實現(xiàn)上都有專門大的不同，因此必須通過功能驅(qū)動模塊將信息處理模塊的指令翻譯成電器能夠執(zhí)行的電平信號，以及將電器的各種狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成信息處理模塊能夠理解的二進(jìn)制信息。(4)外界信息接口模塊:該模塊能夠看成是一個家庭通向外界(如Internet)的網(wǎng)關(guān)。它在家庭內(nèi)部各種電器信息共享的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實現(xiàn)了基于Internet的資源共享，從而更進(jìn)一步實現(xiàn)了共享的深度和廣度，也將是外來智能家居系統(tǒng)的熱點。由于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通常不使用TCP/IP協(xié)議，因此外界的信息接口模塊中最差不多的功能確實是從TCP/IP協(xié)議到各種家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。依照上述分析，一個具有集中式信息處理模塊的智能家居系統(tǒng)的組成能夠下圖所示：集中式信息處理模塊的智能家居系統(tǒng)的組成圖4.1操縱平臺功能與結(jié)構(gòu)智能家居中央操縱平臺以中央操縱器為核心，利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)連接各種家電以及接收各種傳感器信號;利用以太網(wǎng)接口接入廣域網(wǎng)，實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程操縱。關(guān)于大多數(shù)家電而言，其本身的計算能力和存儲能力都特不有限，依照傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，只有通過提高家電本身的硬件能力和軟件資源來實現(xiàn)家電的各種網(wǎng)絡(luò)功能。如此必定要提高家電的成本，這對家電的進(jìn)展和普及是相對不利的?；谝陨暇壒?，本設(shè)計利用宿主機(jī)代理網(wǎng)絡(luò)家電加入家庭網(wǎng)絡(luò)，并代理實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)功能，從而實現(xiàn)白色家電的網(wǎng)絡(luò)化。中央操縱平臺的差不多架構(gòu)如下圖所示：中央操縱平臺的差不多架構(gòu)圖它包含如下的組件:(l)用戶室內(nèi)無線家庭網(wǎng)絡(luò)部分，這部分由ZigBee模塊組成，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)家電宿主機(jī)和操縱平臺的無線通信。(2)中央操縱平臺與Iniemet通信部分，這部分由中央操縱器上的網(wǎng)絡(luò)芯片和嵌入式Linux操作系統(tǒng)所提供的TCP/IP協(xié)議棧以及嵌入式web服務(wù)器組成，實現(xiàn)用戶對家電設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問和操縱。(3)中央操縱平臺上的家居操縱系統(tǒng)實現(xiàn)了集中操縱家庭中的家電設(shè)備。(4)網(wǎng)絡(luò)家電宿主機(jī)上實現(xiàn)了對家庭中家電設(shè)備的代理，家庭設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)家電宿主機(jī)加入到家庭網(wǎng)絡(luò)中。4.2涉及到的軟硬件介紹在現(xiàn)今的市場上，單片機(jī)的生產(chǎn)廠商專門多，單片機(jī)的類型也專門多。作為主控模塊的操縱器，在這眾多的單片機(jī)類型中選擇一款合適的型號是專門重要的情況。目前市場上的單片機(jī)有:1.80XX系列:80XX系列是INTEL公司最早推出且生產(chǎn)量最大的一個系列，其他公司，如PHILIPS和SIEMENS也提供這類產(chǎn)品。2.PIC系列:PIC是外部接口操縱器(peripheralInterfaceControl)的簡稱，是AiizonaMirerochipTechnology公司的單片機(jī)產(chǎn)品。3.68HC11系列:68HC11系列是Motorola公司生產(chǎn)的最受歡迎的單片機(jī)系列產(chǎn)品。