基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居演示系統(tǒng)

齊錦　王橋　王曄竹

摘 要：21世紀(jì)的信息化社會已經(jīng)向傳統(tǒng)房屋提出了新的要求，為順應(yīng)家庭生活的現(xiàn)代化，出現(xiàn)了智能家居這樣一個多樣化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)?；贏RM開發(fā)平臺設(shè)計的智能家居演示系統(tǒng)，涵蓋的主要功能包含智能廚房、智能門禁、智能照明、智能窗戶等。通過軟件和硬件的設(shè)計與協(xié)調(diào)可保障系統(tǒng)的完美運行，從而達(dá)到智能控制的效果。

關(guān)鍵詞：智能控制；ZigBee；嵌入式系統(tǒng)；智能家居

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）09-0016-04

0 引 言

在20世紀(jì)80年代，由于很多電子技術(shù)家用產(chǎn)品的涌現(xiàn)，人們便開始對智能家居有了一定的初步設(shè)想，自從世界上第一幢智能家居1984年在美國建成以來，歐洲、美國、東南亞和澳大利亞等一些經(jīng)濟比較發(fā)達(dá)的國家先后又提出了各種智能建筑的策略，并在美國、德國、新加坡等國家廣泛使用，而后我國也相繼出現(xiàn)了一些智能家居方案，并投入使用[1]。

智能家居是社會進(jìn)步和廣大群眾需求以及生產(chǎn)力發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著群眾生活水平的提高、國家相關(guān)部門的扶持以及生產(chǎn)力發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物，行業(yè)相關(guān)協(xié)會的成立，智能家居將逐漸形成完整的生產(chǎn)鏈，其產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也將得到進(jìn)一步的完善[2]。文中主要研究的是一套基于嵌入式系統(tǒng)且具有低成本、操作簡單靈活的智能家居系統(tǒng)，其主要包括了智能家居系統(tǒng)平臺的整體設(shè)計，硬件平臺的建立和各種功能模塊的軟件編程及實現(xiàn)。

1 智能家居概述

智能家居就是以住宅為平臺安裝智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，用來為人們提供一個方便、舒適和安全的居住環(huán)境。智能家居現(xiàn)在發(fā)展多年，在業(yè)務(wù)鏈上，除了業(yè)務(wù)平臺以外的各個環(huán)節(jié)都已經(jīng)發(fā)展較為成熟了，且都具有各自獨立的標(biāo)準(zhǔn)體系。但要在這種規(guī)模較小的現(xiàn)狀下來實現(xiàn)大規(guī)模化發(fā)展，還是有很多問題等待解決的。造成智能家居現(xiàn)狀的原因也是多方面的，例如資金不足、政府扶持不夠以及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)還不成熟等諸多原因[2]。

智能家居主要是以基本建筑設(shè)施為平臺，安裝有各種現(xiàn)代化電子設(shè)備，并通過現(xiàn)代化的信息技術(shù)設(shè)備對其進(jìn)行統(tǒng)一的管理、控制?，F(xiàn)今，利用科學(xué)技術(shù)來改善生活環(huán)境已是必然趨勢，智能家居主要利用了各種信息通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)、多媒體技術(shù)以及自動控制技術(shù)等，對所有接入管理系統(tǒng)的電子技術(shù)組件進(jìn)行集成。在這樣的集成環(huán)境下，可以在一定程度上簡化居家事務(wù)管理，提高我們的生活效率，還能帶給我們非同一般的生活體驗。同時考慮到全球?qū)Νh(huán)境保護的呼吁，智能家居也能夠通過科學(xué)、合理的運作方式，起到節(jié)能、減排的作用。

2 智能家居系統(tǒng)方案

本文是以家居環(huán)境為背景，以ARM開發(fā)板為設(shè)計平臺，圍繞日常家居中的相關(guān)幾個相關(guān)事件動作，設(shè)計了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居演示系統(tǒng)。預(yù)期實現(xiàn)智能家居的主要功能有：智能廚房、智能門禁、智能照明、智能窗戶等4項功能。下面就系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和軟、硬件設(shè)計兩大方面進(jìn)行說明。

