智能家居系统（精选12篇）
智能家居系统 篇1
0 引言
随着计算机技术的发展, 嵌入式技术的应用越来越广泛, 工业控制、家用电器、医学检验、网络设备、智能开关、汽车制造、航空航天—特别是嵌入式操作系统的应用被结合到人类的生活起居中, 用于实现集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境[1]。
在分析和比较现有实时操作系统的基础上, 本研究提出一种基于MQX实时操作系统、以MK60DN512VLQ10为硬件核心的智能家居系统实现方案, 该系统可实现温湿度检测、光敏检测、电机控制窗帘、常见燃气浓度检测、LCD显示、串口通信和GPRS短信报警等功能, 并且可以通过基于Lab VIEW开发的上位机控制平台对智能家居系统进行实时监控。
该系统是基于MQX实时操作系统设计的。MQX是飞思卡尔旗下众多MCU及MPU上使用的实时操作系统 (RTOS) , 支持多核、多任务、以优先级为基础的抢占式和轮询调度、具备内存管理、执行期间错误侦测、信息传递、信号量等一系列功能。与目前已有的诸如μC/OS、FreeRTOS等其他实时系统相比, MQX还提供了免费的TCP/IP协议栈 (RTCS) 、USB协议栈和文件系统 (MFS) , 可大大降低产品设计难度, 缩短开发时间[2]。MQX是一个公开源码、可移植性强的多任务RTOS, 是应用任务程序的开发平台, 通过基于时间片的任务调度能很好地协调系统中所有任务的运行, 实现宏观任务并发处理。与传统的前后台编程模式相比, 能使CPU效率得到最大发挥, 使系统具有实时性、可靠性和可维护性。
1 系统设计
整个系统由3部分组成:硬件层、操作系统层和应用软件层。K60通过内部A/D模块实时采集光照强度和常见燃气浓度、通过SPI单总线实时采集温湿度等现场数据, 然后进行数据处理和运算, 将处理后的数据作为输入信号, 上传到上位机实时显示。上位机将输入的数据经过算法运算, 得到控制指令下传到K60, K60输出脉冲信号, 经驱动放大后, 实时控制窗帘升降。整个系统的运行如信号采集、输出脉冲、GPRS短信报警、与上位机通信等都由操作系统调度, 它是整个系统中上层控制和下层硬件系统的连接纽带。
2 硬件设计
硬件原理图如图1所示。硬件核心为MK60DN512VLQ10, 该MCU内部集成了512 KB Flash, 4路16位高精度ADC, 32位DMA, 4个可编程定时器, 8个可编程PWM通道, 6路UART、IIC、SPI、CAN等资源, 以便进行功能扩展。同时, 它具有很强的逻辑控制功能, 完全可以取代信号处理和逻辑运算等硬件电路, 这样一方面大大减少了外部硬件电路受干扰的可能, 提高抗干扰性, 另一方面只需改变程序就能改变控制功能, 提高了控制能力[3,4]。
系统精确控制的关键在于数据采集。该系统选择光敏电阻作为光照强度检测装置, 选择MQ-9B作为常见燃气检测装置, 通过K60内部集成的AD模块采集光照强度和常见燃气浓度。选择DHT11作为温湿度检测装置, DHT11是一款温湿度一体化的数字传感器, 该传感器包括一个电阻式测湿单元和一个NTC测温单元, 通过单片机等微处理器经过简单的电路就能够实时的采集当前的温湿度数据。DHT11与K60采用SPI单总线进行通信。
整个系统工作流程如下:首先, K60将DHT11采集的温湿度值和A/D采样的光照强度、常见燃气浓度值上传到上位机中, 上位机实时显示数据;然后, 根据采集值与目标值之间的比较, 得到窗帘的升降高度, 将控制指令通过RS232接口传递给K60, K60驱动步进电机转动进而控制窗帘升降, 实现了调节室内亮度的目的, 并且在LCD上显示温/湿度、光照强度和常见燃气浓度, 当采集值达到报警设定值时, 系统就会通过GPRS模块向目标手机发送报警消息, 以便人工及时处理情况。在该系统中步进电机采用双四拍通电方式, 很好地解决了单四拍方式所引起的电机振荡等缺点。这里不考虑锁存功能, 其简化的控制原理图如图2所示。
3 软件设计
3.1 MQX操作系统
传统以单片机为核心的智能家具系统, 其程序一般采用前、后台的方式编写。后台运行一个死循环, 循环中调用相应的函数完成相应的操作;前台为多个中断, 处理异步事件。这种传统的单片机开发工作中经常遇到程序跑飞或是陷入死循环, 程序跑飞了可以用看门狗解决, 但对于死循环, 只有设置断点, 耗费大量时间来慢慢分析, 也因为无法确定发生中断时程序到底执行到了什么地方, 从而无法判断数据处理程序要经过多长时间才会执行, 中断响应时间无法确定, 使得系统的实时性不强。
MQX是ARC公司开发的Real Time Operation System, 又叫Precise/MQX。MQX RTOS是一套具备延展扩充性的小型可携式实时操作系统, 提供快速的确定性 (deterministic) 运算效能和可靠的连续作业能力, 满足嵌入式应用的严格要求, 这套操作系统具有源码开放、功能齐全、完全免费等优势, 还支持多任务、以优先级为基础的先占式 (pre-emptive) 和循环式 (round-robin) 排程、内存管理, 执行期间错误侦测、信息传递、信号量 (semaphore) 、效能量测和自我测试与稽核 (audit) [5,6,7,8]。
3.2 MQX任务间的调度
家居系统的应用程序采用模块化的设计思想, 由于MQX支持多任务, 本研究将每个功能模块以一个个任务来实现。从时间上看, 各个任务处于并行运行的状态, 极大地提高了系统对事件响应的速度, 有效地提高了CPU对资源的利用率。该应用程序共创建了7个任务:总使能任务、消息处理任务、采集任务、显示任务、通信任务、控制任务以及报警任务。本研究将总使能任务优先级设定为5, 消息处理任务优先级设定为9, 其它4个任务优先级都设定为11。这样可使消息处理任务尽快地处理其他任务发送来的消息, 提高系统对外部事件的响应速度[9,10,11]。
3.3 软件实现
软件实现部分包括两个部分:Lab VIEW开发的上位机部分和基于MQX编写的下位机部分。
3.3.1 基于Lab VIEW开发的上位机部分
Lab VIEW与C和BASIC一样, 也是通用的编程系统, 有一个完成任何编程任务的庞大函数库。Lab VIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示、数据存储, 等等。Lab VIEW也有传统的程序调试工具, 如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序 (子VI) 的结果和单步执行等, 以便于程序的调试[12,13]。
该设计主要利用Lab VIEW的VISA串口通信、数据分析、数据显示和DCT数据库存储等功能。另外, 为了增加程序的实用性, 本研究还添加了用户登录界面。并将程序编译成EXE程序便于分发。具体实现如图3所示, 用户登录界面图如图3 (a) 所示, 主程序运行界面如图3 (b) 所示。
3.3.2 在MQX操作系统下编写的下位机部分
在MQX操作系统下编写的下位机软件结构框图如图4所示。MQX实时操作系统负责协调和调度各个任务。总使能任务负责其他任务的工作与否, 消息处理任务负责在几个任务之间传递消息, 采集任务负责采集温/湿度、光照强度和常见燃气浓度, 控制任务负责驱动步进电机, 进而控制窗帘, 显示任务负责实时显示采集的信息, 通信任务负责与PC之间的数据传输, 报警任务负责通过GPRS模块向手机发送报警信息。
(1) 总使能任务。
该任务包括系统软、硬件的初始化, 调用系统配置文件, 创建其他任务 (调用MQX函数_task_create () ) , 控制其他任务的工作与否, 这样既便于扩展功能, 也利于对系统裁剪、可移植性好。
(2) 消息处理任务。
任务之间可以通过交换消息实现相互通信。任务从消息池分配消息。任务发送消息到消息队列, 并从消息队列接收消息。MQX操作系统里可以调用_msg_create_component () 函数显式地创建消息组件。
(3) 采集任务。
该任务主要用于采集温/湿度、光照强度和气体密度。首先查看总使能是否有效, 若有效则通过A/D接口读取光敏电阻和MQ-9B的数据, 再通过SPI单总线读取DHT11的数据, 然后将数据转化为温/湿度值、光度值和常见燃气浓度值, 进行平均滤波, 最后将数据放入消息队列, 供控制任务使用。
(4) 控制任务。
该任务主要是通过驱动步进电机来控制窗帘。查看总使能是否有效, 若有效则从消息队列中取出数据, 输出脉冲信号, 从而驱动步进电机控制窗帘升降。
(5) 通信任务。
该任务主要是负责通信。查看总使能是否有效, 如有效, 则一方面向上位机实时发送数据, 包括温湿度值、光度值、常见燃气浓度值等;另一方面上位机可以向K60发送各类命令, 包括设置角度值、启动还是停止等, 从而达到智能控制的作用, 使整个系统更加人性化。
(6) 报警任务。
该任务首先完成GPRS模块的初始化, 然后通过GPRS模块向目标手机发送报警消息。查看总使能是否有效, 若有效则当采集的信息超出设定的阈值时, 系统通过GPRS模块向目标手机发送报警信息, 达到远程监控的作用, 使整个系统功能更加全面。通过AT+CMGF=0;命令将模式切换到PDU模式, 一旦采集值超出报警值, 系统就通过GPRS模块向目标手机发送“异常报警”的报警命令:0891683108504705F011000B81, 目标手机号码0008A7085F025E3862A58B66[14]。其中:08代表短信中心号的长度, 91代表短信息中心号码类型, 683108504705F0短消息中心服务号码, 实际号码是8613800574500, 11代表文件头字节, 00代表信息类型是TP-MR, 0B被叫号码长度, 81代表被叫号码类型, 目标手机号码处要添加处理过的目标手机号码, 00代表协议标识 (TP-PID) , 08代表数据编码方, A7代表短信息有效期, 08代表用户数据长度, 5F025E3862A58B66这16位代表汉字“异常报警”, 每个4位代表一个汉字。
(7) 显示任务。
该任务主要是用来实时显示温湿度、光照强度和常见燃气的浓度值。查看总使能是否有效, 若有效则进行实时显示采集的信号。
总使能任务的任务代码如下:
4 实验
为了验证该智能家居系统的实现效果, 本研究搭建的实验平台如图5所示。LCD实时显示数据图如图6所示。
该系统在基于Lab VIEW开发的上位机控制平台上实现了温湿度、光照强度和常见燃气浓度的检测。测试结果图如图7所示。采集的24 h的温/湿度、光照强度和常见燃气浓度曲线图如图7 (a) 所示, 实验每隔30 min进行一次数据采集, 体现了该系统的实时性。对应的数据库存储数据图如图7 (b) 所示。
5 结束语
本研究主要介绍了基于MQX实时操作系统的智能家居系统的软、硬件设计方案以及系统的具体实现。MQX实时操作系统满足应用对嵌入式系统的实时性、可靠性, 缩短开发周期和减小后期维护的难度的要求, 基于Lab VIEW开发的上位机软件实现了对外界环境的采集和实时监控。经实验验证, 该系统具有运行稳定、测量准确、报警及时、操作简单等优点。该设计方案的实现使MQX实时操作系统应用在智能家居上成为一种可能。
智能家居系统 篇2
近年来房价飞涨相信大家都有所了解，所以现在消费者的消费观念也有所提升。虽然买的是房子，但更看重的却是很多房子本身的附加值，只有所有一切令自己满意，消费者才会觉得物有所值。比如地点、环境、配套设施、物业服务等。所以现在消费者首选的不是房子，而是居住环境以及小区设施方面，而后才考虑在此小区内选择什么样的房子。所以房产开发商煞费苦心的来想一些好点子来增加小区的优势，形成卖点吸引消费者的目光。为了达到这一目的，所有房地产开发商都在小区环境和小区的设施方面大作文章，做了大投入来引起注意。而智能家居系统是其中最受重视的一个亮点。随着近年来人们对家居的更高要求，大部分人都对智能家居比较关注，所以无疑智能家居成为了房产营销中必不可少的一个因素。
房产新政出台，置业需谨慎
2011年开始，房产新政的出台，从中央到地方全面落实楼市调控。并明文规定：对已有一套房屋的当地户籍居民家庭，或能够提供当地一定年限纳税证明或者社保缴纳证明的非当地户籍居民，限购一套住房，并且二套房首付提至六成。限购令的出台以及频繁的加息政策预示着，买房拿来当做投资显然不是普通业主所能操持的“生意”了，随着近年来房地产的迅速发展，楼价的迅速攀升。使得消费者不得不对自己所选的楼盘环境以及配套设施有进一步的要求，那么智能家居就无疑成为当下继智能小区之后的新楼盘营销亮点。
智能家居系统亲民化，实质诱惑
随着房价的迅速攀升，房价已是人们心中的一大心病，智能家居系统/产品也不亲民的话，恐怕很多楼盘有了新的智能家居营销亮点，但也不是大众消费得起的。近年来智能家居生产厂商也都转变意识走亲民路线。曾经以为业内专家曾说：其实智能化的时代应该是一种普及智能家居的时代，智能化实现的功能应全部都能让中国人用得上，用得起，而非只是富人独享，应该更加的大众化。比如说普通老百姓在家希望实现灯光的智能化及或者说家电设备的智能化，几千块就做到的了。所以智能家居价格的亲民化以及智能家居系统的功能使用性便捷性，使得楼盘用上智能家居有了实际的诱惑力。