4.MSP430系列:MSP43O系列是TI公司推出的一種超低功耗的單片機(jī)。5.ARM系列:ARM系列是ARM公司推出的一種32位微處理器。在本系統(tǒng)中，關(guān)于單片機(jī)的選型應(yīng)該遵循的原則或要求是:(1)選擇的單片機(jī)必須有較好的穩(wěn)定性:(2)選擇的單片機(jī)必須具有豐富的片上外圍設(shè)備，如此能夠簡化電路設(shè)計，也能夠使得電路的調(diào)試更加容易;(3)選擇的單片機(jī)要有方便的調(diào)試功能，單片機(jī)廠商要提供免費的調(diào)試軟件，使單片機(jī)程序大部分能夠在PC機(jī)上仿真出來而且準(zhǔn)確無誤;而且，單片機(jī)語言要多樣化，既能夠使用匯編也能夠使用c語言;(4)選擇的單片一機(jī)功耗要低，由于設(shè)計的通用智能終端長期在現(xiàn)場!一作，為了幸免頻繁更換和節(jié)約資源，要選擇功耗較低的處理器;美國德州儀器公司(TI)MSP430生產(chǎn)的系列單片機(jī)能專門好地滿足上述要求，其中尤以MSP430F449單片機(jī)最為適合。其要緊特點和功能有：(l)工作電壓低(l.8-3.6V)，電流小(280uA/lMHz活動模式)，5種低功耗模式，待機(jī)模式下電流為1.luA，掉電模式下更能達(dá)到0.luA。(2)有豐富的中斷源可任意嵌套，用中斷請求將系統(tǒng)從被用狀態(tài)喚醒僅需6us。(3)片內(nèi)看門狗及上電復(fù)位電路，多種時鐘源(xTAL1，xrrAL2或內(nèi)部DOC，F(xiàn)LL+)可供選擇。(4)I/O口多，有雙向并行I/O口P1和P2(有終端功能)及P3-P6口，多數(shù)有復(fù)用功能。(5)有兩個16位定時器AB，均各帶3個比較捕獲模塊，每個模塊可獨立編程，用于產(chǎn)生定時脈沖，捕獲外部事件。(6)片內(nèi)集成液晶驅(qū)動器，驅(qū)動能力可達(dá)160段。(7)通用通信模塊UART0和UART1，軟件可選同步/異步方式。(8)具有自動循環(huán)采集功能8通道12位ADC12，自帶采樣保持器和可選電壓基準(zhǔn)，可自動掃描。(9)JTAG接口或片內(nèi)BOOTROM使程序下載調(diào)試極其方便，程序代碼由安全熔絲愛護(hù)。(10)不須加裝存貯器，片內(nèi)自帶2K字節(jié)及在線可擦除編程32K字節(jié)主Flash十256字節(jié)信息Flash.片內(nèi)模塊包含3個操縱寄存器，時序發(fā)生器，提供編程及擦除電壓的電壓發(fā)生器及Flash存貯器本身，其中主Flash分為每段512字節(jié)的段0~63，信息Flash分為每段128字節(jié)的段A、B。在無線收發(fā)模塊的軟件設(shè)計中，無線收發(fā)芯片的設(shè)置是尤為重要的一步，果芯片的初始化設(shè)置沒有設(shè)置好，將會導(dǎo)致整個無線收發(fā)模塊停止工作。初始化設(shè)置包括射頻輸出頻率的設(shè)置，調(diào)制方式的設(shè)置，操縱寄存器的設(shè)置，通訊協(xié)議的設(shè)置等等。輸出頻率和調(diào)制方式是初始化設(shè)置的基礎(chǔ)，·設(shè)計一個系統(tǒng)首先要確定系統(tǒng)使用的頻率和調(diào)制方式。進(jìn)而要對通訊協(xié)議以及芯片的操縱寄存器進(jìn)行設(shè)置。通訊協(xié)議的設(shè)置確實是兩個節(jié)點統(tǒng)一收發(fā)規(guī)則，要以同一種格式收和發(fā)，即數(shù)據(jù)以什么方式傳送，傳送幾位數(shù)據(jù)，有無起始位和停止位，如何檢查傳送是否正確等等。最后一步確實是對操縱寄存器的設(shè)置，將命令寫入芯片，使芯片按照系統(tǒng)的要求工作。芯片初始化設(shè)置軟件smartstudio:smartstudio是Chipcom公司推出的專門為方便設(shè)置其公司生產(chǎn)的無線收發(fā)芯片的軟件，那個軟件將會關(guān)心用戶設(shè)置無線收發(fā)芯片中的一些參數(shù)，并使它他們的配置達(dá)到最優(yōu)。smartstudio能夠關(guān)心用戶設(shè)置參數(shù)包括接收/發(fā)送模式;傳輸率和數(shù)據(jù)格式;射頻輸出功率;頻率合成要緊參數(shù):射頻輸出頻率，F(xiàn)SK分頻，晶振參考頻率;頻率合成鎖定指示模式等。芯片選擇界面如下圖所示：界面中的選項卡如下圖所示：。5智能家居操縱子系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計智能家庭操縱系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、公共電話網(wǎng)、無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)場總線為應(yīng)用操作平臺，構(gòu)成一個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動操縱、家庭安全防范等功能的操縱系統(tǒng)。

