基于嵌入式的智能家居控制系统

基于嵌入式的智能家居控制系统基于嵌入式的智能家居控制系统第1页智能家居控制系统概述：智能家居系统是利用先进计算机技术、网络通讯技术、智能云端控制、综合布线技术、医疗电子技术依照人体学原理，融合个性需求，将与家居生活相关各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖、健康保健、卫生防疫、安防保安等有机地结合在一起，经过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”全新家居生活体验。基于嵌入式的智能家居控制系统第2页智能家居研究背景及意义伴随信息技术发展和物质生活水平提升，大家对家居生活环境要求越来越高，家居不但是居住场所，也是休闲、娱乐地方[1]。当前，高科技已经应用于智能住宅中，智能含义也在不停地深入和变革，不但是对家居设备进行控制，而且希望能够随时随地地了解家中情况并对其进行远程控制。基于嵌入式的智能家居控制系统第3页智能家居系统系统总设计：嵌入式系统设计硬件设备触摸式液晶屏控制浏览器控制系统测试基于嵌入式的智能家居控制系统第4页嵌入式系统嵌入式系统架构嵌入式系统搭建Uboot程序Linux内核根文件系统嵌入式硬件平台应用软件层系统软件层基于嵌入式的智能家居控制系统第5页嵌入式系统架构嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可裁剪，对功效、体积、功耗、可靠性要求严格专用计算机系统。嵌入式系统组成如图2.2所示，由硬件平台、系统软件层和应用软件层组成。硬件平台包含微处理器和外围设备等；系统软件层包含操作系统、根文件系统和底层驱动；应用软件层包含各种应用程序，如Qt应用程序。基于嵌入式的智能家居控制系统第6页嵌入式硬件平台是系统架构基础，决定系统所含有功效，上层结构都是基于这些功效进行开发。硬件平台有微处理器、存放器（ROM、RAM等）、通用外围设备接口（SPI、I2C、USB等）和I/O接口（数模转换接口、模数转换接口、输入/输出等）。微处理器、时钟芯片和存放器芯片组成嵌入式关键控制模块，可依据任务需求，添加控制模块外围电路，实现功能扩展。基于嵌入式的智能家居控制系统第7页Linux操作系统是系统软件层关键，负责系统资源分配和任务调度，包含各种硬件驱动程序，针对详细应用能够对系统内核进行裁剪，降低内核文件数量，提升系统运行速度。应用软件层位于整个系统最顶层，由Email、文字处理、通讯软件、个人信息处理和人机交互软件等组成，依据详细需求，有针对性地在应用软件层上进行开发，实现人机交互。基于嵌入式的智能家居控制系统第8页嵌入式系统搭建嵌入式系统搭建如图2.3所示，主要分为uboot程序、Linux内核和根文件系统。uboot程序包含引导程序和开启参数；Linux内核是嵌入式中操作系统；根文件系统包含系统文件和应用程序等。基于嵌入式的智能家居控制系统第9页uboot是由DENX团体开发，用于各种嵌入式SOC（X86、ARM等）BootLoader程序。uboot是通用BootLoader程序，一是它能够加载各种不一样操作系统（如Linux、VxWorks等）；二是它支持各种架构微处理器（如PowerPC、x86、ARM等）。uboot操作模式分为开启模式和交互模式，开启模式用于初始化硬件设备、设置内存空间映射和为后续内核开启做准备；交互模式用于文件下载，将内核镜像等系统文件下载到内存。基于嵌入式的智能家居控制系统第10页Linux内核是嵌入式操作系统关键，主要实现存放管理、设备驱动挂载、文件管理、进程管理、网络通信和系统调用等功效。选择Linux作为嵌入式操作系统，原因有三点：第一专用性强，针对不一样任务可对内核进行裁剪，精简内核、提升工作效率和稳定性；第二功效强大，Linux自带虚拟文件系统和内存管理，支持YAFFS2、CRAMFS等各种格式文件，支持各种设备驱动，包含网卡、音频和USB驱动等，支持各种网络协议，含有完善网络服务；第三Linux内核源代码是开放，不存在黑箱技术，有众多志愿开发者在协同工作，为Linux提供强大技术支持。基于嵌入式的智能家居控制系统第11页根文件系统与普通文件系统不一样，它是Linux开启后去挂载第一个文件系统。根文件系统按照树型结构组织，包含系统运行需要文件和程序，如内核镜像文件、嵌入式Qt软件等。根文件系统包含目录有固定命名，表2.1所表示是根文件系统中目录名及其说明。基于嵌入式的智能家居控制系统第12页系统硬件选择Samsung企业生产S3C2440微处理器，它是基于ARM企业设计ARM920T内核，是一款32位RISC微处理器。