家装公司与智能家居企业开始合作，智能家居与装饰企业的合作，更能让房地产商相信时机已成熟，智能家居会是楼盘营销新手段。
邦奇智能家居照明控制系统 篇3
智能照明控制系统是最先进的一种照明控制方式，它采用全数字、模块化、分布式的系统结构，通过五类控制线将系统中的各种控制功能模块及部件连接成一个照明控制网络，它可以作为整个建筑物自动化管理系统（BA系统）的一个子系统通过网络软件接入BA系统，也能作为独立系统单独运行，在照明控制实现手段上更专业、更灵活，可实现对各种照明灯的调光控制或开关控制，是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。
一、邦奇智能照明控制简介
邦奇电子智能照明控制系统，通常由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、编程插
口、时钟管理器、手持式编程器、监控软件（网桥)等部件构成，将上述各种具备独立功能的控制模块或部件用一条五类数据通讯线（四对双绞线）按手牵手菊花链方式连接起来，形成一个Dynet控制网络。
二、邦奇智能照明控制系统的特点
●可靠性
邦奇电子照明控制系统中控制模块的每个功能都独立地贮存于相应的模块中，不因断电而丢失，这也意味着，若某个模块出现故障，只是与该模块相关的功能失效，而不影响网络其它模块的正常运行，从维护的观点来看这种“独立贮存”的概念，既有利于快速故障定位，又提高了大型照明控制系统的“容错”水平。
●设计、安装、布线易操作性
电气工程师只要阅读本公司相关技术资料无需专门培训就能设计大型照明控制系统，安装时只需将“调光/开关”模块取代原有空气开关或其他开关和保险丝，将可编程控制面板取代原有的手动开关，模块与面板之间用五类四对屏蔽数据线实施低压控制联接，即安全，又简化布线工程。
●系统开放性和扩张性
邦奇电子照明控制系统可在任何时候进行扩展，不必更改原有线路，只需将增加的模块用数据线接入原有网络系统便可。
邦奇电子照明控制系统可以与其他自动化设备相联（如：视/听、舞台照明控制、安保和BAS等）提供如下接口：干簧继电器、RS232、RS485、DMX512。还可针对BAS系统提供一个高级接口，该接口由Dynalite提供一个插入BAS程序中的Active控制软件来实现，完成无缝连接。
●控制方式多样性
邦奇电子照明控制系统控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高，通过实现场景的预制设置和存储后，操作时只需按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景模式，各照明回路就能自动转换到相应的状态，也可以通过其他界面如遥控器、就地控制、场景控制、定时控制、红外探测和红外遥控、就地控制、中央监控、群组组合控制、与其他系统联动、广域控制等。
三、智能照明设计方案
●客厅
客厅是全家活动的场所，没有其他任何一个房间可以如此通用。我们可以在其中款待客人，看电视，读书，听音乐，开派对，或者仅仅是放松自己。所以，客厅的照明要求很高。照明可以为客厅营造生动引人且适合不同需求的氛围。通常，相对于其他房间类型，我们在客厅中活动的时间比较长而且类型比较多。
●书房
工作室需要通过照明将您的精力集中在工作上。聚焦在您的书本和文件周围的明亮光线可以使阅读容易而减缓疲劳。另外，你需要确保房间的其余部分被良好的总体背景光所照亮，这将使房间更加舒适，提高您的工作效率，让灵感源源不断。
●厨房
厨房一直是家庭温暖、明亮的中心。那里不仅是烹调和就餐的地方，它还是交谈、学习、工作和娱乐的地方。无论您“做什么饭菜”，您都应确保有恰当的“照明菜谱”。 用基本照明照亮整个区域和利用局部功能照明来准备食物的组合能提供最佳结果。
●餐厅
饭厅照明必须使吃饭与交谈轻松而自如。它必须为家具，餐桌设置和食物添彩。它还要有足够的亮度以满足实际之需。
作为招待的一般规则，您的客人应该能够看见您正在准备的食物。您可以通过由调光器控制的各种照明为任何宴会创造轻松、优雅的格调。餐厅的照明，要求色调柔和、宁静，有足够的亮度，不但使家人能够清楚地看到食物，而且要与周围的环境和餐桌、椅子、餐具等相匹配，构成一种视觉上的美感。
●卧室
卧室照明需满足多方面的要求：柔和、轻松、宁静、浪漫。但同时又要满足装扮、着装，或者睡前阅读的需求。
睡觉大多在黑暗中进行。然而，卧室也是早晨穿衣与打扮，晚上读书与看电视的地方。各种照明的微妙组合提供了完美的卧室设计所需要的平衡。
●主卧室
出发点是总体照明的主要源。它应该是中性的且令人放松的，并通过使用一个以上的照明点而最好地得以实现。然后考虑实际的照明需要：梳妆台和衣柜需更明亮的光，以及床周围的阅读照明。最后需要考虑的是柔光灯泡，它可以丰富您的设计，并与用来突出一个特别的物体或特性的聚光灯相组合，为设计提供增强气氛的线索。适合使用调光开关的头顶照明提供您调解照明强度的灵活性以匹配您的情绪。当为您的梳妆台布光时，要保证来自镜子两侧的光线均匀。这将避免在脸上投射阴影。这一区域的光可以比总体照明亮一些。
●浴室
白天，浴室应整洁、清新，而且明亮。晚上，则需创造轻松、闲静而亲密的格调。同时灯具需要有防水防尘的特点。
浴室需要室内整体上有良好的常规照明，还需要对镜子等的局部照明。
来自安装在顶棚上的灯具的常规照明能够提供基本的背景照明。在用于剃须和化妆的镜子周围增加安装在边上的灯将提供来自两边的明亮而均匀的光。这样就可避免当光源安置在镜子上面时投射在脸上的阴影。
四、智能照明控制
●集中控制和多点操作功能：
在任何一个地方的终端均可控制不同地方的灯；或者是在不同地方的终端可以控制同一盏灯。
●软启功能：
开灯时，灯光由暗渐渐变亮，关灯时，灯光由亮渐渐变暗，避免亮度的突然变化刺激人眼，给人眼一个缓冲，保护眼睛。而且避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击，保护灯泡，延长使用寿命。
●灯光明暗调节功能：
无论您是在会客、看电视、听音乐、或与家人在一起、或独自思考、甚至在品尝威士忌时，调节不同灯光的亮度，更能为您创造舒适、宁静、和谐、温馨的气氛、更深的体会生活，柔和的光线能给您一个好心情，少而暗的光帮助您思考，多而亮的光使气氛更加热烈。而这些操作时非常方便的，你可以按住本地开关来进行光的调亮和调暗，也可以利用集中控制器或者是遥控器，只需要一按按键，就可以调节光的明暗亮度。
●全开全关和记忆功能：
整个照明系统的灯可以实现一键全开和一键全关的功能。当您在入睡或者是离家之前，你可以按一下全关按钮，全部的照明设备将全部关闭。免除了您跑遍全部房间的烦恼。
●定时控制功能：
比如说每天早上七点钟，您床边的台灯会亮起，晚上12点的时候您家里的灯会自动熄灭。
●场景设置：
对于固定模式的场景、您无需逐一地开关灯和调光，只进行一次编程，就可以按一个键控制一组灯，这就是场景设置功能。当您在书房读书累了的时候，需要小憩一会，只要按动一个键，转入书房休息模式，灯光将由明亮渐渐的转入昏暗，您就可以舒舒服服的眯上一会了。
智能照明系统的灯光设计还可以与其他智能家居系统连动，将更加人性的功能展现在您的面前，当您的家里开舞会的时候，只要您按一下舞会模式的按钮，您的音响就会开启，播放您最最喜欢的曲子，灯光将变暗，闪烁，空调将自动设定为一种比较合适的温度，来营造一种热烈，舒适的娱乐环境。或者当您看电视的时候，您客厅中的灯会变暗，其他房间的等全部关闭。其中，场景的变化是可以随意设定的，可以发挥您自己丰富的想象力，来创造一种梦幻般的环境，它会给您带来更大的乐趣和舒适。
●控制方式
1） 本地开关：可以按照平常的习惯直接控制本地的灯光；根据您的需求，开关可以任意设定所需控制对象，比如门厅的按钮可以用来关闭所有的灯光；这样，当您离家时，轻轻一按即可关闭所有灯光，既节能，安全，又非常方便。
2） 红外、无线遥控：在任一个房间，用红外手持遥控器控制所有联网灯具（无论灯具是否处在本房间内）的开关状态和调光状态；您不需要进入房间后在开灯，在您进入任一间居室前您就可以用遥控器打开灯光，从此您再也不用在黑暗中寻找灯的开关了。
3） 电话远程控制：通过任何一部普通电话或手机，实现对灯光或场景的远程控制。此功能可以用在晚归前模拟主人在家的灯光状况，以迷惑可能的窃贼。
4） 计算机/互联网控制：通过本地计算机或者INTERNET上的一台计算机，可以远程控制灯光状态。
5） 时间场景控制：通过日程管理模块，可以对灯光的定时开闭进行定义。例如，在每天早晨7:00，将卧室的灯光缓缓开启到一个合适亮度；在深夜，自动关闭全部的灯光照明。
智能家居系统 篇4
随着网络技术和通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高,实现家庭智能的远程监控已经成为必然的趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求,其中包括实行安全防范自动化监控管理:对住宅的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器;系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制[1,2]。随着GPRS远程通信技术和短距离无线网络通信技术的不断发展和成熟,智能家居的监控技术也逐步成熟[3,4],GPRS网络通信业务是通信公司推出的一项数据传输通信业务,在GPRS网络覆盖区域内,传输距离不受限制,通信费用相对低廉,传输速率较快。ZigBee短距离无线通信技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术[5,6],主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。本文解决了家庭智能嵌入式系统、GPRS远程通信、ZigBee无线通信、家电解码及编码、家居控制协议等相关技术难点,分析了其各自基本特点和所要实现的基本功能,并在此基础上提出了基于Linux嵌入式系统和ZigBee网络及GPRS无线通信的智能家居系统的总体解决方案。
1 系统整体设计方案
智能家居网络指的是在一个家居中建立一个通信网络,将各种家电设备互相连接起来,实现对所有智能家居网络上设备的远程使用和控制及任何要求的信息交换,如音乐、门窗、电源、电视或数据等等[4]。智能家居网络的构架包括家庭内部网络系统、智能家居控制器以及智能家居网络与外部网络之间的数据通信。其中,智能家居控制器是智能家庭网络的一个重要组成部分,起到核心的管理、控制和与外部网络通信的作用。它是通过家庭管理平台与家居生活有关的各种子系统有机结合的一个系统,也是连接家庭智能内部和外部网络的物理接口,完成家庭内部同外部通信网络之间的数据交换功能,同时还负责家庭设备的管理和控制。智能家居控制器一方面需要为家庭内部布线提供通信接口,采集家庭设备的信息,并进行处理、自动控制和调节;另一方面智能家居控制器作为家庭网关,也为外部提供网络接口,连通家庭内部网络和外部网络,使得用户可以通过GPRS网络等方式访问家庭内部网络,实现监视和控制。系统控制方案如图1所示。
本系统采用三星公司最新推出的ARM11S3C6410控制芯片为核心控制器[7],完成所有家庭内部数据的处理,包括数据的采集与控制命令的发出,是整个智能家居控制的核心,采用Linux嵌入式系统为家居总中心监控系统,能够自动运行、处理数据,通过串口管理、无线网络来控制各控制终端,并且中心控制器通过GPRS模块实现家庭系统与手机的通信,使用户可以通过短信方式实现家庭系统的远程控制,同时,控制器还采用10.3寸触摸屏为用户提供命令输入端,采用Linux Qt完成人机界面的编写,通过ZigBee无线通信协议完成家庭内部数据的传输,方便用户实现本地控制。控制终端为单片机组成的若干小的控制系统控制各家用设备,并通过控制总线将这些小的控制系统组成网络,连接到智能家居控制器,受智能家居控制器控制。
2 基于ZigBee无线网络和统一家电协议的家居网络系统
2.1 整体设计
整个智能家居系统全部采用无线网络进行数据传输和监控,以无线网络技术为通信平台,将家庭的安防系统、门窗控制系统、家电照明系统和能源计量系统等这些分立子系统融合成为一个真正意义上的综合智能家居网络系统。既可以使用智能手机或者终端实现本地集中控制,也可以通过使用远程接入Internet网络的智能手机或计算机实现远程监控。智能家居网络系统由分散智能终端层和上端总控制层组成。
上端总控制层主要是以ARM6410中控系统为核心[7]、利用无线通信结构形成的中控网络完成对各种不同智能终端的管理控制。中控系统配置有触摸屏方便用户使用。使用GPRS通信技术,将家庭内部信息及时与主人手机终端进行通信联系,并可以通过手机控制上端总控制层,达到远程控制的效果。
分散智能终端层是由具有智能终端特性(即信号采集处理、输出控制和数据通信功能)的各种不同安防系统、家电控制、家庭照明、家庭安防、温湿度数据采集和通信系统等模块组成。