智能家居操縱系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采納計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、操縱技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個都市的綜合信息服務(wù)和治理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。

系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭操縱器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、交換機(jī)、通訊器、操縱器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等要緊部分組成。

5.1硬件設(shè)計基于ARM9開發(fā)平臺的上述優(yōu)點，本系統(tǒng)選用基于ARM920T內(nèi)核的32位嵌入式微處理器S3C2410作為中央操縱器的處理器。中央操縱器以S3C2410為核心依照需求設(shè)計了存儲系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，人機(jī)接口系統(tǒng)等。系統(tǒng)設(shè)計整體硬件圖如下：系統(tǒng)設(shè)計整體硬件圖(l)存儲系統(tǒng)選用SAMSUNG公司的具有64MB容量的K9F1208作為系統(tǒng)外部的NANDFLASH存儲器。K9F1208是市面上一款嵌入式系統(tǒng)中常用的存儲器，用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。選用容量為犯MB的Samsung公司的HY57v561620BT-H芯片2片作為系統(tǒng)外部的SDRAM，用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)，64M內(nèi)存空間滿足系統(tǒng)運行時對內(nèi)存的需求?？紤]到中央操縱器的現(xiàn)有和今后的需要，系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)具有作為內(nèi)存使用的64MB的SDRAM和作為外存使用的64MB的NANDFlash。在S3C2410體系結(jié)構(gòu)中，存儲系統(tǒng)的存儲空間分為8個BANK，每個BANK的大小均為128MB，總共為IGB存儲空間，采納NGCS[0:7]8個通用片選信號引腳選擇8個BANK區(qū)域。BANK0到BANK5的開始地址是固定的，用于ROM或SRAM；BANK6和BANK7用于ROM、SRAM或SDRAM，BANK6的起始地址也為固定的，BANK7的起始地址是BANK6的結(jié)束地址，其起始地址和大小可通過編程改變;所有內(nèi)存塊的訪問周期都可編程，外部等待擴(kuò)展了訪問周期；除了BANK0，所有的存儲段都能夠通過程序操縱存取的位數(shù)8/16/32；支持SDRAM的自動刷新和電源掉電模式等。S3C2410芯片內(nèi)集成外部總線接口支持SRAM、SDRAM、Flash等存儲器，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。依照芯片上述要求，作為內(nèi)存的SDRAM地址空間使用BANK6地址空間;作為外存的NANDFLASH占用BANK0空間。Flash存儲器S3C24l0內(nèi)部集成了NAND閃存操縱器，為了支持NAND加載啟動代碼S3C24l0提供一個內(nèi)部SRAM緩存區(qū)steppingstone，稱為“步堆”。系統(tǒng)啟動時，NANDFLASH中的前4KB的代碼被自動載到steppingstone中，被ARM執(zhí)行。