2.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計智能家居系統(tǒng)的核心部分由ARM11核心板，GPRS模塊，3G模塊，無線傳感器模塊，門禁模塊和終端執(zhí)行等模塊組成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)所要實現(xiàn)的智能家居演示系統(tǒng)功能如下：

（1）室內(nèi)光度、濕度、溫度、二氧化碳濃度測量；

（2）室內(nèi)的暗亮情況智能控制電燈的開、關(guān)；

（3）攝像頭采集訪客的照片并利用3G發(fā)送郵件給房主；

（4）室內(nèi)二氧化碳濃度如果過高就發(fā)送短信通知房主；

（5）室外如果下雨，室內(nèi)就智能關(guān)窗。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.2.1 核心處理芯片的選擇

本設(shè)計采用飛凌OK6410開發(fā)板，是一款基于三星公司最新的ARM11處理器S3C6410。以它為主要核心控控制芯片，其相關(guān)無線傳感器對周邊的環(huán)境進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)傳送給核心控制中心，從而對整套系統(tǒng)進(jìn)行實時控制與監(jiān)控。

S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性價比的RSIC處理器，它基于ARM11內(nèi)核，可廣泛應(yīng)用于通信等領(lǐng)域，OK6410以獨特的硬件優(yōu)勢、強大的軟件功能和開源的共享精神贏得了嵌入式行業(yè)的普遍贊譽，故以它作為試驗平臺來驗證智能家居系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)的可行性。

2.2.2 遠(yuǎn)程通信模塊的選擇

目前比較流行的遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)有GPRS與CDMA，GPRS是GSM向3G的發(fā)展中的一種過渡技術(shù)，是在GSM的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接。而CDMA是在擴頻通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型無線通信技術(shù)。它技術(shù)的原理是擴頻-解擴原理，以實現(xiàn)信息通信。系統(tǒng)中選用這兩種無線通信技術(shù)，是因為它們具有高速傳輸和實時在線等優(yōu)點，符合本系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信模塊的基本功能要求。

2.2.3 近程通信模塊的選擇

由于智能家居對家居內(nèi)的傳輸網(wǎng)絡(luò)只需要傳輸小數(shù)據(jù)包，所以不需要太大的傳輸速度，但家居中的家電設(shè)備多，所以又需要其的網(wǎng)絡(luò)容量，且信息的實時性要好、時延要短。要符合這種要求的通信技術(shù)，在近幾年出現(xiàn)了一種，它叫ZigBee技術(shù)，是一種短距離無線通信技術(shù)，具有數(shù)據(jù)率低、成本低、傳輸距離短但安全可靠等優(yōu)點。這項技術(shù)的特點決定了它能很好地滿足智能家居系統(tǒng)在短程通信方面的需求。

2.2.4 直流電機模塊

輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機稱為直流電動機，它能實現(xiàn)直流電能轉(zhuǎn)化為機械能。直流電動機具有較高的響應(yīng)速度、精度和頻率、良好的調(diào)整轉(zhuǎn)速、較高的工作效率、簡單的控制性能、優(yōu)異的動態(tài)特性等優(yōu)點，但是為了達(dá)到設(shè)計的要求，并且更好的與主系統(tǒng)板相結(jié)合，我們采用5 V供電電壓的電機和相應(yīng)的驅(qū)動芯片，加上軟件產(chǎn)生的PWM信號來控制電壓對直流電機進(jìn)行調(diào)速。這在性能指標(biāo)、成本、易用性等方面上無疑是一個較好的方案。