智能终端层以AT89C51为核心处理器,使用多个I/O口进行传感器检测阵列的信号采集,其中包括红外人体探测信号、火警探测信号、有毒气体探测信号、门窗开闭信号等信号的检测;使用红外发射芯片IR6721C芯片进行家电设备控制信号的发射,可以完成家庭内部控制和GPRS远程控制;使用通信串口1连接无线数据传输芯片XL02-232AP1,XL02-232AP1是UART接口半双工无线传输模块。本文采用了加强型的ZigBee无线技术,符合工业标准应用的无线数据通信设备,可实现多设备间的数据透明传输;通过无线ZigBee进行组网通信;无线功能强大;具备中继路由和终端设备功能。单个终端硬件结构框图如图2所示。
智能终端与中心控制器通过基于ZigBee的无线网络完成通信,传输一个指令的数据包由以下几部分组成:起始编码bite[0][1],地址编码bite[2],数据类型编码bite[4],功能编码bite[5],效验编码bite[6],结束编码bite[7]。每个编码1个字节,发送数据范围在0~255之间,不同家庭内部的起始编码都是惟一的,防止相互信号的干扰,每个接收终端在接收到数据后,都进行地址码判断是否为自己接收的数据包,是则接收,否则不接收,接收到数据包后,对数据要执行的功能进行校验,校验正确,则进行解码,并且在解码成功后通过ZigBee的无线网络发出一个确认接受码,中心控制器在接收到确认接收码后停止再次发生控制指令,否则间隔100ms再次发生相同指令,确保整个ZigBee的无线网络数据通信的准确性和完整性。每个智能终端在正确接收到中心控制器的控制信号后,必须根据信号完成相应家庭内部的控制工作,所以家电设备的控制信号都是由统一的红外编码完成的,不同家电的红外编码各不相同,必须进行红外编码的解码和重新的编码,解码工作利用400MHz的具有存储功能的高精度示波器采集完成,编码采用AT89C51芯片的两个定时器交互中断进行,中断程序控制相应的I/O口产生对应的脉冲,脉冲输出测试结果如图3所示。
2.2 GPRS远程通信设计
以ARM11S3C6410为总控制核心,通过GPRS进行远程数据的发送与处理,使用6410串口2与GPRS进行数据通信,可以将家庭内部数据信息发送给远离房间的主人手机,并可以通过主人手机发送的控制信息控制房间内家电设备,包含摄像头的摄像处理、空调温度设置等。GPRS通信模块安装在智能家居控制器中,主要功能为通过GPRS网络连接到Internet网络,并主动与监控中心建立通信链路,进行双向数据通信。GPRS通信模块设计采用了Freescale公司生产的内嵌TCP/IP协议的G24GPRSOEM[8]。该模块尺寸小,功耗低,便于集成。GPRS通信终端收发模块主要由G24模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS 232串口组成。其供电电压为5V,可采用USB端口供电;通过RS 232串行口与智能家居控制器ARM进行通信。G24收发模块采用AT指令操作,通过RS 232串行口进行数据通信。
GPRS网络通信原理如下:首先通过SGSN节点使通信终端模块附在GPRS网络上;然后通过GGSN节点由PPP(Point to Point Protocol)协议获得一个随机分配的IP地址,连接到Internet上;最后通信终端模块通过Internet,按照监控中心设定的端口号与监控中心建立通信链路。
2.3 系统软件
系统采用Linux操作系统[9],Linux内核是一种源码开放的操作系统,采用模块化的设计。在此只保留了必需的功能模块,删除了冗余的功能模块,并对内核重新编译,从而使系统运行所需的硬件资源显著减少[10]。Linux系统内核集成了大量的网络应用程序,支持全部的标准因特网协议和几乎所有的联网技术,因此将其应用于智能家居控制器的设计,具有代码量小、运行消耗系统资源少、可靠性高、开发周期短等优点,适应智能家庭数据采集控制器对于操作系统的要求。Qt作为一种跨平台的基于C++的GUI系统,能够提供给用户构造图形用户界面的强大功能。本文选用移植性强的Qt软件设计图形用户界面,所设计的GUI实用、简洁、实现了人机交互,可通过键盘或面板对程序进行输入、保存、修改和编译,信息和临时信息及时输出、显示,通过GUI达到了整合系统的目的。在Qt系统中,不仅有着构造完善的系统结构,而且为了满足用户对编写图形用户界面应用的种种需求,还创建了许多新的系统机制,其中Qt所特有的内部进程通信机制具有独特的反应速度,本文采用的Qt应用进程之间通信机制是SignalSlot机制和FIFO机制。Linux系统不断侦查本地GUI消息,任何一个Qt消息被触发,系统都会立即执行相应程序,提高了整个系统的反应速度和稳定性,系统软件设计流程如图4所示。
3 结语
整套系统的设计充分利用了ARM11S3C6410的硬件功能和处理速度,成功移植了以S3C6410为硬件核心的Linux嵌入式系统,并完成了基于Linux Qt的控制程序的开发,解决了多项技术难点,其中包括构建基于ZigBee通信协议的无线网络、基于AT89C51的统一家电控制协议、基于S3C6410的GPRS远程通信、家电控制的直接解码与编码等,实验产品的控制结果效果令人满意,验证了该系统的先进性、稳定性和实用性,具有广泛的推广和应用价值。
参考文献
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[3]KINNEY Patrick.ZigBee technology wireless control thatsimply works[C].[S.l.]:Communications DesignConference,2003.
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[5]陈章龙,余厚全.基于ZigBee的信息家电远程监控方案设计[J].现代计算机,2007(11):121-123.
[6]黄磊,付菲,闵华松.基于ZigBee技术的智能家居方案研究[J].嵌入式网络技术应用,2009(14):71-73.
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[9]王军阵,王建斌.基于ARM和Linux的超声导波管道检测系统[J].仪表技术与传感器,2011(4):51-52.
智能家居系统 篇5
智能家居市场是一个相对空白的市场，特别是在中国的二三线城市，智能家居并没有衍生和普及，这就让创业者有了足够的前期发展空间。
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基于物联网技术的智能家居系统 篇6
摘要：科技的进步带动了人们的生活水平的提高。近年来，智能化的产品不断改变着人们的生活方式和生活品质。物联网技术作为一门新兴的技术学科，正被广泛在各行各业中。本文围绕基于物联网技术的智能家居系统进行探究，以供参考。
关键词：物联网技术；智能化；家居系统
前言
数字化技术现已渗透到各行各业中，智能家居是一咱住宅自动化概念，是把家用电器、安防设备与通讯设备设备功能综合地应用的技术。普通的家居系统成本较高、不利于控制。而智能家居系统可以使传统的家居系统的系统缺陷得到有效的克服。
1.智能家居架构
智能家居的基本架构主要包括5部分，分别是信息家电模块、功能驱动模块、信息处理模块、通信模块和外界信息接口模块。
1.1信息家电模块
信息家电模块是指带有PC主要功能的家电产品，其具有实用性强、操作简便和价格低廉的特点，是一种电脑技术、信息和电子技术与传统家电相结合的新兴产品。在目前传统家电的基础上，加入信息技术，使其更加智能，方便人们操作，也极大地改善了人们的家庭生活环境。
1.2信息处理模块
智能家居中信息处理模块的作用是将独立的信息家电连接起来，实现协同工作与信息共享。信息处理模块的主要功能是收集信息、处理数据和传递数据。收集的信息包括家电的工作状态和服务请求；处理数据是指将收集到的数据进行集中处理，了解工作状态，处理服务请求；传递数据主要是将数据处理的结果传递给功能驱动模块。
1.3通信模块
信息处理模块相当于人体的大脑，通信模块则相当于人类神经。通信模块一般利用家庭中已有的布线或无线传输，因为不同的家电其工作原理和工作方式不完全相同，通信要求也不同，因此通信模块中包含了很多种通信方式。
1.4功能驱动模块
功能驱动模块是信息家电与信息处理模块的连接口。功能驱动模块将信息家电的各种状态信息转换成二进制信息，方便信息处理模块的理解，然后将信息处理模块的指令翻译转换成电平信号来驱动信息家电。简言之，功能驱动模块负责将信息家电的信息传送至信息处理模块，又将信息处理模块的数据处理结果传送给信息家电。
1.5外界信息接口模块
外界信息接口模块的功能是家庭通往外界的网关，让家电信息能够与外部网络相连，从而在互联网上也可以了解家中的家电信息情况。
2.物联网技术
物聯网（The Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分，是实现物物互连进行信息交换和通信的网络。物联网的概念最早于1999年由美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授提出，历经多年的发展和完善，形成了一套完整的技术体系。目前对于物联网的比较通用的定义是通过射频识别、智能传感、通信技术等手段，按照约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、采集、定位、监测、控制和管理的网络系统。物联网从技术结构上可以分为三层，分别为感知层、网络层和应用层。
在物联网的技术体系中，感知层是物联网系统的触手，负责采集信息和控制设备；网络层是物联网系统的神经系统，连接各种传感器和用电设备，进行数据和控制命令的传输和交换；应用层是物联网系统的大脑，负责处理各种数据，响应需求及发布控制命令等。作为物联网神经系统的网络层使用各种通信技术连接设备和应用，是物联网系统的关键技术。
3.物联网的发展为智能家居发展带来的机遇
物联网在IBM提出智能地球后得到迅速发展。物联网的核心技术是通过传感器连接互联网实现网络对物体的感知和控制，实现物与物间的信息传递。ZigBee技术是目前物联网使用最为广泛的传感单元，其信息传递优势为低能耗和高效率，同时还具有较强的抗干扰能力，安装简便，易于维护。目前该技术适用于便携式电子设备的部署、交通管理智能化、环境监测及公共安防等。
在计算机和互联网之后，物联网已经成为信息产业发展的又一次浪潮，世界上许多发达国家都已经开始对物联网的研究。我国也在大力推展物联网技术的应用，在相关政策的支持下，物联网已经收到社会各界的关注，我国的物联网发展以三网融合和3G协同为主要措施，通过以上计划，智能家居结合物联网的发展将取得巨大的成果。
4.基于物联网的智能家居系统
4.1感知系统
感知系统是智能家居系统的终端设备，通过感知系统实时收集智能家居系统中各设备的信息，主要包括以下几个方面：
4.1.1警报系统
对于警报系统来说，感知终端又分为以下几个类别：
（1）感知终端可以通过人脸识别对人员的身份进行确定，从而判断是否发出警报，辅助传感器则需要选择红外传感器和压力传感器对未知人员的行为进行判断；
（2）感知终端需通过空气中煤气的浓度进行确定，以判断是否发出报警，辅助传感器的选择为CO传感器和O2传感器判断空气中的C0和O2浓度；
（3）通过测定空气中烟雾的浓度判断是否发出火警，辅助传感器选择为烟雾传感器对空气中的烟雾浓度进行判断。
4.1.2辅助服务系统
辅助服务系统主要以提高用户居住的舒适感为目标，通过光传感器对室内的灯光和窗帘进行控制，室外光强度较大时自动调节窗帘，到休息时间则通过计划任务关闭窗帘，起床后打开窗帘；通过感知室外的光强度，在确认室内有人时自动为其打开或关闭照明灯；通过湿度传感器确定室内湿度并进行调节，以温度传感器确认室内温度，并通过开关空调进行调整，提高用户的舒适感。
4.1.3声控系统
通过声纹采集系统采集用户声纹，并设置相应的声控命令，以实现部分或全部声音控制，方便用户使用。这部分的控制主要靠声音传感器完成。
4.2信息传输系统
信息传输系统包括有线传输和无线传输，有线传输可以通过室内布线对信息进行传输，即将各传感器通过双绞线与控制主机进行连接；无线传输则是通过3G或4G网络将控制主机发出的命令传递到远处的信息接收终端。如：用户在公司办公时，通过手机向智能家居系统发出命令，这一命令将通过无线通讯网络传递到控制主机，进而实现远程控制家电；同时家中发生的事情，在主机进行判断后能够通过无线网络将信息传输至用户手中的终端，使用户做出判断并进行处理。
4.2信息处理系统
智能家居的信息处理系统应选用数据处理能力较强且稳定、安全的系统，因为智能家居系统首先考虑的是用户的安全性，这对系统的稳定和安全要求较高，否则将极易被不法分子攻破，导致用户经济损失；另外需要大量的存储空间，以保证用户不在家时能够提供强大的数据记录功能，从而为用户提供信息支持。
5.总结语
物联网智能家居需要结合我国城市建设的实际智能家居综合组网的情况和家居信息服务的一些实际性需求来对网关设备和传感器的阶段进行建立，并面向家庭服务。它能够全面地感受家居中有关安全和节能等方面的信息，并将信息进行整合和处理，为家庭用户提供及时而全面的信息化服务。
参考文献：
[1]臧大进，刘增良，高干，等.基于物联网的智能家居系统设计与实现[J].襄樊学院学报，2010，30（11）：37-39.