設(shè)置S3C24l0的OM匯l:o}引腳為00時，CPU從NANDFlash啟動。用戶啟動前將引導(dǎo)加載程序BootLoader代碼和操作系統(tǒng)的鏡像存儲在外部的NANDFlash中，處理器上電復(fù)位時，通過處理器內(nèi)部的NAND操縱器將BootLoader代碼自動加載到steppingstone的4KB空間中，現(xiàn)在Steppingstone定位于起始地址0x0運行，BootLoader程序開始執(zhí)行，將操作系統(tǒng)的鏡像加載至外部內(nèi)存SDRAM中，然后操作系統(tǒng)便能夠在SDRAM中運行，啟動完成后，處理器Steppingstone的4KB空間就能夠釋放并用于其他的用途。KgF1208是Samsung公司生產(chǎn)的一款512Mb(64MX8位)NANDFlash存儲器。該存儲器的工作電壓為2.7~3.6V，內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)為528字節(jié)x32頁x4096塊，頁大小為528字節(jié)，塊大小為(16KB512字節(jié))；可實現(xiàn)程序自動擦寫、頁程序、塊擦除、智能的讀/寫和擦除操作，一次能夠讀/寫或者擦除4頁或者塊的內(nèi)容，內(nèi)部有命令寄存器。該器件按功能能夠劃分為:存儲陣列、輸入/輸出緩沖、命令寄存器、地址譯碼寄存器和操縱邏輯產(chǎn)生。其中，命令寄存器用來確定外部設(shè)備對存儲器進(jìn)行操作的類型;地址譯碼寄存器用于保存被訪問的地址并產(chǎn)生相應(yīng)的譯碼選通信號。主設(shè)備通過8位I/O端口分時復(fù)用訪問器件命令、地址和數(shù)據(jù)寄存器，完成對芯片內(nèi)存儲器的訪問。K9FI208上的片選使能信號引腳CE低電平選中，K9F1208的低8位I/O口與S3C2410低8位數(shù)據(jù)線DATA0~DATA7對應(yīng)相連；WP引腳提供相關(guān)數(shù)據(jù)操作愛護(hù)，可通過引出一上拉電阻與電源VCC相連。K9F1208的CLE和ALE直接與S3C2410的對應(yīng)引腳相連；S3C24l0的讀寫操縱信號nFWE和nFRE分不提供KgFI208的WE和RE信號。從NAND閃存讀取數(shù)據(jù)時，S3C24l0就通過相關(guān)操縱信號輸出把nFRE設(shè)置成低電平，nFWE為高電平，在系統(tǒng)上電復(fù)位時NAND閃存芯片上的邏輯電路保證將數(shù)據(jù)送出;向NAND芯片上寫數(shù)據(jù)時，S3C2410就通過相關(guān)操縱信號輸出把nFWE設(shè)置成低電平，nFRE為高電平。通信系統(tǒng)中設(shè)計了JTAG仿真接口、1路以太網(wǎng)接口、3路RS232接口、1路USBDEVICE接口、l路USBHOST接口。本系統(tǒng)選用CIRRUSLOGIC公司的CS8900A作為系統(tǒng)的以太網(wǎng)操縱芯片。CS8900A是一個單芯片全雙工的以太網(wǎng)解決方案，所有的數(shù)字和模擬電路合成了完整的以太網(wǎng)電路。藍(lán)牙模塊選用愛立信公司的R0K101008。該模塊是一款適合短距離無線通信的射頻/基帶模塊，且集成度高、功耗小，完全兼容藍(lán)牙協(xié)議Versionl.1，可嵌入任何需要藍(lán)牙功能的設(shè)備中。人機(jī)接口系統(tǒng)中設(shè)計了一個LCD接口，支持240x320大小的TFTLCD顯示觸摸屏。該LCD支持彩色/黑白/灰度，支持虛擬屏幕功能，可利用系統(tǒng)存儲器作為顯示存儲器，可編程屏幕大小;同時市場上一般型號的USB鍵盤或USB鼠標(biāo)能夠插在USBDEVICE接口上，方便用戶使用。3通道的UART傳輸，可進(jìn)行基于中斷的操作;支持硬件握手協(xié)議;可編程的波特率;支持?jǐn)U展模塊等。ZigBee或藍(lán)牙模塊通過UART接口與S3C2410相連接。5.2軟件設(shè)計人機(jī)接口電路的軟件設(shè)計：本設(shè)計鍵盤工作采納掃描方式。進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)后掃描鍵盤，當(dāng)鍵盤被按下時，消除抖動處理。否則，退出鍵盤掃描狀態(tài)。消除抖動延時后，再掃描鍵盤，識不有無按鍵按下，假如有，則推斷是哪個鍵。然后向操縱任務(wù)的消息隊列發(fā)送此按鍵所對應(yīng)的消息。當(dāng)停止按鍵后，延時掛起，等待下一次按鍵。