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        基于嵌入式arm9的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

        2014-10-21 19:57:17林昊然

        摘 要:隨著時(shí)代的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,智能家居這一概念逐漸興起。本文提出基于arm9內(nèi)核的三星S3C2440處理器,結(jié)合以Linux系統(tǒng),Internet技術(shù),在智能家居控制系統(tǒng)器上實(shí)現(xiàn)了嵌入式Web服務(wù)器、CGI腳本服務(wù)體系及后臺(tái)控制系統(tǒng),讓用戶能夠在任何可以接入以太網(wǎng)的地方使用用戶名和密碼登錄系統(tǒng)操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)智能家居的相應(yīng)功能的智能家居遠(yuǎn)程控制服務(wù)器。

        關(guān)鍵詞:智能家居;Linux系統(tǒng);arm9;以太網(wǎng)

        中圖分類號(hào):TP273.5

        隨著計(jì)算機(jī)與嵌入式技術(shù)的生活化,各種智能化、信息化的消費(fèi)電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。這些家用電器在方便人們的生活,提高人們的生活質(zhì)量的同時(shí),也提出了一個(gè)問題,如何對(duì)家庭中越來越多的信息家電進(jìn)行有效的控制。智能家居是由歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家提出的一種概念,旨在將家庭中離散的信息設(shè)備連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視控制和家庭事務(wù)的管理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)生活要求的不斷提高,實(shí)現(xiàn)家庭智能遠(yuǎn)程控制成為一種趨勢(shì),追求精神內(nèi)涵、安全舒適、便捷智能化和自動(dòng)化為理想目標(biāo)。為此,本文提出了一種基于arm9處理器S3C2440的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)通過多個(gè)不同的模塊,包括處理器模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、家電控制模塊、安防控制模塊、攝像頭模塊、GPRS模塊、藍(lán)牙模塊以及以太網(wǎng)接口等[1]。通過這些模塊,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下與智能家居相關(guān)的功能:

        (1)家居監(jiān)控。系統(tǒng)可使用戶實(shí)時(shí)查看家中的溫濕度、PM2.5等環(huán)境指數(shù)。當(dāng)這些環(huán)境指數(shù)超出設(shè)定的閾值時(shí),系統(tǒng)通過GPRS模塊,向用戶手機(jī)發(fā)出短信報(bào)警。

        (2)遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)通過家電控制模塊,可以讓用戶對(duì)家中的一些家具電器進(jìn)行控制。

        (3)安防功能??稍诰W(wǎng)絡(luò)頁(yè)面上開啟視頻監(jiān)控功能,進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控,并實(shí)現(xiàn)視頻存儲(chǔ)及移動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警,達(dá)到安防作用。

        (4)門禁功能??梢詥⒂肦FID門禁功能作為輔助工具,實(shí)現(xiàn)家居的門禁效果。

        系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

        由于篇幅有限,接下來介紹主要功能模塊。

        1.1 主處理器模塊

        該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心,完成所以接口的調(diào)度和事件的處理。主模塊選用三星公司開發(fā)的一款基于arm920t內(nèi)核和0.18umCMOS工藝的16/32位RISC微處理器,主頻可達(dá)500多MHz。具有成本低,功耗低,性能高,接口眾多,且其穩(wěn)定性于可靠性經(jīng)多年市場(chǎng)的實(shí)踐,方案成熟,技術(shù)支持好。眾多的接口令其能輕松完美地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)外設(shè),較高的主頻及優(yōu)秀的CPU及豐富的RAM能令其完美的運(yùn)行l(wèi)inux系統(tǒng),完成整體系統(tǒng)的要求。

        1.2 通信模

        本系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接口,GPRS模塊,Zigbee模塊,藍(lán)牙模塊等方式與外界通信。

        以太網(wǎng)接口選用DM9000A芯片,與主處理器以16位總線接口相連,可根據(jù)需要以單工或全雙工模式運(yùn)行。通過其內(nèi)部操作時(shí)序,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與以太網(wǎng)的相接。[2-3]

        GPRS模塊、zigbee模塊和藍(lán)牙模塊則采用市場(chǎng)上較為成熟的sim900a,cc2530,cc2540等解決方案。這些方案久經(jīng)市場(chǎng)考驗(yàn),極為成熟。