智能家居系统设计 篇7
本文先介绍了智能家居的发展状况,定义以及特点,然后介绍了智能家居的硬件构造,最后介绍其软件系统。
1 智能家居
1.1智能家居的发展情况
20世纪80年代早期,大量使用电子技术的家用电器出现、住宅电子化出现。80年代中期,家用电器、通讯设备和安全防灾设备功能独立的综合,形成一个家庭自动化的概念。在80年代末,通讯和信息技术的发展,出现了各种各样通过总线技术对住宅通信、家电、安保设备监控,控制和管理的商业系统,这是智能家居的原型,在美国称Smart Home。智能家居最初被定义为:“将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安设备,通过家庭总线技术连接到家庭智能化系统上,进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些设备与住宅环境和谐与协调。“这个概念正式设置之前,标准组织小组也在积极研究。1979年斯坦福研究所提出的控制线电器和电子设备集成总线,并成立了相应的研究会进行研究;1983年,美国电子工业协会开始制定标准,并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准,即《家庭自动化系统与通信标准》,同一时期日本正处于住宅建造过剩,房地产市场低迷时期,日本建设省需要找到新的市场亮点,智能建筑成为了首推的概念,并提出了所有住宅信息管理都采用家庭总线系统,相关标准—HBS标准也于同年九月制定完成。1990年日本在幕张建立了一个高标准示范性智能小区。HBS成为了智能住宅的基本单元,也是其核心。到了1990年X-10的出现再度改变了智能家居,使智能家居更加适人,更加符合时代需求。[1]
1.2智能家居的定义
智能家居,或智能建筑,英文名为“Smart home”。智能家居是以住宅为平台,兼备建筑设备、网络通信、信息家电,和设备自动化、及系统、结构、服务、管理为一体的高效是、舒适、安全、便利、环保的居住环境。[2]
智能家居也可以定义为一个过程或者一个系统,即利用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术,将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适、安全、高品位且宜人的家庭生活空间,而日‘还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化.人们的生活方式,帮助人们有效地安排时闻,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。[3]
1.3智能家居的特点
1.3.1改变了人们的生活方式
智能家居将改变我们的衣食住行,我们将用一个控制器终端完成所有操作。早上起来,我们便用手机打开窗帘,随后打开窗户透气,起床后我们手机打开煮饭机器,为我们定制早餐。中午回到家之前便提前打开空调调节温度,并使清洁机器人通电,开始进行卫生清洁。到了晚上我们同样通过手机拨号,关闭窗户,制作晚餐,烧好洗澡水,到家又饿又困的我们能好好享受一下,到睡觉时,房间的定会自动关闭。
1.3.2改变了人们的工作方式
相当一部分人将选择SOHO(Small Office Home Office)家庭办公的方式,智能家居为实现SOHO提供了方便。
1.3.3牵动了一大批产业
智能家居的出现,促进了房地产业的发展,提升住宅质量;安防生产企业的发展得以加速;传统家电企业将不得不转型生产家居集成家庭使用的智能化,数字化,网络化的产品,潮流下的网络;家居集成已经成为一种潮流,很多更专业,美观,智能家居集成产品纷纷亮相,冲击了原产品市场在这个行业的影响;该行业的新领域 - 智能装修行业诞生;一批专门从事智能家居的市场调研,产品规划,以促进他们的业务;社区配送,社区服务,居住安全,医疗保险和其他专业服务的社区中心将会迅速发展。
1.3.4开拓了一个崭新的市场
从美国的情况看,由于发展了家庭网络,不仅牵动了许多的行业,而且开拓了新的大市场。据报导,美国在家庭控制网络方面投入7甲25亿美元,到2000年底,已有27,5亿美元的销售收入。这仅仅是控制网络,如果加上家庭信息网络以及由家庭网络带来的各种产品和服务,其总的效益是难以估计的。
从美国的角度来看,由于家庭网络的发展,不仅触及许多业内,也开辟了新的市场。据报道,美国投资了250万美元的家庭控制网络,到2000年底,已有27.5亿美元的销售额。这仅仅是控制网络,如果加上家庭信息网络以及由家庭网络带来的各种产品和服务,它的整体效益是难以估量的。
2 智能家居的硬件构造
2.1手持控制器设计
手持终端控制器是该系统的核心,是收集和处理信息的中心,是命令配送中心。其作为控制芯片S3C6410处理器的使用,在其上来运行的操作系统是Linux2.6.38。其基本电路包括S3C6410芯片,256M内存DDRRAM,1GB NAND闪存。此外,还包括一个串行外围电路,Zig Bee通信模块,实时时钟模块,彩色触摸屏,和电源模块。NAND Flash存储器被用来存储已调试的应用程序和嵌入式Linux操作系统,用于调试系统的串行端口连接和GPRS模块与用于查询信息和有关状态的终端设备,彩色触摸屏显示系统进行通信。整个手持终端控制器使用C++图形用户界面库QT编程。
在图中示出其中手持终端框图,GPRS DTU是一个网络的无线数据终端,使用公共网络运营商向用户提供长距离无线数据传输。集成TCP/ IP协议,提供双向串行数据转换,自动心跳,保持永久在线支持参数配置,永久保存,让用户设置串口参数。WG-8010在本设计中使用GPRS DTU产品提供了一个标准的RS232/ 485的数据接口,只需一次就能完成初始配置中,用户设备可以建立经由GPRS无线网络,实现数据的透明传输到数据中心的连接。使用MAX3232电平转换器的接口DB9RS-232接口通信。如图2所示。
该系统的具体接口电路采用QT编程,采用彩色触摸屏使得终端控制器具有良好的人机交互。
2.2智能家居的网关节点
智能家居网关节点系统采用三星公司的S3C2410芯片。三星S3C2410处理器基于ARM920T处理器核心,该处理器具有:独立的16KB指令和16KB数据缓存缓存,MMU,NAND闪存控制器,3路UART,4路DMA,I / O端口,8通道10位ADC,触摸屏接口,IIC-BUS接口,IIS-BUS接口,两个USB主机,USB设备等。这些特点都非常适合网关节点。图是网关节点。
使用博创公司的S3C2410型开发平台,该平台提供了丰富的接口,如以太网,CF卡接口,视频和音频接口,接口RS32,从USB主机接口AD / DA转换。
3 智能家居的软件系统
3.1 Zig Bee
Zig Bee是一种新型的短距离传输、低功耗、低成本、低复杂度的无线个域网技术。适用于通信数据量并不大,数据传输速率相对较低,分布范围小,但有一个小请求数据安全可靠,并且需要成本和功耗非常低,并且易于安装和使用。无线个域网作为一个无线连接,它可以工作在2.4 GHz(全球流行),868 MHZ(欧洲流行)和915 MHZ(美国流行)三个频段,分别是250 kbit / s,20kbit / s和40 kbit / s的传输效率,传输距离在10 - 75的范围,但是你可以继续增加。智能家居系统,安全性和传输效率不高,使用无线个域网技术,传输控制信息的好方法[4]。
建立了Zig Bee的网络中,网络设备按照各自的功能一般分为三个部分:节点、路由和协调器。是指整个网络的终端节点,中指的家居系统是家庭无线节点,它的作用是收集数据接收控制命令,适用于协调员加入网络同时;路由器相当于网络站,负责从数据协调和转发节点协调器无线节点发送数据,协调器是整个网络的控制中心,负责网络的建立和维护。模型离开(FFD)路由器和协调员(是一个功能齐全的设备,他们可以接收数据还可以发送数据,节点是一个减少一半功能设备(RFD)功能,它只能发送数据,不能接受其他节点数据。在一个Zig Bee网络可以有多个节点和路由器,可以没有路由器,但至少需要一个协调器,智能家居系统采用ZIg Bee网络路由器的结构。
3.2远程通信软件设计
该系统进行远程监控,使用一个独立的Windows作为PC服务器的操作系统,使用Java作为编程语言,用公网固定IP,作为客户端和手机手持终端控制器之间的沟通桥梁。服务器最初处于监听状态时,移动客户端和手持终端控制器通过GPRS连接与服务器进行认证的连接,服务器发送命令所述移动客户端和传送到手持终端控制器,手持终端控制器的反馈和家庭环境信息发送到服务器,该服务器是通过发送到所述移动客户端的处理。
移动客户端和手持终端控制器被设置分别对每个操作其自己的特定字符串发送给服务器,该服务器
识别处理,然后发送到相应的终端特定字符串。对于移动客户端发送时,乱码等可能会出现数据包丢失,系统将反馈机制来确认。
1)当由移动客户机发送的命令成功到达经由手持控制器服务器的终端,并且所有的操作都成功完成,则控制
终端系统会发送“OK”串到GPRS模块,被发送到通过移动客户端的透明传输服务器最终得到显示出“确定”字的串;
2)超时限制,如果客户端等待手机“OK”确认超出套餐的正常范围的时候,客户端立即重发命令,直到您收到“OK”确认包装为止;
3)对于字符串的情况下传输,服务器或手持式控制器识别过程中出现乱码,给移动客户端返回“ERROR”字符串,这样直到客户端重新发送指令接收到“OK”串起来。
通过反馈机制确定,以避免网络不佳的信号传输过程中的影响所造成的意外情况的干扰,如无效操作
3.3 android软件设计
该系统采用Android应用软件的智能家居远程监控,为良好的用户体验,使用一个主Activity接口,多个子Activity界面架构,主界面和子界面通过无线电通信。如图所示的Android应用软件的接口架构。
智能家居系统设计研究 篇8
从上世纪八十年代开始, 由于大量电子技术家用产品的出现, 人们便开始了对“智能家居” (Smart Home) 的设想。如今, 随着社会科学技术的不断成熟, 尤其是通信与信息技术的发展与进步, “智能家居”已经从早期的设想, 成为了今天的现实。
简单来说, 智能家居指的就是我们的生活、居住环境。它主要是以基本建筑设施为平台, 安装有各种现代化电子设备, 并通过现代化的信息技术设备 (如手机、计算机、平板电脑等) 对其进行统一的管理、控制。
智能家居主要利用了各种信息通信技术、综合布线技术、多媒体技术以及自动控制技术等, 对所有接入管理系统的电子技术组件进行集成。在这样的集成环境下, 可以在一定程度上简化居家事务管理, 提高我们的生活效率, 还能带给我们非同一般的生活体验。考虑到全球对环境保护的呼吁, 智能家居也能够通过科学、合理的运作方式, 起到节能、减排的作用。
2 智能家居系统基本设计理念研究
从智能家居的本质上来说, 它始终是为我们而服务的, 所以对于智能家居系统的设计, 并非只是看它集成了多先进的电子设备, 运用了多么先进的控制技术。而是要综合的对系统设计的合理性、实用性进行分析, 看系统能否在最大限度满足日常家居需要的基础上, 节减成本, 缩小系统开销。以用最经济的投入, 换回最高效、便捷的生活居住环境。从整体上来说, 智能家居系统的设计要遵循以下基本理念。
2.1 讲求实用
实用, 是智能家居系统设计需要达到的一个最主要要求, 不能因为其属于“高科技”产品就脱离实际, 要本质上致力于提高人们的生活环境。所以, 智能家居系统的设计要以实用为核心, 要让使用者在智能家居环境中能够感受到实用、易用的基础上, 进一步突出系统的人性化智能特征。所以, 在智能家居系统的设计上, 应该针对不同用户的实际需求, 对家居环境的基本设备、功能进行集成、整合, 比如最基本的门窗控制、灯光控制、门禁对讲、安防报警、沐浴控制甚至是厨房烹饪控制等等。
当然, 在这些基本功能的基础之上, 还可以根据用户的特殊需要, 或是实际条件, 进行系统功能拓展, 比如宠物喂食、花卉浇灌等。要进行系统控制、操作的方式有很多, 可以通过远程控制、本地控制、系统智能控制、定时设定等, 系统的控制平台可以从用户的角度进行考虑, 如计算机、平板电脑、智能手机等等, 曾经出现过一些用短信进行控制的沐浴、空调设备, 但随着科学技术的飞速发展, 它始终未有真正的发展、普及起来。
总之, 智能家居系统的设计要让人们可以从以往繁琐的家庭事务中脱离出来, 去获得一种更加便捷、高效的生活方式体验。所以, 在系统设计上一定要以用户的实际需求为主, 要讲求实用, 这样才能体现出智能家居的实质性作用。
2.2 讲求可靠
智能家居系统应该要与基本建筑设施全天候集成、运行, 不然反而可能会带给我们许多的麻烦。所以, 在系统的设计上, 一定要讲求可靠性, 不论是在系统的安全上, 还是容错上都必须得加大设计研究力度。要从系统的软、硬件设施出发, 增强系统的容错处理能力, 提高系统的安全、可靠性, 使系统具备应付各种内、外部变化的能力。
2.3 讲求标准
在智能家居系统的设计上, 要严格的遵照相关行业标准, 以保证系统的开放性, 为系统的移植、扩展打下基础。所以, 在系统的信息传输上, 应该包括有一些最基本的信息传输协议 (比如TCP/IP) , 确保不同品牌的智能电子产品都能够通过某种信息传输协议进行互联。系统的前端设备是多功能的、开放的、可以扩展的设备。如系统主机、终端与模块采用标准化接口设计2, 这样一来就为后期的系统功能扩展提供了一个平台, 确保了不同生产商的产品能够相互兼容, 既简单又方便。所以, 在系统设计上一定要考虑到后期的系统扩展与兼容性, 保证能与后期的第三方受控设备进行互联。
2.4 讲求便利
如今, 智能家居有一个较为明显的缺点就是, 安全、调试和维护较为复杂而且工作量相对较大, 成本问题也算得上是一个通病, 这就在一定程度上制约了其自身的发展。所以, 在系统的设计上, 还应该进一步的拓展思维, 为系统的安装与日常维护提供一条更加简便的途径;另外在系统的操作上, 也应该尽可能的简便用户操作, 为用户提供简洁、明了而且富有较强视觉感受、操作感受的控制界面。随着近两年智能电话的普及, 尤其是安卓手机的出现, 为智能家居的操作、控制提供了一个极佳的平台, 它可以进行远程的控制、操作, 而且易于携带, 功能性、界面交互感也较强。
2.5 讲求科技性
在满足用户现有需求的前提下, 系统设计上应充分考虑各种智能化适应技术迅猛发展的趋势, 不仅在技术上保持最先进和适度超前, 而且更注重采用最先进的技术标准和规范, 以适应未来技术发展的趋势, 以使整个系统可以随着技术的发展和进步, 具有更新、扩充和升级的能力;系统设计遵循开放性原则, 软件、硬件、通信接口、网络操作系统和数据库管理系统等符合国际标准, 使系统具备良好的兼容性和扩展性。
参考文献
[1]汤柏.智能家居系统的初步探讨[J].黑龙江科技信息, 2012.