流程圖如圖下所示：鍵盤任務(wù)流程圖鍵盤掃描的部分程序如下所示:Intkeysean(void){initnp10，nP11，nP12，nP13;Intnres=0;For(;;){np10=p1IN&BIT0;//讀各引腳狀態(tài)nP11==(P1IN&BIT1)>>l;nP12==(P1IN&BIT2)>>2:nP13==(P1IN&BIT3)>>3;if(np10==0||np11==0||np12==0||np13==0)//是否有鍵按下{break; //有鍵按下}}Delay(); //延遲一段時刻，消除抖動{np10=PlIN&BIT0; //讀取各個引腳狀態(tài)nP11=(P1IN&BIT1)>>l;nP12=(P1IN&BIT2)>>2;nP13=(PlIN&BIT3)>>3;if(np10==0||np11==0||np12==0||np13==0) //是否有鍵按下{nRes=KeyProcess(); //有鍵盤按下，進(jìn)行鍵盤分析}Elsereturn-1; //沒有輸入，為干擾ReturnnRes;}實時時鐘任務(wù)的設(shè)計:芯片有單字節(jié)傳送方式和多字節(jié)傳送方式，通過把RST復(fù)位線驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST復(fù)位線有兩種功能，首先RST邏輯操縱同意地址和命令序列送入移位寄存器，其次，RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)傳送的手段。數(shù)據(jù)輸入時，時鐘的上升沿數(shù)據(jù)必須有效，數(shù)據(jù)的輸出在時鐘的下降沿。假如RST為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送將被終止，且I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。上電時，在VCC>2.5V之前RST必須為邏輯0。當(dāng)把RST驅(qū)動置邏輯1時，SCLK必須為邏輯0。程序流程圖如下圖所示：初始化端口及端口電平模擬程序如下：#include<msp430x44x.h>VoidPort_init(void){P2DIR=0; //P2為輸入方向P2DIR|=CE; //設(shè)置CE為輸出管腳P2DIR|=CLK; //設(shè)置SCLK為輸出管腳return;}VoidCE_Enable(void) //使能CE，實時時鐘選通{P2OUT|=CE;return;}VoidCE_Disable(void) //實時時鐘關(guān)閉{P2OUT&=~(CE);return;}VoidSCLK_HI(void) //SCLK置高{P2OUT|=SCLK;return;}VoidSCLK_LOW(void) //SCLK置低{P2OUT&=~(SCLK):return;}LCD顯示實時時刻程序如下所示:#include<msp430x44x.h>#include<DS1302.h>#include”other.h”#include”LCD1602.h”StrictTimerStrict //定義始終的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu){unsignedcharYear;unsignedcharMouth:unsignedcharDay:unsignedcharHour:unsignedcharMinute:unsignedcharSecond;}unsignedcharDateBuffer={“2008/01/01”}: //定義日期顯示格式unsignedcharTimerBuffer={“00:00:00”}; //定義時刻顯示格式unsignedintSeeondCount;voidLCDdisplay(void) //讀取dsl3OZ時鐘信息，并將結(jié)果存到顯示緩沖區(qū)中{unsignedintTemp:Temp=Read_DS1302_RTC(0X81); //讀秒信息RealClock.Second=Temp;TirnerBuffer[7]=Temp%16+0x30;TimerBuffer[6]=Temp/16+0x30:Temp=Read_DSl302_RTC(0X83); //讀分信息RealCloek.Minute=Temp;TimerBuffer[4]=Temp%16+0x30;TimerBufferI3]=Temp/16+0x30:Temp=Read_DS1302_RTC(0X85): //