2.2.5 攝像頭模塊

門禁系統(tǒng)的感知部件是攝像頭，我們利用的攝像頭是采用最經(jīng)典的中芯微301P方案，高品質(zhì)64位真彩，其鏡片采用高品質(zhì)不變形鏡片，真實還原色彩。感光器件采用高品質(zhì)1/3 inch CMOS，感光效果超越CCD，支持VGA/CIF格式。本攝像頭采用USB接口，使用方便，速率高達(dá)30 f/s，信躁比大于48 dB，擁有影像處理功能、MMX技術(shù)高速軟解壓和快速壓縮引擎。除此之外它還擁有新一代驅(qū)動，支持Windows XP系統(tǒng)和最新的Win 7系統(tǒng)，并且支持動、靜態(tài)圖像捕捉和支持Avi影像錄制。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的選擇

在確定硬件系統(tǒng)后，為配合硬件而達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)控制要求，我們采用Linux操作系統(tǒng)。因為在Linux與ARM處理器兩個領(lǐng)域中可以看出，Linux系統(tǒng)在諸多方面都存在優(yōu)勢，而且本身的ARM處理器與Linux也有著緊密的聯(lián)系。

2.3.2 開發(fā)軟件

開發(fā)軟件是基于Linux 2.6內(nèi)核進(jìn)行目標(biāo)機開發(fā)，宿主機使用Fedora與Win 7操作系統(tǒng)、ARM-Linux交叉編譯環(huán)境、QT 4.5圖形庫進(jìn)行開發(fā)，用到了內(nèi)核的配置編譯與調(diào)試技術(shù)、模塊化驅(qū)動程序的使用、根文件系統(tǒng)的制作等技術(shù)。

2.3.3 軟件流程設(shè)計

本設(shè)計的軟件流程設(shè)計分為兩部分，第一部分為圖2所示的嵌入式系統(tǒng)軟件流程圖；第二部分為圖3所示的外圍系統(tǒng)軟件流程圖。

3 測 試

測試環(huán)境選在西北大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院818實驗室。測試的主要流程有：

（1）布置節(jié)點采集溫度、濕度、光強、二氧化碳濃度值；

（2）搭建好初始化系統(tǒng)，接收采集到的數(shù)據(jù)；

（3）終端執(zhí)行響應(yīng)命令和查收文件。

測試的重點主要在以下四個方面：一是用攝像頭采集訪客的照片并利用3G發(fā)送郵件給房主；二是在室內(nèi)二氧化碳濃度超過閾值時發(fā)送短信以通知房主；三是如果室外下雨，室內(nèi)就智能關(guān)窗；四是以室內(nèi)的暗亮情況來智能控制電燈的開、關(guān)。

本系統(tǒng)的初始化界面如圖4所示，本界面的主要信息為接受信息的手機號碼、接收郵件的郵箱地址以及相關(guān)的控制和設(shè)置按鈕。圖5所示為采集數(shù)據(jù)的界面。

點擊Knock_door按鈕，便可開始采集來訪者照片，并利用3G模塊發(fā)送至指定郵箱，郵件目錄及內(nèi)容如圖6所示。這樣，打開郵件閱讀圖像，可見圖片信息完整，以郵件附件的形式發(fā)送得到的結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致。

如果人為地使節(jié)點采集到二氧化碳的溶度超過閾值，這時，觀察終端手機接收情況如圖7所示，也就是終端手機的短信圖?？梢?，其結(jié)果是成功收到基站發(fā)來的一條短信，并正確的收到了短信內(nèi)容，通知業(yè)主，從而達(dá)到了預(yù)期的目的。

然后，也可以人為地使節(jié)點采集到溫濕度值達(dá)到下雨時的那個范圍，這時也可以觀察終端電機控制的窗簾情況，圖8所示是窗簾關(guān)閉的情況，可見其結(jié)果符合預(yù)期的結(jié)果。

最后，再人為地使節(jié)點采集到的光照強度值達(dá)到該開燈的那個閾值，當(dāng)光強低于1 000個單位時，我們可以觀察終端電燈的亮滅情況，圖9所示是電燈開啟的圖片，符合預(yù)期的結(jié)果。隨后，當(dāng)光線增強，光照強度值達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時，電燈關(guān)閉，符合設(shè)計要求。期間系統(tǒng)命令存入日志中，圖10所示是日志記錄圖。