智能家居创新安防系统 篇9
关键词：STC12C,防盗,远程控制,家居安全
1 研究背景
智能家居, 亦称智能住宅, 英文Smart Home, 是将家庭相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置, 通过总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理。
智能住宅的概念起源于美国, 其在美国的发展也是最为迅猛的。随后欧洲、韩国、日本、新加坡等国家住宅智能化也飞速发展。
据中国住宅与城乡建设部数据显示, 中国有建筑总面积400多亿平方米, 每年新增建筑面积20多亿平方米, 预计到2020年新增建筑面积约300亿平方米, 达到700多亿平方米。随着住房面积的增加, 智能家居面临的机会也在加大.据权威部门发布, 预测到从2012-2015年, 建筑智能行业产值将保持20%以上的增长速度, 到2015年将达到1345亿元的产值。
2 系统功能及总体设计方案
(1) 一键布防:可以通过手机控制安防系统的状态;
(2) 危险检测:通过红外热释电传感器、微振动传感器、火光传感器、烟雾传感器等检测家居常见的危险状况;
(3) 报警系统:当检测到异常情况时, 通过SIM300模块进行手机提醒, 并立即拉起警报;
(4) 显示模块:系统外置一块液晶显示屏用作系统工作状态的信息显示。本系统的核心SIM300无线通信技术以控制安防系统的状态, 当遇到异常情况时, 通过手机通知的方式告诉房主, 并启动报警系统。本产品配有液晶屏显示, 方便用户观察当前安防状态。
3 技术分析及创新
3.1 GPRS通信模块
在设个产品设计中GPRS通信模块采用的是SIMCOM公司的推出的三个频段设计的GSM/GPRS模块SIM300, 适合于开发GSM/GPRS等相关无线应用产品, 应用及其广泛, 现在很多高科技产品都有它的身影, 常见的如我们的手机, 刷卡付现的无线POS机, 还有一些应用如无线MODEM卡, 无线数据传输业务。
SIM300模块具有一套标准的AT命令集, 包括一般命令、呼叫控制命令、网络服务相关命令、电话本命令、短消息命令、GPRS命令等。而在本系统的设计中SIM300模块与GPRS模块的互相通信是通过串口COM端口连接, 通过处理其AT命令, 来实现系统与模块的数据传输。
3.2 主模块
SIM300接口电路板, 排布了所需基础电路, 安装了供电电源装置, 电平转换器等。接口电路板可以实现SIM300的无线通信, 从而达到与手机无线接收端互相通信的功能, 接收呼叫以及短信的接收发送, 通过串口通信控制, 判断AT命令, 确定是否有电话及短信。整体的主控由CPU完成, 当CPU对收发的信息进行分析及完成处理后, 会做出相应的应答和接下来的处理命令。
3.3 无线通信模块
为了使该系统很方便的应用在当前的各类家居中, 系统中的防盗报警单元与主控CPU之间的通信采用无线方式。模块选择当前应用较为广泛的n RF24L01通信模块。该模块是一款新型单片射频收发器件, 工作于2.4GHz~2.5GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块, 并融合了增强型Shock Burst技术, 其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
本系统中模块通过4线SPI通信方式与系统CPU进行数据通信。各种传感器模块将探测信号输出至无线通信子模块, 由子模块的n RF24L01通过无线方式与主控CPU之间完成信息交换。无线传感器探测通信子模块采用锂电池单独供电, 可以方便的放置在距离主机较远的家居门窗等位置, 使该系统的实用性大大增强。
3.4 防盗报警模块
本产品的报警模块采用红外线的热感知系统, 通过传感器对屋内的温度变化做出反应, 发送信号给主控端, 主控端即CPU进行分析处理, 发出下一步的处理命令。从而告知远程的屋主, 及时报警。
3.5 创新之处
(1) 无线控制:与有线控制相比, 在任何移动通信网络覆盖范围内都可以通过手机进行远程控制, 解决布线难问题。而且, 采用手机无线控制方式, 可以节省大量布线资源及线路老化维修等问题的烦恼, 具有明显的优势。
(2) 传感器控制:相比于红外遥控必须进行光信号直线传输, 控制距离有限且受障碍物的限制。基于SIM300的无线控制装置突破空间距离的局限性, 且不必单独制作红外遥控器, 仅需在我们常用的手机上编辑一条短息指令即可轻松遥控。
4 市场前景分析
随着科技进步, 盗贼作案的手法日益翻新, 许多高性能的锁具被攻破, 用时不到20秒。然而, 安防意识薄弱和防盗报警手段的落后, 给不法分子带来可趁之机。据警方一份调查显示, 只有不到10%的家庭安装了防盗报警器械, 其中很多也因年久失修, 维护不当, 多数常常发生误报和漏报。
在国家“十二五”发展规划中, 将安防规划单独列明, 明确指出要“加强公共安全体系建设。适应公共安全形势变化的新特点, 推动建立主动防控与应急处置相结合、传统方法与现代手段相结合的公共安全体系。”预计到“十二五”末期, 我国的安防产业规模将实现翻一番的总体目标。
同时, 随着3G技术的迅猛发展与广泛应用, 通过有效的信息传输, 将家庭安防、智能控制系统高度集成, 为家庭用户提供高技术的智能化手段, 以实现快捷、高效的超值服务。随着物联网时代的到来, 云计算的崛起, 智慧城市的建设, 人们对智能家居的立场也从最初的观望转到逐步接受并体验、使用的阶段使智能家居系统由观念认知转化为现实的具体项目。可见, 智能家居正在构成一种新兴的产业, 有着广大的市场需求动力。
参考文献
[1]张宏亮.基于GSM的智能家居控制系统设计[J].科技致富向导, 2011 (11) .
[2]邓富, 郑晓军.M2M技术在智能家居中的应用[J].数字社区&智能家居, 2008 (11) .
[3]曹淑宽.基于SIM300的无线LED显示屏控制系统设计[J].现代计算机 (专业版) , 2011 (17) .
GPRS与智能家居系统 篇10
智能家居,又称为智能化住宅,它是家庭内部通过一定的传输介质(如电力线、双绞线、同轴电缆、无线电、红外线等)将家庭中的各种设备(如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电等)连接起来,采用统一的通信协议,对内实现资源共享、对外能通过家庭网关与外部网络互联进行信息交换。与普通家居相比,智能家居能够提供给人们舒适、安全、高品位的家庭生活空间,还能够提供全方位的信息交互功能,帮助家庭与外部保持畅通的信息交流,优化人们的生活方式,帮助人们有效地安排时间,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。
2. GPRS短消息业务
GPRS作为GSM分组数据的一种业务,很大程度上拓展了GSM无线数据业务空间。其业务主要包括Internet接入、WAP、专网接入、基于终端安装业务、专线接入、GPRS短消息等7种业务,在智能家居系统中我们选用GPRS短消息业务作为本系统的业务。
短消息(Shot Message)业务是GSM系统提供给用户的一种数字业务,通过无线控制信道进行传输,经短消息服务中心完成存储和转发功能。短消息业务包括两类:一类是点到点短消息(SMS-PP),即由一个用户发给另一个用户少量的文字或数据信息。另一类是广播短消息(SMS-CB),即由短消息广播中心收集用户所需要的信息广播给用户。这两种方式都可以在网络暂时无法将消息传递给移动台的情况下,将信息在网络中记载下来,当发现移动台可达的情况下通知相应的实体重传消息,因此具有很高的可靠性。
SMS提供了一种有保证的双向服务,其中短消息服务中心完成信息的存储和转发功能。它不用拨号建立连接,把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心,经服务中心完成存储后再发送给最终的用户。短消息业务可以使网络端知道被叫方是否己经收到短消息,如果传送失败,被叫方没有回答确切消息,短消息服务中心会保留所传的消息,一旦网络发现被叫方能被叫通时,消息能被重发,以确保被叫方能收到,所以即使当目的GSM终端没开机时信息也不会丢失。
3. 智能家居系统基本模块
无论是家居的远程控制还是本地控制,都需将家庭内部设备连接在一起,构建一个家庭网络。家庭网络技术是以各种无线或有线方式,将家庭范围内所有家电、安防系统、各类只能终端设备与外部相连接的一种新技术。
经过充分分析现有的智能家居解决方案,结合自己的调查研究提取出智能家居远程控制系统四个最为基本的功能模块家庭网关模块、家庭安全防范模块、家庭设备自动控制模块、智能家居远程通信模块。结构框图如图1。
(1)家庭网关模块在智能家居的实现过程中,家庭网关占据至关重要的位置。家庭网关是连接外部公网和家庭私网的关口,既负责家庭内部对公网的访问和交互,又负责用户从公网上对家庭网络的访问和控制,另外还要负责家庭内部设备的互联、互控等操作,因此,家庭网关成为智能家居研究的重点。
(2)安全防范模块智能家居应用的一个重要方面就是安全防范,主要包括家庭外部非法入侵预防和家庭内部环境安全监测两个大的方面。其中比较成熟的监控技术有无线门磁窗磁技术、声音传感器技术——驻极体话筒、主动红外传感器技术和热释电红外传感器技术。
家庭内部环境安全的目标是环境检测、判断与远程交互、报警。检测的内容包括可燃气体浓度、有毒气体浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度、火警,高档家居还配有噪音、湿度、温度等检测内容。所有对象数据都通过特定传感器获取,检测的结果作为报警的依据,可以通过家庭网关将报警信息发送至用户、小区物业或者相关部门,也可以通过电话直接报警。
(3)家电控制模块智能家居的初衷是解决家庭设备的自动控制问题,将更多的设备通过某种方式连接,达到统一、集中控制,为家庭生活带来方便。因此,现代智能家居的最基本的功能需求体现在家庭设备的自动控制,家庭设备自动控制模块也就成为其最基本的模块。
(4)智能家居的远程通信智能家居的最终目的是为“满足人们对舒适、方便、高效和符合绿色环境保护的需求”。“方便”要求家庭内部系统能够通过家庭对外接口,实现家庭外部的远程控制。智能家居家庭对外通信×功能就在此,具体而言,它提供一个家庭内部和外部的通信链接,通信的内容是数据信息或指令信息,重要的通信媒介有Internet、电话、GSM/GPRS短信等。
4. 智能家居系统解决方案
智能家居的远程通信流程可以描述为:手机发出短信到移动GPRS网络中心,GPRS网络中心将短信内容按照GPRS模块中SIM卡号转发到相应的GPRS模块,本系统中用的是TT68,家庭网关中央处理器循环检测GPRS模块中的接收信号,当GPRS接收到短消息后,短消息通过串口传给处理器,使处理器产生一个接收中断,然后处理器接收短信内容并进行分析,按照分析结果对家居进行相应的控制操作或是数据传送。同理,当家居内部出现意外情况,例如非法入侵等产生的报警信号,主控模块就将已经设定内容的短消息通过GPRS模块传送至小区监控中心或用户手机。基于GPRS的远程通信控制系统流程图如图2所示。
5. 结束语
目前,智能家居实现的功能包括:家居安防,家庭内部出现盗抢、火灾、燃气泄漏等紧急情况,能自动将报警信息传到物业管理中心或主人手机;家电远程监控,即通过个人电话或互联网实现对家用电器,如空调、热水器和灯等的监视和控制;远程抄表,水、电、气表自动显示并抄送到管理中心,解决入户抄表的低效率、干扰性和不安全性。除此之外,可视对讲、家庭信息服务、增值服务,如在智能终端网上购物等,复杂的智能系统将是我们下一步的研究目标。
参考文献
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[4]申力.基于GPRS的数据传输应用.南京理工大学,2004.3.