讀時信息RealClock.Hour=Temp;TimerBuffer[1]=Temp%16+0x30:TimerBuffer[0]=Temp/16+0x30;Temp=Read_DS1302_RTC(0X87): //讀日信息RealClock.Day=Temp;DateBuffer[9]=Temp%16+0x30:DateBuffer[8」=Temp/16+0x30:Temp=Read_DS1302_RTC(0X89): //讀月信息RealClock.Mounth=Temp;DateBuffer[6]Temp%16+0x30:DateBuffer[5]=Temp/16+0x30;Temp=Read_DS1302_RTC(0X8d); //讀年信息RealClock.Year=Temp:DateBuffer[3]=Temp%16+0x30;DateBuffer[2]=Temp/16+0x30;LCD_displaystr_ram(0，3，DateBuffer): //刷新LCD上的日期信息LCD_displaystr_raln(l，l，TimeBuffer); //刷新LCD上的時刻信息}5.3Web遠(yuǎn)程操縱5.3.1嵌入式遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)的設(shè)計智能家居的遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)采納B/S結(jié)構(gòu)，用戶利用遠(yuǎn)程計算機(jī)訪問Internet，通過掃瞄器訪問嵌入式WebServer，實現(xiàn)對智能家居設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。B/S模式與傳統(tǒng)的C/S模式相比，具有使用簡單，便于維護(hù)，擴(kuò)展性好，無需在客戶端安裝客戶端軟件等優(yōu)點，只需打開客戶端掃瞄器訪問即可。遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)如示意圖如下所示：遠(yuǎn)程監(jiān)控示意圖5.3.2嵌入式Webserver設(shè)計在嵌入式Linux系統(tǒng)下，要緊有3個WebServer:Httpd、Thttpd和BOA。Httpd是最簡單的一個Webserver，它的功能最弱，不支持認(rèn)證，不支持CGI(CommonGatewayInterface，通用網(wǎng)關(guān)接口)。Thttpd和BOA都支持認(rèn)證、CGI等，功能都比較全。那個地點我們選擇支持CGI的、特不適合于嵌入式系統(tǒng)的BOAWebServer。BOA是一個單任務(wù)的WEB服務(wù)器，源代碼開放、性能可靠、穩(wěn)定性好，特不適合應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。本設(shè)計需要一個支持CGI功能的WebServer以便支持動態(tài)網(wǎng)頁。BOA具有的功能特性滿足本設(shè)計的需要，故選用BOA作為WebServer，其工作流程如下圖所示：Web服務(wù)器Boa的工作流程圖選用BOA作為WebServer，能夠方便地在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上移植。在移植前，依照具體的情況先對BOA做配置及修改。其中boa.conf配置文件專門重要，它由一些規(guī)則組成，用于配置BOA，指定監(jiān)聽端口，服務(wù)器名稱、CGI執(zhí)行文件路徑等。5.3.3實現(xiàn)動態(tài)Web頁面的C引技術(shù)到目前為止，實現(xiàn)動態(tài)web頁面有4種技術(shù)可供選擇:CGI(c0InmonGatewayInterface)、ASP(ActiveServerPage)、ASP.NET(ActiveServerP)、PHP(PersonalHomePage)和JSP(JavaserverPage)。在嵌入式Linux下假如要實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁，只能采納CGI，因此目前嵌入式Linux還不支持ASP、PHP等動態(tài)web頁面技術(shù)。CGI(CommonGatewayInterface)提供web服務(wù)器一個執(zhí)行外部程序的通道，這種服務(wù)端技術(shù)使得掃瞄器和服務(wù)器之間具有交互性。