S3C2440微处理器配有CMOS宏单元和存放器单元，在高性能和低功耗方面提供最正确特征，详细有以下几点：（1）完整体系结构：含有丰富和强大指令系统，MMU支持各种操作系统，缓存结构能降低执行带宽和延迟性；（2）强大系统管理：含有大小端转换模式，存放器有完整访问周期，在掉电时能够自动更新，配有各种不一样开启模式；基于嵌入式的智能家居控制系统第13页（3）高速缓存存放器：由64路指令和数据缓存组成，能够进行直写和回写操作；（4）各种电源管理模式：普通模式，正常运行模式；空闲模式，停顿CPU时钟；睡眠模式，关闭全部外设电源；（5）丰富扩展接口：触摸屏、IIC总线、IIS总线、SD主机、USB主机和SPI接口等。基于嵌入式的智能家居控制系统第14页触摸式液晶屏控制触摸式液晶屏控制实现包含操作界面与串口通信，操作界面由Qt界面程序实现，串口通信由串口驱动、Qt串口通信类和Linux系统函数共同完成，图3.2所表示是触摸式液晶屏控制方案设计。基于嵌入式的智能家居控制系统第15页操作界面操作界面主要使用Qt技术，Qt是一款基于C++语言进行开发图形界面软件，它支持跨平台运行，对于不一样操作平台有对应Qt软件安装包，Qt专用性强、占用资源少、无需额外安装其它软件。在计算机中安装X86和嵌入式两个Qt软件版本，将编写好Qt文件经嵌入式版本下Qt类库进行编译，生成可执行程序，经NFS根文件系统将程序拷贝到嵌入式主板中，开启主板，程序可在触摸屏上运行。基于嵌入式的智能家居控制系统第16页Qt界面设计由安全设置、家电控制和环境信息三个别组成。安全设置是从系统和住户安全性方面考虑，预防外人进入系统，对家居设备进行操控和获取信息，造成安全和财产方面损失；家电控制主要包含灯光、窗帘和空调控制；环境信息是用温湿度传感器，对室内温度和湿度信息进行采集。基于嵌入式的智能家居控制系统第17页串口通信方式数据通信是触摸式液晶屏控制关键，选择串口通信方式，实现触摸屏与ZigBee协调器之间数据通信。串口通信属于异步通信，按位发送和接收字节，端口可同时进行数据读、写等操作。串口通信布线简单，经地线、发送、接收3根线即可实现设备之间连接。串口设备与其它硬件设备一样，在Linux系统中是以设备文件形式存在，编写串口驱动模块，以insmod方式将驱动模块加载到Linux内核，利用Qt串口通信类和Linux系统调用进行串口数据操作。基于嵌入式的智能家居控制系统第18页浏览器控制利用B/S模式实现浏览器控制，B/S模式工作框架如图4.1所表示，包含浏览器、Web服务器、后台CGI程序和ZigBee协调器。基于嵌入式的智能家居控制系统第19页工作流程（1）浏览器发送请求，在地址栏中敲入网页控制系统URL地址，浏览器遵照Http和TCP/IP协议生成请求报文，将请求报文发送给服务器，报文里面包括URL地址、请求方式和状态码等信息。Http（超文本传输）协议属于应用层协议，用于浏览器与服务器之间超文本文件传输。TCP/IP协议称为网络通讯协议，属于传输层协议，由网络层IP协议和传输层TCP协议组成，TCP/IP协议定义设备怎样连入Internet和数据怎样在它们之间传输。（2）服务器返回响应，嵌入式系统中Web服务器接收到请求报文后，对报文进行解析，依据URL地址和请求方式在文件系统中查找对应文件，将文件以响应报文形式返回给浏览器，响应报文包含报文头与报文体。基于嵌入式的智能家居控制系统第20页（3）调用后台CGI程序，实现控制主板与ZigBee协调器之间串口通信。CGI程序获取从浏览器发送过来环境变量，依据变量字节数，开辟内存空间创建详细对象或结构体，利用系统函数去操作串口文件设备，向串口设备发送和接收数据。（4）浏览器收到响应进行解析，将文件以网页形式在浏览器上展现，文件包含Html文件、JavaScript文件、样式表和图片等。这些文件不是由Web服务器一次性传递给浏览器，存在先后次序，Web服务器先将Html文件发送给浏览器，浏览器接收到文件后进行加载，发觉Html文件中包含JavaScript文件会再次发送请求，向Web服务器请求JavaScript文件，收到请求后，Web服务器依据请求再次从文件系统中找到对应文件，将它返还给浏览器，其它文件也一样。经过屡次请求和响应，当浏览器接收完全部需要数据后会停顿请求，网页加载成功。基于嵌入式的智能家居控制系统第21页系统测试依据前面设计思绪和实现功效，对智能家居控制系统各个模块进行测试，包含嵌入式系统、硬件设备、触摸式液晶屏界面和浏览器页面。对系统整体进行测试并统计测试数据，测试数据表明，系统工作稳定，实现设备运行状态控制，顺利完成最初设计思绪和实现功效。基于嵌入式的智能家居控制系统第22页与展望依据嵌入式技术本身特点和智能家居市场发展情况，提出了系统设计方案及架构，实现智能家居系统家居设备环境温度采集和灯光、窗帘、空调控制等功效。伴随物联网不停发展，软件架构日趋完善，芯片集成度不停提升，都将为智能家居控制领域提供更大发展和提升空间，扩充智能家居产品市场。为大家带来愈加便利、愈加安全舒适生活。基于嵌入式的智能家居控制系统第23页参考文件王统基于嵌入式智能家居控制系统杭州杭州电子科技大学baidu百科智能家居系统俞超嵌入式系统实例分析——智能家居控制系统基于嵌入式的智能家居控制系统第24页ThankYou！基于嵌入式的智能家居控制系统第25页