智能家居系统 篇11
一、系统简介
安明斯家庭智能控制系统是香港安明斯国际有限公司推出的新一代用于现代家庭的智能化控制产品。该产品采用多项专利技术，通过先进的总线控制技术，实现对住宅灯光、电器及安防的无线遥控、电话及网络的远程监控等多种控制功能，融合了现代家庭追求舒适、安全、节能、高品味的家居生活理念。
安明斯家庭自动化系统可以向用户提供家电统一管理、照明控制、供电控制、室内无线遥控、防盗报警、家居安全保障、温度光照检测与调节、电话远程控制及INTERNET远程遥控等功能，将给您的居家生活带来更多安全、舒适和便利!。
安明斯的家庭自动化产品采用模块化的设计，具有很强的可扩充性，安明斯的家庭自动化产品是一个整体的解决方案，所有的模块都具有连接家庭总线的能力，各个子系统之间形成紧密联系；用户在购买1～2个子系统之后，即可形成智能网络平台，随着安明斯公司一系列新产品的不断推出，用户将逐步构建起完整的智能家居生活环境。
采用模块化的设计可以适应各种场合的需要，保障用户的利益，并允许系统的逐步到位。模块之间遵循一定的协议，可以相互通讯和协调。
在初期的家庭自动化系统中，提供以下主要功能：
多种家庭设备的联网和统一管理
各种家庭中的设备在经过简单改造后，可以连接到安明斯网络中，实现协同工作；例如，在按下“离家”按钮后，该信息被广播到网络中，任何与“离家”动作有关的设备将做出推理，决定自己下一步的工作状态。用户也可以对每个设备上的工作逻辑进行自定义。
照明控制系统
照明系统主要由日光灯、吊灯、壁灯、射灯和落地台灯等组成。除日光灯外，所有其他灯均可作亮度调节，以满足不同的需要。灯光会根据不同的情景，做出相应的调整，例如，欣赏影片时，自动调暗灯光。只需要轻触一个按钮便可产生一种预先设定的照明效果，使用非常方便。
任何一个开关不再像以往只能固定控制一盏或一组灯光，您可以指定任何一个开关的控制对象（任何位置的一盏或多盏灯）。例如，对于卧室床头的一个开关，您既可以设定它来控制床头灯，或者设定为开闭卧室里所有的灯光。
综合保安系统
该系统功能包括防盗报警和家居安全两个方面。使用标准的传感器信号接口，可以驳接市面上大多数的防盗产品（人体移动探测器、煤气泄漏检测器、门磁开关、声光报警装置等）。系统在接收到触发信号后，能做出相应的操作。报警信息可以引发所有灯光的闪烁、电话远程告警、警号响起等动作。
交流供电控制系统
目前大部分的家用电器都通过电源插座获得交流电能的供应。系统可为所有的电器提供一个有效的控制手段。例如，在入睡时，自动切断不必工作的电器的电源，避免各种潜在的危险。
室内无线遥控系统
系统配备的红外遥控器可以方便地管理家中所有的联网设备，由于通过家庭总线信号可以传输到每个控制节点上，所以不论在家里的哪个房间都能控制。例如，当您在客厅看电视时，您可以通过遥控方便地关掉厨房、走廊、阳台和房间里不必要的灯光电器，而不用因起身操作而错过关键的剧情。
温度、光照检测与调节
系统可以监测每个房间内的温度和光照度，可以随时查询和记录。系统会根据这些参数调整灯光、空调的工作状态。对于室内温度异常升高可做出应急措施。
电话远程控制
利用“智能电话”节点，可以通过电话或手机按键远程控制家庭网络中的各种电器设备。当它和数据采集节点配合时，还可以根据警报的内容，自动拨打电话来呼叫主人。
INTERNET远程遥控
在任何可以连接INTERNET的地方，利用WWW浏览器（如IE）访问到家中的计算机，进行直观的远程控制和状态监控。
语音识别控制
用户可以通过无线麦克风，在家庭内任何一个位置发出语音场景控制命令，对全家的联网设备进行控制
网络视频监控
安明斯可以让用户通过Web浏览器来远程监视家庭中的情况。用户可以通过安明斯来确保网络远程控制达到预想的效果，或者查看是否有紧急情况发生；用户还可以通过安明斯来观察家中的婴儿是否已经安然入睡……
更多功能的定义
安明斯网络把家庭中各种设备提供的功能抽象为多个对象（或者说是功能单元），用户可以在计算机上对这些对象的属性进行编辑和组合，从而产生新的功能。例如，对于“电视机音量”和“电话打入”这两个元素，用户也许会想到设置这样一种功能：当电话打入时，调低电视机的音量，以便能听到电话振铃的声音。可见，系统的功能扩展是很方便的，用户可以发挥自己的想象力去设计新的功能，从而给生活带来更多便利。
安明斯的产品针对单一住宅进行设计，注重住宅中各种电器设备和人们生活的紧密联系。它不但提供了真正“智能化”的住宅生活环境，也可以和社区网络相融合，提供更丰富的功能。
未来，安明斯将提供如下所描述的更完整功能和服务：
户内功能
(1) 家庭安全控制：智能摄像机、智能ＩＣ卡分别判断进入者身份；
(2) 家电设备的网络控制：每个家电接入家庭网络，从而用户可以利用遥控器、TV、计算机、手持PC、电话、手机等实现对连入家庭网络的所有家电的控制；
(3) 各种电器设备的协同工作：每个智能设备能够根据自身的工作特点，与其他设备结合，完成相互之间的通讯与协调；
(4) 信息家电功能的智能化：智能微波炉、智能吸尘器、智能冰箱、智能空调、智能电视机；
(5) 信息家电功能的升级：从厂家自动下载新的控制程序，实现信息家电功能的升级，实现远程家电故障诊断、维护；
(6) 信息服务管理：用户可以在家里进行网上购物、股票交易、信息交换、求职、娱乐、家庭教育、市民求助信息、远程医疗诊断、三表（水表、电表、煤气表）自动采集与传输、停车自动管理等。
远程功能
(1) 家庭进行远程监控：上班或外出时通过INTERNET监控家庭出现情况，获取各种电器设备的状态。
(2 ) 遥控家庭住处的电器：比如在下班时就可通过网络进入家中的微波炉，通知它现在可以做饭了。
(3) 家庭安全预警系统：非法进入、发生火警、漏水、漏气、紧急呼救等会自动报警。
上述的家庭网络和智能电器能够方便地提供更舒适、更安全、更高效的智能化，使得人们的生活质量得到提高。
二． 系统设计方案
2.1 概述
智能化系统集成了安防监控、家庭娱乐、空调、空气清新、灯光场景控制、窗帘控制、通讯网络等20na个子系统，各子系统之间有联动关系。
住宅包括的区域如下表所示：
根据情况，我们设计了以下的智能化子系统：
1. 灯光控制子系统：网络化控制住宅内的所有灯光；
2. 电器控制子系统：控制电器设备，如电视机、DVD、微波炉等；
3. 远程控制子系统：实现家庭网络设备的INTERNET和电话远程监控；
4. 窗帘控制子系统：网络化控制窗帘的开关；
5. 定时控制子系统：按照预定时间控制各种设备的行为；
6. 环境控制子系统：控制中央空调与风机控制器、新风系统的开闭；
7. 红外、无线遥控子系统：通过红外和无线遥控器，控制各种场景与灯光；
8. 背景音乐与电话联动子系统；
9. 电话、互联网、遥控布/撤防及安防联动；
这些子系统是从功能的角度进行划分的，实际上它们是一个整体，某些模块可能同时在几个子系统中同时发挥作用；而且各子系统之间也可以建立非常紧密的相互关联。
2.2 控制子系统
2.2.1 设计导向
如果说建筑是凝固的音乐，那么完美的灯饰则是这首乐曲上绝妙的音符。在科技发达、物质富庶的今天，灯具已不单纯是实现室内基本照明的工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，是照明技术与建筑艺术的统一体。完善的灯饰集装饰、照明节能于一身，尽力达到完美与和谐的统一，充分利用明与暗的搭配，光与影的组合以及光的变化与分布来创造各种视觉环境，以加强室内空间效果的气氛。
您也许已经注意到照明艺术对于装修一套新居是多么的重要，因此，精心选择了各种别致的吊灯、落地灯、台灯和壁灯来装点您的生活。它们的确能为您带来令人赏心悦目的格调。不过，您也许也会注意到：当家里有各式各样的灯具之后，如何将它们精心地搭配在一起，并且达到最适合气氛的效果可就成了件麻烦的事情。例如，不同的场合，不同的心情，需要有不同的灯光组合来与之相配合，让这些灯光呈现出可变化的场景。可是，忙碌了一天，舒服地躺在沙发上的您可不想再起身，逐一手动调节每一个调光开关来获得理想的效果吧？
可以在您回家的路上提前打开家中的空调和热水器,下班前在任何地方可以煎,煮一日三餐。到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动为您拉上窗帘，打开过道灯，让家处于最佳的状态，迎接您的归来。回到家里，通过遥控器您可以方便地控制房间内各种电器设备，设置所需的预置场景，让懂得生活的您；早上起来，系统会自动按照您的设置播放一曲轻松的乐曲，窗帘会自动开启，厨房电器设备会自动进入工作状态，给您送上一份丰盛的早餐，还有更充裕的时间享受更舒适的生活。
在您看电视的时候，很可能因为走过去开关灯，而错过了精彩的射门镜头；或者，冬夜里躺到床上才发现洗手间的灯还没有关上，只好爬起来把它关上；——真够麻烦的呀。
所有的这些都表明，你需要有一套灯光控制系统来帮助你。
安明斯（福州）有限公司推出的智能灯光系统就是为管理家庭中复杂多变的光照而设计，内置基于Motorola公司“数字基因”技术的微处理器，将每一盏灯光都连接到智能家庭网络中，提供轻触式灯光控制、红外遥控、场景组合、预设存储等丰富功能。
通过面板上的轻触按钮，可以控制灯光的开关和亮度，或者使多盏灯光进入某种预设的场景；您也可以通过手持遥控器来控制住宅内所有的灯光。通过遥控器上的场景设置按键，可以方便地设定灯光场景和迅速切换。
安明斯智能灯光系统是智能网络平台中的一部分，支持完整的网络化特性，可以和安明斯已经推出和将要推出的其他子系统相互关联，协同工作。例如：安防系统的报警信息可以使得所有的灯光闪动；在出门的时候所有的灯光都能感知并自动关闭……
2.2.2 产品介绍
各弱电子系统由室外设备箱直接将线缆引到住户室内的插座上，如：电话线直接由电话箱引到室内电话插座上，有线电视直接由室外有线电视分配箱引到室内有线电视插座上，其他系统也是如此，各系统互不相干，没有规律，一次布线到位后便难于根据需要改造，更谈不上日后的扩展、系统的升级和系统的集成。
当今的家庭弱电综合配线系统就是将由室外设备箱引入的安保、电视、电话、电脑的线路集成在家中的一个安明斯总配线箱内，通过配线箱内的各功能模块再分配到室内各处，结合分析我们可以清楚的看到家庭弱电综合配线系统下列优点：
从配线系统的总体网络结构来看，整个家庭的弱电网络结构是以家庭弱电综合配线箱为核心的星型结构，也就是说所有弱电系统进入家庭都是先到达配线箱。这样的话，家庭所有弱电系统各系统室内部分的布线和室外部分的布线有了一个清晰的工作界面。
家庭弱电综合布线系统的益处目前主要体现在住户的二次装修中，集中管理的配线箱可以使住户在二次装修中做到“有的放矢”，避免了乱拉线、接线，也可以根据需要，实现线路互换，达到了综合布线的效果，从而达到管理的灵活性。
2.2.3AMS安明斯系统产品特点
安明斯既是一种智能控制网络技术，又指一类采用该技术设计的、能够互相兼容和直接互连的智能化家居产品，这类产品具有“安明斯 Compatible”标志。“安明斯 Compatible”在技术上保证了安明斯产品的模块化、系列化和可升级性，所以安明斯产品在未来的家庭中将提供更多种类，满足不同的消费需求。