CGI程序?qū)儆谝粋€外部程序，需要編譯成可執(zhí)行文件，以便在服務(wù)端運行。掃瞄器將用戶輸入的數(shù)據(jù)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器將數(shù)據(jù)使用STD取送給CGI程序，在執(zhí)行CGI程序后，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結(jié)構(gòu)文件，經(jīng)Web服務(wù)器送回掃瞄器顯示給用戶。CGI程序能夠用任何程序設(shè)計語言編寫，如Shell腳本語言、Perl、Fortran、Pascal、C語言等。但目前嵌入式Linux不支持Perl、Fortran等語言，而且用C語言編寫的CGI程序具有執(zhí)行速度快、安全性高，因此我們選擇用C來編寫CGI程序。CGI工作原理:CGI公共網(wǎng)關(guān)接口是在WEB服務(wù)器上定義了WEB客戶請求與應(yīng)答的一種方法。當(dāng)客戶端的用戶向WEB服務(wù)器發(fā)出HTTP請求(稱為CGI請求)，客戶向服務(wù)器的請求只要屬于CGI范圍，就啟動WEB服務(wù)器的一個CGI程序。它的任務(wù)是把客戶的請求從環(huán)境變量和標(biāo)準(zhǔn)輸入Stdin中取出，并進(jìn)行相應(yīng)的加工處理。待處理結(jié)束后，由CGI程序通過標(biāo)準(zhǔn)輸出決定如何對客戶的請求做出應(yīng)答，將處理結(jié)果以HTML格式回送到客戶端掃瞄器。訪問一個CGI程序的完整過程如下:用戶要求掃瞄器訪問一個CGI程序資源(URL地址指向這CGI程序);(1)掃瞄器與web服務(wù)器建立連接，發(fā)送HTTP請求;(2)Web服務(wù)器接收到HTTP請求，分析掃瞄器請求的資源，發(fā)覺是一個CGI程序;(3)服務(wù)器將HTTP請求頭標(biāo)設(shè)置成環(huán)境變量，執(zhí)行CGI程序;(4)假如HTTP請求方法是POST，CGI程序從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取掃瞄器發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，假如HTTP請求方法是GET，CGI程序從環(huán)境變量QUERY_STRING中獵取掃瞄器發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容;(5)CGI程序依照掃瞄器發(fā)送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)處理，并將生成的結(jié)果輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出;(6)服務(wù)器在CCI程序的結(jié)果上附加狀態(tài)行和一些頭標(biāo)信息，然后將結(jié)果返回給掃瞄器。操作過程如下圖:訪問CGI程序過程圖系統(tǒng)在設(shè)計操縱網(wǎng)頁的時候，響應(yīng)用戶設(shè)置一次家電狀態(tài)的操作，CGI程序必須使用websWrite函數(shù)將家電設(shè)置后的狀態(tài)值刷回到相應(yīng)的網(wǎng)頁中去。系統(tǒng)設(shè)計了一個操縱過程，用戶通過Internet在操縱頁面上設(shè)置相應(yīng)的操縱命令以及操縱參數(shù)，然后交由特定的CGI處理程序處理后并發(fā)送到家居操縱系統(tǒng)，最終由設(shè)備來完成用戶需求，如此完成整個的遠(yuǎn)程操縱過程。CGI程序?qū)彝ブ械脑O(shè)備監(jiān)控是通過家居操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)的，CGI程序?qū)⒂脩舻牟倏v命令轉(zhuǎn)交給家居操縱系統(tǒng)來完成。CGI程序與家居操縱系統(tǒng)之間的通信是進(jìn)程間的通信，對用戶的響應(yīng)速度差不多上不受響應(yīng)，響應(yīng)速度要緊受設(shè)備自身的響應(yīng)時刻的阻礙。

6系統(tǒng)功能測試6.1主控信息中心調(diào)試智能家居信息平臺的所有硬件都設(shè)計了PCB版圖，均采納兩層板設(shè)計，元器件大部分采納表貼片器件封裝，在各模塊調(diào)試中附有它們各自的PCB版圖設(shè)計。整個系統(tǒng)的實物圖如下圖所示，圖片左下角的大