4 結(jié) 語

智能家居作為住宅技術(shù)信息化的實現(xiàn)方式，已經(jīng)成為了社會信息化快速發(fā)展的重要因素。無論是從個人需求還是從國家政府需求來看，都能凸顯出智能家居這個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展迫切性。在目前的技術(shù)發(fā)展背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個比較現(xiàn)實的突破口，而且它對智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重大意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，它將成為智能家居行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化加速器。但在物聯(lián)網(wǎng)給智能家居領(lǐng)域帶來機遇的同時，它們所面臨的問題同樣是不可忽視的，因為挑戰(zhàn)與機遇并存。

參考文獻(xiàn)

[1] 甘能.淺議智能家居控制系統(tǒng)[J].中小企業(yè)管理與科技，2010（30）：292.

[2] 郭建勛.智能住宅系統(tǒng)實現(xiàn)方案研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2007.

[3] 劉洋洋.基于嵌入式TCP/IP的數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].大連：大連海事大學(xué)，2005.

[4] 郭凱杰.智能家居的人性化設(shè)計[D].上海：同濟大學(xué)，2008.

[5] JONG B L. Smart home-digitally engineered domestic life [J]. Lecture Personl and Ubiquitous Computing， 2003， 7（20）： 189-196.

[6] 劉慶敏，張曉亮.嵌入式Linux開發(fā)詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[7] 蔡志明，盧傳福，李立夏，等.精通Qt4編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[8] 李程.基于嵌入式智能家居系統(tǒng)的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.

[9] 劉舉平.基于GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制器設(shè)計[J].微型計算機，2010（11）：13-14.

[10] 沈兆軍.利用GSM短信業(yè)務(wù)實現(xiàn)智能家具[J]. 微計算機信息，2006（1）：35-36.

Abstract： The 21st century information society has posed a challenge to the traditional houses. To follow modernization of family life， a smart home system with diversified network structure is come out. The smart home demonstration system based on ARM development platform includes smart kitchen， smart access control， smart lighting， smart windows and so on. The software/ hardware design and coordination can guarantee perfect running of the system and achieve the effect of smart control， so as to make a useful exploration and effective guidance in the extensive application of smart home.

Keywords： smart control； ZigBee； embedded systems； smart home

2.2.5 攝像頭模塊

門禁系統(tǒng)的感知部件是攝像頭，我們利用的攝像頭是采用最經(jīng)典的中芯微301P方案，高品質(zhì)64位真彩，其鏡片采用高品質(zhì)不變形鏡片，真實還原色彩。感光器件采用高品質(zhì)1/3 inch CMOS，感光效果超越CCD，支持VGA/CIF格式。本攝像頭采用USB接口，使用方便，速率高達(dá)30 f/s，信躁比大于48 dB，擁有影像處理功能、MMX技術(shù)高速軟解壓和快速壓縮引擎。除此之外它還擁有新一代驅(qū)動，支持Windows XP系統(tǒng)和最新的Win 7系統(tǒng)，并且支持動、靜態(tài)圖像捕捉和支持Avi影像錄制。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的選擇

在確定硬件系統(tǒng)后，為配合硬件而達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)控制要求，我們采用Linux操作系統(tǒng)。因為在Linux與ARM處理器兩個領(lǐng)域中可以看出，Linux系統(tǒng)在諸多方面都存在優(yōu)勢，而且本身的ARM處理器與Linux也有著緊密的聯(lián)系。

2.3.2 開發(fā)軟件

開發(fā)軟件是基于Linux 2.6內(nèi)核進(jìn)行目標(biāo)機開發(fā)，宿主機使用Fedora與Win 7操作系統(tǒng)、ARM-Linux交叉編譯環(huán)境、QT 4.5圖形庫進(jìn)行開發(fā)，用到了內(nèi)核的配置編譯與調(diào)試技術(shù)、模塊化驅(qū)動程序的使用、根文件系統(tǒng)的制作等技術(shù)。