(1) 家居化设计。安明斯产品完全是针对智能化家居／小区而设计，无论在功能、外观、使用或安装上都比其它产品更符合现代化家居的要求。
(2) 多元化设计。安明斯系统针对用户的不同要求，从控制对象分： 有灯光控制、电器控制、影音设备控制、通行控制和保安控制等；从控制方法分：有模块面板直接控制、单元操作键盘控制、遥控器控制、定时控制、电话遥控和计算机网络遥控等。
(3) 标准化设计。安明斯绝大部分入墙式控制产品都按照86×86的尺寸设计，采用这个标准的原因，一是使人们容易接受新产品；二是方便替换传统产品从而实现智能化家居的梦想；三是万一个别新产品失效而又急于恢复基本功能的话，还可以换回原来的传统产品，当然这个传统产品就没有安明斯 的功能了。
(4) 系统化设计。系统化在这里有二个含义：一是易于系统的组成，由于系统采用总线制，所以要组成一个系统非常容易；二是易于系统的扩展，您可先建立一个基本系统，在这个基本系统上，您可以随时增添所需要的功能，做到“看菜吃饭，量体裁衣”。
*控制系统网络化
安明斯是一种全分布式的智能控制网络技术，我们称之为家庭控制总线。安明斯总线具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，在安明斯控制总线上的每一个网络节点（各个功能模块）都是可以编程的。典型的安明斯总线采用自由拓扑结构，使用120Ω 双绞线，各网络节点（Node）可以从总线上获取电力（24V/DC），网络节点间的接入是无极性的，安明斯的信号编码方式与LonWorks相似，信号传输速率和系统容量则分别为10K和4G。典型的系统结构如图一所示。
网络化控制系统最大的好处是可以实现资源的共享。例如：您可以用一个遥控器控制所有的安明斯系统的所有的控制模块，亦可以用一个定时器给所有这些设施制定一个自动操作时间表，甚至用一个按钮去做您之前要花十几个动作才能完成的事情。总之，安明斯控制网络比传统的控制系统具有更强的功能。
*系统功能模块化
一个功能一个模块，您需要多少功能便选用多少模块，就像１＋１那样直接和简单。例如您要控制灯光，便可选用数字调光模块；您要控制电器，便可选用遥控插座模块；您要集中遥控，便可选用多用遥控模块；您要网络遥控，便可选用网络遥控模块，很明显，安明斯控制网络比传统控制系统具有更好的成本效益。
*功能模块智能化
没有传统的控制主机，抛弃了主/从、轮番查询等常规的控制模式，在共同的通信协议下，每个模块都具有相同的等级和地位；每个模块都有发送和接收信息的权利。另外，每个模块的工作模式都可以再编程和再设定，每个模块都可以独立运行，在一个系统中模块数量的增加、减少、或某一模块工作模式的改变均不会影响其它模块或整个系统的运行。所以说，安明斯控制网络比传统的控制系统具有更高的智慧。
*网络系统简单化
网络系统通常都具有较强的功能，而要实现结构简单化则不是一件容易的事。安明斯系统是少数能解决这个问题的系统之一，它的总线由一条无极性双绞线组成，采用自由拓扑的网络结构，每一个功能模块都可以直接并联于总线之上，从总线获取供电（24伏直流），亦通过总线传输数据，安装过程就如同接驳电话机那样简单。为此，安明斯系统比任何系统都容易安装和使用。
AMS安明斯安防系统具有如下特点：
1)多达8个防区
2)灵活的组合防区设置防误报
3)全程语音提示
4)警号、管理中心、电话多种报警方式
5)电话、互联网、遥控布/撤防
6)三组紧急求救按钮（注：１２０、１１０、１１９）
7)在/离家多种布防方式
8)语音留言功能
9)智能家居总线接口、控制功能（注：可与物业互联网）
10)管理中心电子地图报警功能
11)停电24小时内正常工作（注：后备电源）
(3) 设/撤防联动控制。
系统布防
为了适应不同的情况，安明斯具备有在家布防及离家布防二种布防模式：在离家布防模式下，所有防区（在系统安装时预设，住户使用时也可以自行设定和修改）均被激活并处于有效的戒备状态，该模式下的保护范围最广，因而该模式又叫全布防模式。
而在家布防模式下，只有被预先选择的防区（系统安装时预设客厅紧急、主卧紧急、厨房煤气和客厅烟雾四个防区）会被激活并进入戒备状态，在住户活动范围内的入侵防区（例如客厅入侵、主卧入侵、楼下入侵、楼上入侵等）一般都被屏蔽掉，以防止误触发的出现。
报警方式
安明斯有三种报警方式，即警号（蜂呜器）报警，电话语音报警和小区网络数字/语音报警。对每一个传感器，用户都可以选择其报警的方式（可选一种或多种，在系统安装时将预设三种）。如果警号被激活，报警声会连续响99x10秒钟，除非用户进行解除；对于电话报警，用户可选择报警的电话号码及报警的语音表述，当用户接听报警电话时便可听到预设的报警语音，同时用户亦可通过该电话作报警处理，如果报警电话无人接，或用户接听后不作任何报警处理，安明斯便会反复拨号，直至有人响应；小区网络报警则是三种报警方式中功能最强的，无论一个小区有多大，安明斯都会在1秒之内将所有报警资料（包括报警单位的地址、住户资料、被触发防区的资料等）送到业主手上。
系统撤防组合
撤防功能使用户可以解除系统的戒备状态，通常是使入侵防区关闭（在安装时预设，用户可重新设定）。安明斯采用密码撤防，如果密码正确，安明斯便进入撤防状态。
安明斯的报警分两大类，一类是入侵求救报警，该类报警由防盗传感器（如门磁、红外）或入侵紧急按钮等的触发来产生，该类报警必须用密码来解除，另一类是火灾求救报警和救护求救报警，这类报警包括火灾紧急按钮、救护紧急按钮、火灾传感器、煤气传感器等。这些情况都没有入侵、打劫的威胁，相反地急需外人的救助，因此这类报警的解除方法越简单越好。
在现实生活中可能会出现窃贼威迫住户撤防的情形。为了保障住户的安全，同时又可以有效地报警，安明斯特设有胁迫撤防功能。胁迫撤防有两种情形，一是胁迫时系统正处于触发延迟或系统已经报警，当胁迫撤防密码输入后，触发延迟取消，警号报警及电话报警停止，造成一个系统撤防的假象，而在此同时系统将一个胁迫紧急求救的信号通过小区网络送到管理中心，这样住户便可以在安全的情况下等待有关部门的救援。
报警延迟组合
并不是任何防区被触发后都会立即报警，例如客厅防区，当用户开门回家进入客厅时，用户本身便已触发了该防区，相信没有人会希望自己回家时会触发报警。安明斯可以为每个防区设置一个适当的延迟时间（出厂时预设为客厅、主卧、楼上和楼下四个入侵防区触发延迟60秒钟，其它防区或传感器则不作延迟），当这些防区被触发时，系统便进入报警延迟状态，在报警延迟期间，安明斯会提醒用户那些防区被触发，用户可以有充足的时间输入密码将系统撤防。这样每次用户回家时只要在规定的时间内输入密码，系统便不会报警。
组合防区
安明斯具有多防区组合功能，可以将多个防区组合起来形成一个组合防区。所谓防区是指将安全防范的空间划分为若干个独立的防范区域，该区域布置了若干个安防传感器，这些防区内的传感器依据一定的逻辑进行布防和报警。在布防状态下，安明斯会对传感器的输入状态进行智能化的监测和判别，当由传感器组成的组合防区被触发时，系统便进入报警状态，由于安明斯具有智能判别功能，可以较有效地避免误报警情况的出现。
电话组合
安明斯支持电话远程控制家里电器及灯光，既可以通过电话去报警，亦可以通过电话去布防、撤防以及查询和监听家居安防状态，甚至可以通过电话去设置或更改报警电话号码。用户可以根据语音提示，轻松进行操作。
互联网监控组合
在任何可以连接INTERNET的地方，通过互联网浏览器您可方便实时的远程监控家居状态，控制家庭灯光－电器－监控及安防报警系统亦可了解更多资讯。
为未来提供系统整合的空间,未来电视及电脑网络的集成是不久的将来可以实现的，还有网络家电的发展，都是未来的发展趋势，家庭智能化综合配线箱为未来各系统的整合、集成提供了空间和接口，为各系统的升级、改造提供了可能。
智能灯光系统提供了以下实用性：
丰富的控制方式：
轻触面板：可以按照平常的习惯直接控制本地的灯光；根据您的需求，开关可以任意设定所需控制对象，比如门厅的按钮可以用来关闭所有的灯光；这样，当您离家时，轻轻一按即可关闭所有灯光，既节能，安全，又非常方便。
手持遥控：在任一个装有按键面板的房间，用红外手持遥控器控制所有联网灯具（无论灯具是否处在本房间内）的开关状态和调光状态；您不需要进入房间后在开灯，在您进入任一间居室前您就可以用遥控器打开灯光，从此您再也不用在黑暗中寻找灯的开关了；
电话远程控制：通过任何一部普通电话或手机，实现对灯光或场景的远程控制。此功能可以用在晚归前模拟主人在家的灯光状况，以迷惑可能的窃贼；
计算机/互联网控制：通过本地计算机或者INTERNET上的一台计算机，可以远程控制灯光状态。
灵活的场景切换：
您可以通过计算机或者遥控器来设计一种灯光场景，随后，就可以通过遥控器上的场景按键，方便地在各种场景间切换。
您可以定义不同的场景，每种场景您可以根据需要控制任意的灯光开闭、亮度，甚至其他电器设备的工作状态（例如，会客模式）。
良好的调光效果：
使用Motorola微处理器，通过程序实现精确控制光照的变化；
可以设定亮度渐变的速率，在1秒钟直至3分钟可以任意调节，提供更丰富的现场光照变换效果；
采用先进的过零触发调压技术，极大降低调光电路对电网的干扰。
与其他系统的紧密结合：
可以方便的把您的灯光系统与其他设备相关联，响应其他节点发出的信号；例如当您在客厅打开电视时，客厅灯光自动变暗，其余灯光全部关闭等等；
灯光可以设置为由某一个光照传感器来辅助完成光照度自动调整；灯光系统可以根据亮度自己调整状态——当天空变暗时，居室内的灯光自动打开等等；可以与人体探测传感器相连，当您经过时灯光自动打开；
通过INTERNET进行控制时，只需在住宅中的PC机上安装一套ASPI软件，在任何能上网的地方，都可以通过IE等WWW浏览器，登录到家中的计算机上完成住宅设备的远程监控，界面直观，易于操作。并且，无需在上网处安装任何客户端程序。
通过电话进行远程控制时，只需将安明斯模块串接到电话线和原有电话机之间，就可以在外通过普通电话或手机，拨通家中电话。在5次振铃（可调整）后，安明斯自动应答。如果用户输入了正确的密码，就可以进入远程监控模式。
远程监控时，可以控制所有连接到家庭网络上的设备，例如，灯光系统每一盏灯光的亮度和开关、空调的启停和温度、通风设备的启动和关闭，甚至电视机的频道、音量等。
在通过电话控制时，可以选择多种预设的场景，轻松完成对多个设备的远程操作。
安明斯电话远程控制模块同样提供了远程报警的功能，紧急情况发生时，将自动拨打主人电话，进行语音提示。
安明斯家庭智能系统设计理念
● 更安全、更舒适——Safe & Comfort
● 人性化——Humanization
● 操作方便——Easy
● 模块化结构——Modularize
● 布线简单——Simple
● 标准化——Standard
智能家居控制系统设计研究 篇12
智能家居以家为平台, 兼备建筑智能化、网络家电、智能化及自动化, 集系统、结构及服务等为一体。家居是人们日常生活的空间, 智能化应为人们的生活和办公服务, 因此智能家居应具有更全面、更具人性化等特点。本文设计了一种基于嵌入式系统的智能家居控制系统, 采用LPC2478为控制端处理器, 对各数据进行监测分析, 并可以将结果通过以太网接口上传至手机APP进行控制, 具有良好的用户体验效果。
一、总体方案设计