        1.3 家居外設(shè)

        本系統(tǒng)采用多項(xiàng)智能家居的外設(shè),如家居控制,環(huán)境監(jiān)控,視頻監(jiān)控等模塊。外設(shè)與處理器通過can總線,spi總線,USB接口等方式通信[4]。

        家居控制模塊包括電燈,窗簾,空調(diào)等的控制。電燈由繼電器控制,服務(wù)器記錄狀態(tài);為了最小程度改變空調(diào)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)通過架設(shè)紅外發(fā)射管模擬遙控器。窗簾通過步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的角度來控制開閉程度。

        環(huán)境監(jiān)控模塊則由一系列的傳感器構(gòu)成,如PM2.5傳感器,溫濕度傳感器等。數(shù)據(jù)一方面上傳服務(wù)器,可供用戶登錄查看。另一方面通過閾值監(jiān)控報(bào)警功能,實(shí)現(xiàn)安防作用。

        視頻監(jiān)控模塊采用專用的帶USB接口的集成攝像頭模塊。主機(jī)接上大容量的sd卡,能夠在用戶需要時(shí)儲(chǔ)存特定時(shí)間段的視頻,便于日后查看。

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        整個(gè)系統(tǒng)由引導(dǎo)裝載程序(U-Boot),設(shè)備驅(qū)動(dòng),嵌入式linux內(nèi)核以及應(yīng)用程序組成。這也符合一般嵌入式系統(tǒng)的軟件構(gòu)成[5-6]。

        其中,操作系統(tǒng)使用Linux2.6系統(tǒng)內(nèi)核,應(yīng)用程序主要包括二個(gè)部分:一是是智能家居系統(tǒng)的主應(yīng)用程序;二是以太網(wǎng)與圖形應(yīng)用界面。

        第一部分的主要功能的實(shí)現(xiàn),主要是應(yīng)用程序的編寫,程序流程圖如圖2所示。

        第二部分是圖形界面的相關(guān)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用qt3軟件進(jìn)行具體界面的設(shè)計(jì)與移植。

        本設(shè)計(jì)中,先設(shè)置好主窗口,在主窗口上添加與控制主題相關(guān)的按鈕圖片。在用戶按下按鈕時(shí),顯示相應(yīng)界面。在各個(gè)外設(shè)的界面上,同樣用按鈕表示相應(yīng)的操作。這些功能通過qt3的添加控件可以實(shí)現(xiàn)。

        3 整機(jī)效果

        在實(shí)驗(yàn)室智能家居實(shí)驗(yàn)房間內(nèi)裝備相應(yīng)的系統(tǒng),通過手機(jī)登陸網(wǎng)絡(luò),連接服務(wù)器ip地址后,通過用戶名與密碼登陸系統(tǒng),能夠完成相應(yīng)的操作,并在環(huán)境參數(shù)超過閾值的時(shí)候發(fā)送手機(jī)短信報(bào)警。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        通過實(shí)驗(yàn)室中的模擬家居環(huán)境測(cè)試,各項(xiàng)家居外設(shè)控制正常,各項(xiàng)監(jiān)控安防裝置能夠正常工作,用戶能夠通過以太網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能操控,達(dá)到了初期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,可靠性強(qiáng),成本低,可操作性好,適合大面積推廣。

        參考文獻(xiàn):

        [1]戴剛,高洋,陳煌華.基于ARM的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J].世界電子元器件,2007(08).

        [2]嚴(yán)厲平.嵌入式智能家庭網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005(02):14-16.

        [3]劉霞輝,段承先.基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)家電控制器[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2009(02):170-172.

        [4]徐鋒,劉欣,方加寶.智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].低壓電器,2009(04):21-24.

        [5]孫弋.基于S3C2440的嵌入式Linux開發(fā)實(shí)例[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2010.

        [6](英)馬修.Linux程序設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2010.

        作者簡(jiǎn)介:林昊然(1994.07-),男,本科在讀,研究方向:電子電路。

        作者單位:中國(guó)計(jì)量學(xué)院,杭州 310018

        基金項(xiàng)目:2014年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃(新苗人才計(jì)劃)項(xiàng)目《基于嵌入式arm9的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)》。

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