2.3.3 軟件流程設(shè)計

本設(shè)計的軟件流程設(shè)計分為兩部分，第一部分為圖2所示的嵌入式系統(tǒng)軟件流程圖；第二部分為圖3所示的外圍系統(tǒng)軟件流程圖。

3 測 試

測試環(huán)境選在西北大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院818實驗室。測試的主要流程有：

（1）布置節(jié)點采集溫度、濕度、光強、二氧化碳濃度值；

（2）搭建好初始化系統(tǒng)，接收采集到的數(shù)據(jù)；

（3）終端執(zhí)行響應(yīng)命令和查收文件。

測試的重點主要在以下四個方面：一是用攝像頭采集訪客的照片并利用3G發(fā)送郵件給房主；二是在室內(nèi)二氧化碳濃度超過閾值時發(fā)送短信以通知房主；三是如果室外下雨，室內(nèi)就智能關(guān)窗；四是以室內(nèi)的暗亮情況來智能控制電燈的開、關(guān)。

本系統(tǒng)的初始化界面如圖4所示，本界面的主要信息為接受信息的手機號碼、接收郵件的郵箱地址以及相關(guān)的控制和設(shè)置按鈕。圖5所示為采集數(shù)據(jù)的界面。

點擊Knock_door按鈕，便可開始采集來訪者照片，并利用3G模塊發(fā)送至指定郵箱，郵件目錄及內(nèi)容如圖6所示。這樣，打開郵件閱讀圖像，可見圖片信息完整，以郵件附件的形式發(fā)送得到的結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致。

如果人為地使節(jié)點采集到二氧化碳的溶度超過閾值，這時，觀察終端手機接收情況如圖7所示，也就是終端手機的短信圖?？梢姡浣Y(jié)果是成功收到基站發(fā)來的一條短信，并正確的收到了短信內(nèi)容，通知業(yè)主，從而達(dá)到了預(yù)期的目的。

然后，也可以人為地使節(jié)點采集到溫濕度值達(dá)到下雨時的那個范圍，這時也可以觀察終端電機控制的窗簾情況，圖8所示是窗簾關(guān)閉的情況，可見其結(jié)果符合預(yù)期的結(jié)果。

最后，再人為地使節(jié)點采集到的光照強度值達(dá)到該開燈的那個閾值，當(dāng)光強低于1 000個單位時，我們可以觀察終端電燈的亮滅情況，圖9所示是電燈開啟的圖片，符合預(yù)期的結(jié)果。隨后，當(dāng)光線增強，光照強度值達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時，電燈關(guān)閉，符合設(shè)計要求。期間系統(tǒng)命令存入日志中，圖10所示是日志記錄圖。

4 結(jié) 語

智能家居作為住宅技術(shù)信息化的實現(xiàn)方式，已經(jīng)成為了社會信息化快速發(fā)展的重要因素。無論是從個人需求還是從國家政府需求來看，都能凸顯出智能家居這個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展迫切性。在目前的技術(shù)發(fā)展背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個比較現(xiàn)實的突破口，而且它對智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重大意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，它將成為智能家居行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化加速器。但在物聯(lián)網(wǎng)給智能家居領(lǐng)域帶來機遇的同時，它們所面臨的問題同樣是不可忽視的，因為挑戰(zhàn)與機遇并存。

參考文獻(xiàn)

[1] 甘能.淺議智能家居控制系統(tǒng)[J].中小企業(yè)管理與科技，2010（30）：292.

[2] 郭建勛.智能住宅系統(tǒng)實現(xiàn)方案研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2007.

[3] 劉洋洋.基于嵌入式TCP/IP的數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].大連：大連海事大學(xué)，2005.