本监控系统的核心部件是嵌入式系统。嵌入式系统以应用为核心, 以计算机技术为基础, 软件、硬件可模块化, 从而进行外围功能的扩展。智能家居的目的是让用户能够得到全方位的、智能化的服务。对家中的各种信息能够及时掌握并处理。在本监控系统的开发中, 根据需要完成的任务, 对系统所要实现的功能进行了如下设计:
一是电源开关、水、煤气电磁阀的通断监测及控制;
二是对家电设备电源开关的控制;
三是声音、光电信号报警;
四是自动调节室内温湿度、亮度等功能;
五是远程视频监控功能;
六是远程APP显示及控制;
根据所要实现的功能, 本系统设计了五大模块, 分别为电源模块、存储模块、调试模块、输入输出模块、网络通信模块。其中存储模块又分为FLASH模块和SDRAM模块, 通信模块又分为与子模块进行通信的Zigbee模块和与远程APP控制及显示所采用的网络通信模块, 详见图1所示。
本设计采用微处理器作为控制核心, 在整个系统中起着重要的作用, 它负责对各个模块进行协调控制, 使之顺利实现人机交互、信息获取、信息处理、信息输出的功能。LPC2478作为恩智浦半导体公司推出的32位ARM7处理器, 集成了非常丰富的功能模块, 可以大大减少外围芯片的使用, 提高开发效率。
二、硬件系统的设计
系统采用LPC2478微处理器为处理核心负责总体沟通及控制, 电源及复位电路负责提供电源, FLASH用来存储编制好的程序代码, 系统运行中所产生的临时数据存储在SDRAM中, JTAG模块为调试阶段与上位机的接口, 指示灯及按键发挥一个简单的人机交互及状态提示作用, 主要的人机接口及显示则通过网络接口采用手机APP实现, Zigbee无线模块负责系统内各个温湿度传感器及执行模块之间的通信。
1. 温湿度传感器电路
在本系统中, 温湿度复合传感器采用了SHTxx系列芯片, 该芯片的可靠性和稳定性都比较高, 且含有已校准的数字信号输出。具有抗干扰能力强、超快响应、性价比高、品质卓越等优点。SHTxx传感器的湿度校验都在极为精确。在OTP内存中以程序的形式储存校准系数, 并在检测信号的处理过程中调用。传感器内部基准电压和两线制串行接口保证了系统集成的简易快捷, 并且体积小。芯片内部的供电电压范围为2.4V~5.5V。休眠期期间不需发送任何指令。同时在电源引脚GND、VDD之间可以加入一个100n F的电容用来去耦滤波。DATA三态门用于读取数据。DATA在SCK时钟出现下降沿之后改变形态, 并在SCK时钟的上升沿为有效。在数据传输的过程中, DATA必须要在SCK时钟高电平时保持稳定状态。为了引起避免信号冲突, 微处理器应该保持DATA在低电平。然后需要外部的上拉电阻将信号提升至高电平。通常情况下上拉电阻已经包含在微处理器的I/O电路中。
2. 可燃气体检测模块
采用MQ-2型气敏传感器作为气体检测元件, 其工作原理是电阻值随烟雾或可燃性气体浓度的改变而改变。可燃气体检测电路图如图3所示。当气体浓度在允许范围内气敏传感器A、B间的阻值较大, B端低电平, 三极管Q1截止, C端输出高电平;当气体浓度达到一定值时A、B间的阻值迅速减小, B端高电平, 三极管Q1导通, C端输出低电平。可燃气体检测模块的作用是检测是否有气体泄漏并做相应处理。
3. 电磁阀控制模块
本设计采用了一种高效节能的双稳态ZCSTH型电磁阀来实现对可燃性气体的开关控制。ZCSTH型电磁阀被广泛应用于水电、染化、纺织、印染、食品、卷烟、水泥制品、石油化工、冶金、燃气、居民用水等部门及其它各工业部门的管路系统中, 具有机械式自锁记忆功能的双先导结构, 其工作原理如下:当部件线圈B通电, 电磁阀打开, 然后断电, 此时电磁阀为常通状态, 当部件线圈A通电, 电磁阀关闭, 然后断电, 此时电磁阀为常闭状态。ZCSTH型电磁阀采用3.3V供电, 利用脉冲使电磁阀点开和点关, 具有自保持的工作状态。当电磁阀开启或关闭完成时, 不再需要电源供电, 不但节省了能源, 同时也提高了线圈的使用寿命。电磁阀控制电路的工作原理:当P0_2引脚输出1秒的高电平脉冲时, 使线圈“B”通电, 双稳态电磁阀打开, 电磁阀处于开启状态;当P0_5引脚输出1秒的高电平脉冲时, 使线圈A通电, 双稳态电磁阀闭合, 电磁阀处于关闭状态。电路如图4所示。
4. 通信模块
为了通过网络将系统所监测到的数据提交给人机交互平台, 本系统采用了DM9000EP控制芯片作为以太网接口, DM9000具备10M/100M以太网功能。它成本低且处理速度快, 可以以低功耗的模式在高性能进程的3.3V与5V之间进行切换。DM9000物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。这是完全符合IEEE 802.3u的规格的。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适应其线路带宽。此外, 还支持IEEE 802.3x的全双工流量控制。因为在这个环境里面DM9000的使用是非常简易的, 所以用户可以很容易地移植任何系统下的端口驱动程序。
本系统中的硬件设计部分除了以上几个模块, 还有电源及复位模块、存储模块、Zigbee通信模块。由于篇幅所限, 并且在其他文章中上述几个通用模块已经有很成熟的设计实践, 因此不再赘述。
三、软件系统的设计
考虑到智能家居监控系统是个实时系统, 需要及时对各功能传感器或命令做出响应, 并且软件系统必须具有实时响应消息和对内存进行管理的功能, 故有必要为智能家居监控系统移植一个实时操作系统。在考虑本系统设计的成本要求时, 免费型的实时操作系统作为首选。Linux操作系统的缺点是实时性能一般, 移植复杂和占用空间较大;与Linux相比μC/OS II具有占用空间小、实时性能完善、移植简单以及可扩展性大等诸多优势。从二者的优缺点考虑, 本系统采用μC/OS II实时操作系统。
1. μC/OS II概述
μC/OS II是一款源码公开, 代码简短的嵌入式多任务内核。它执行效率高、占用空间小、实时性能优良、可扩展性强, 并且具备了较高的稳定性和可靠性, 比较适合于小型控制系统。μC/OS II的开发者是Jean J.Labrosse, 他在1992年推出了μC/OS的第一个版本, 之后又在此基础上经过修改和扩充之后又推出了第二版, 称做μC/OS II。作为一个微内核, μC/OS II只对处理器和硬件时钟进行了抽象和封装, 而没有提供其他硬件抽象层。
要将μC/OS II移植到一款新的处理器上, 首先该目标处理器必须满足以下条件:处理器的C编译器能产生可重入代码;处理器支持中断, 并且能产生定时中断;在C语言中可以开关中断;支持内嵌汇编且C语言和汇编语言可互相调用;处理器能支持一定数量的数据存储硬件堆栈;处理器有将堆栈指针以及其他CPU寄存器的内容读出、并存储到堆栈或内存中去的指令。本文所选处理器和开发环境完全满足μC/OS II对移植环境的要求。
2. μC/OS II嵌入式操作系统的移植
μC/OS II的体系结构如图6所示。移植μC/OS II, 最主要的工作就是修改与硬件相关的三个文件, 即OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM。
OS_CPU.H中含有用#define定义的与处理器有关的常量、宏和类型定义。通过对此处定义的修改, 可以使源代码中对变量类型的使用不用考虑具体的处理器。移植的目标就是使处理器、编译器和μC/OS II三者之间数据类型统一。此文件中还有一个μC/OS II对堆栈增长方向的定义OS_STK_GROWTH, 由于Keil只支持递减堆栈, 所以此处需要定义OS_STK_GROWTH的值为1。OS_CPU_C.C文件中, 需要进行的工作是编写函数OSTask Stk Init () 。该函数在创建一个任务时被调用, 进行任务堆栈的初始化。根据LPC2478的寄存器结构, 就可以确定在本次移植中应该使用的任务的堆栈结构, 从而可以很容易写出堆栈初始化函数代码。在OS_CPU_A.ASM文件中, 有四个函数需要编写, 分别是启动最高优先级就绪任务函数OSStart High Rdy () 、时钟节拍中断服务子程序OSTick ISR () 、任务级任务切换函数OS_TASK_SW () 及中断级任务切换函数OSInt Ctx Sw () 。
3. 控制系统程序的设计
本控制系统要完成的功能是实时监控各个子节点传来的数据, 接收手机APP发来的指令, 如断电、开空调、开关门窗等指令。系统对指令进行执行, 然后根据读取到的数据判断是否需要报警。如有危险则进行报警, 如没有危险则通过以太网接口将数据打包发送手机APP进行人机交互, 程序流程原理如图7所示。
四、远程手机客户端的设计
考虑到系统的可维护性、可扩展性以及开发成本, 本系统选择了基于Android平台来开发智能家居控制系统APP。Android是一个以Linux为基础的开源操作系统。它主要应用在移动电话领域, 包括智能手机和廉价的功能机。Android系统架构是指Android操作系统的组成结构, 是开发人员编写应用程序的基础。它由五部分组成, 分别是:应用程序、应用程序框架、Android运行时、系统库和Linux内核。
1. 软件结构设计
软件结构设计的主要任务是分层设计软件模块, 并明确中间件的特点和作用。分层设计软件模块结构主要是把软件模块组织成良好的层次系统, 并描述各层次模块间的关系。层与层之间是松耦合的关系, 下层模块负责为上层模块提供支持。传统意义上的中间件是位于平台 (硬件和操作系统) 和具体应用之间的通用服务, 这些服务具有标准的程序接口和协议。本文所指的中间件是位于Android操作系统和用户功能之间可复用的功能模块。本文设计的中间件具有良好的复用价值和扩展性。开发人员可以基于此中间件进行二次开发, 实现智能家居系统其他APP。
2. 系统功能模块设计
根据本控制系统的功能需求, 将智能家居APP分为四大功能模块, 分别是信息服务、数据查询、设备管理和软件设置。信息服务模块提供对所有推送消息的管理, 数据查询模块提供对各类信息的查询以及对设备的文本命令控制, 设备管理模块包含与设备控制相关的功能集合, 软件设置实现对APP各种参数的管理。
五、结语
本文结合嵌入式技术、无线通讯技术、网络技术、传感器技术、Android开发技术等在嵌入式开发平台上设计了家庭智能安防系统, 系统可以监测现场警情, 可以对各种智能家居进行控制, 又可以把信息传输至手机APP上, 以供远程访问并控制。Android图形界面交互做到了直观美观、所见及所得, 具有良好的用户效果。随着物联网、无线传感器网络、嵌入式、移动通信等技术迅速发展, 未来如果辅以手机上运行的数据分析软件, 可以科学分析环境数据的动态变化趋势, 以便做出高智慧的智能化控制。家庭智能安防系统作为智能家居里面关键部分, 必将以低成本、专业化、整体化的特点迎来高速发展。
参考文献
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[3]范鹏.基于ARM-Linux平台的家庭智能安防系统的研究与设计, 2014
[4]杨建华.基与嵌入式技术的智能家居监控系统的设计, 2012