[4] 郭凱杰.智能家居的人性化設(shè)計[D].上海：同濟大學(xué)，2008.

[5] JONG B L. Smart home-digitally engineered domestic life [J]. Lecture Personl and Ubiquitous Computing， 2003， 7（20）： 189-196.

[6] 劉慶敏，張曉亮.嵌入式Linux開發(fā)詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[7] 蔡志明，盧傳福，李立夏，等.精通Qt4編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[8] 李程.基于嵌入式智能家居系統(tǒng)的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.

[9] 劉舉平.基于GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制器設(shè)計[J].微型計算機，2010（11）：13-14.

[10] 沈兆軍.利用GSM短信業(yè)務(wù)實現(xiàn)智能家具[J]. 微計算機信息，2006（1）：35-36.

Abstract： The 21st century information society has posed a challenge to the traditional houses. To follow modernization of family life， a smart home system with diversified network structure is come out. The smart home demonstration system based on ARM development platform includes smart kitchen， smart access control， smart lighting， smart windows and so on. The software/ hardware design and coordination can guarantee perfect running of the system and achieve the effect of smart control， so as to make a useful exploration and effective guidance in the extensive application of smart home.

Keywords： smart control； ZigBee； embedded systems； smart home

2.2.5 攝像頭模塊

門禁系統(tǒng)的感知部件是攝像頭，我們利用的攝像頭是采用最經(jīng)典的中芯微301P方案，高品質(zhì)64位真彩，其鏡片采用高品質(zhì)不變形鏡片，真實還原色彩。感光器件采用高品質(zhì)1/3 inch CMOS，感光效果超越CCD，支持VGA/CIF格式。本攝像頭采用USB接口，使用方便，速率高達(dá)30 f/s，信躁比大于48 dB，擁有影像處理功能、MMX技術(shù)高速軟解壓和快速壓縮引擎。除此之外它還擁有新一代驅(qū)動，支持Windows XP系統(tǒng)和最新的Win 7系統(tǒng)，并且支持動、靜態(tài)圖像捕捉和支持Avi影像錄制。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的選擇

在確定硬件系統(tǒng)后，為配合硬件而達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)控制要求，我們采用Linux操作系統(tǒng)。因為在Linux與ARM處理器兩個領(lǐng)域中可以看出，Linux系統(tǒng)在諸多方面都存在優(yōu)勢，而且本身的ARM處理器與Linux也有著緊密的聯(lián)系。

2.3.2 開發(fā)軟件

開發(fā)軟件是基于Linux 2.6內(nèi)核進(jìn)行目標(biāo)機開發(fā)，宿主機使用Fedora與Win 7操作系統(tǒng)、ARM-Linux交叉編譯環(huán)境、QT 4.5圖形庫進(jìn)行開發(fā)，用到了內(nèi)核的配置編譯與調(diào)試技術(shù)、模塊化驅(qū)動程序的使用、根文件系統(tǒng)的制作等技術(shù)。

2.3.3 軟件流程設(shè)計

本設(shè)計的軟件流程設(shè)計分為兩部分，第一部分為圖2所示的嵌入式系統(tǒng)軟件流程圖；第二部分為圖3所示的外圍系統(tǒng)軟件流程圖。

3 測 試

測試環(huán)境選在西北大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院818實驗室。測試的主要流程有：

（1）布置節(jié)點采集溫度、濕度、光強、二氧化碳濃度值；

（2）搭建好初始化系統(tǒng)，接收采集到的數(shù)據(jù)；

（3）終端執(zhí)行響應(yīng)命令和查收文件。

測試的重點主要在以下四個方面：一是用攝像頭采集訪客的照片并利用3G發(fā)送郵件給房主；二是在室內(nèi)二氧化碳濃度超過閾值時發(fā)送短信以通知房主；三是如果室外下雨，室內(nèi)就智能關(guān)窗；四是以室內(nèi)的暗亮情況來智能控制電燈的開、關(guān)。

本系統(tǒng)的初始化界面如圖4所示，本界面的主要信息為接受信息的手機號碼、接收郵件的郵箱地址以及相關(guān)的控制和設(shè)置按鈕。圖5所示為采集數(shù)據(jù)的界面。

點擊Knock_door按鈕，便可開始采集來訪者照片，并利用3G模塊發(fā)送至指定郵箱，郵件目錄及內(nèi)容如圖6所示。這樣，打開郵件閱讀圖像，可見圖片信息完整，以郵件附件的形式發(fā)送得到的結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致。

如果人為地使節(jié)點采集到二氧化碳的溶度超過閾值，這時，觀察終端手機接收情況如圖7所示，也就是終端手機的短信圖?？梢?，其結(jié)果是成功收到基站發(fā)來的一條短信，并正確的收到了短信內(nèi)容，通知業(yè)主，從而達(dá)到了預(yù)期的目的。

然后，也可以人為地使節(jié)點采集到溫濕度值達(dá)到下雨時的那個范圍，這時也可以觀察終端電機控制的窗簾情況，圖8所示是窗簾關(guān)閉的情況，可見其結(jié)果符合預(yù)期的結(jié)果。

最后，再人為地使節(jié)點采集到的光照強度值達(dá)到該開燈的那個閾值，當(dāng)光強低于1 000個單位時，我們可以觀察終端電燈的亮滅情況，圖9所示是電燈開啟的圖片，符合預(yù)期的結(jié)果。隨后，當(dāng)光線增強，光照強度值達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時，電燈關(guān)閉，符合設(shè)計要求。期間系統(tǒng)命令存入日志中，圖10所示是日志記錄圖。

4 結(jié) 語

智能家居作為住宅技術(shù)信息化的實現(xiàn)方式，已經(jīng)成為了社會信息化快速發(fā)展的重要因素。無論是從個人需求還是從國家政府需求來看，都能凸顯出智能家居這個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展迫切性。在目前的技術(shù)發(fā)展背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個比較現(xiàn)實的突破口，而且它對智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重大意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，它將成為智能家居行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化加速器。但在物聯(lián)網(wǎng)給智能家居領(lǐng)域帶來機遇的同時，它們所面臨的問題同樣是不可忽視的，因為挑戰(zhàn)與機遇并存。

參考文獻(xiàn)

[1] 甘能.淺議智能家居控制系統(tǒng)[J].中小企業(yè)管理與科技，2010（30）：292.

[2] 郭建勛.智能住宅系統(tǒng)實現(xiàn)方案研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2007.

[3] 劉洋洋.基于嵌入式TCP/IP的數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].大連：大連海事大學(xué)，2005.

[4] 郭凱杰.智能家居的人性化設(shè)計[D].上海：同濟大學(xué)，2008.

[5] JONG B L. Smart home-digitally engineered domestic life [J]. Lecture Personl and Ubiquitous Computing， 2003， 7（20）： 189-196.

[6] 劉慶敏，張曉亮.嵌入式Linux開發(fā)詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[7] 蔡志明，盧傳福，李立夏，等.精通Qt4編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[8] 李程.基于嵌入式智能家居系統(tǒng)的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.

[9] 劉舉平.基于GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制器設(shè)計[J].微型計算機，2010（11）：13-14.

[10] 沈兆軍.利用GSM短信業(yè)務(wù)實現(xiàn)智能家具[J]. 微計算機信息，2006（1）：35-36.

Abstract： The 21st century information society has posed a challenge to the traditional houses. To follow modernization of family life， a smart home system with diversified network structure is come out. The smart home demonstration system based on ARM development platform includes smart kitchen， smart access control， smart lighting， smart windows and so on. The software/ hardware design and coordination can guarantee perfect running of the system and achieve the effect of smart control， so as to make a useful exploration and effective guidance in the extensive application of smart home.

Keywords： smart control； ZigBee； embedded systems； smart home