嵌入式家居智能控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)

張鄭亮

摘 要：本文針對(duì)智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)和所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為控制系統(tǒng)的控制核心，按照總體設(shè)計(jì)方案的要求，完成了整個(gè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并針對(duì)相關(guān)模塊給出了各自的硬件設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù) 無(wú)線控制 智能家居

智能家居可提供人類從未體驗(yàn)過(guò)的安全與便利，受到市場(chǎng)的熱捧，成了世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。其中，嵌入式技術(shù)應(yīng)用不僅能有效地實(shí)現(xiàn)智能家居功能，還可大大降低研發(fā)成本、縮短開發(fā)時(shí)間，呈現(xiàn)出良好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

當(dāng)前智能家居控制系統(tǒng)多以單片機(jī)或ARM7作為主處理器，運(yùn)算速度和系統(tǒng)資源相對(duì)有限，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，智能化程度不高，應(yīng)用范圍窄。由于該類系統(tǒng)主要采用開關(guān)量檢測(cè)，經(jīng)常因?yàn)闄z測(cè)資源的匱乏無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分析功能。且該類系統(tǒng)硬件電路不能隨意增加和減少設(shè)備，一旦硬件改動(dòng)，軟件部分需要大量改寫甚至重新編寫。

一、智能家居無(wú)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)的智能家居無(wú)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。本設(shè)計(jì)選擇ARM9作為嵌入式系統(tǒng)的主處理器，盡管ARM9的價(jià)格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上資源遠(yuǎn)較ARM7豐富，故而可大大簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，不僅性能更強(qiáng)，綜合性價(jià)比也大為提高。

圖 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)中的GPRS模塊和手機(jī)模塊構(gòu)成通信模塊，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在控制模塊和家居電器間構(gòu)建信息通道，傳感器模塊檢測(cè)家居環(huán)境，并將數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊。此外，本設(shè)計(jì)還包含有顯示及操作用的LCD模塊、電源模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊。

GPRS模塊和ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ARM對(duì)家居電器的監(jiān)控，同時(shí)防止外部對(duì)本系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的攻擊與非法訪問(wèn)。采用無(wú)線技術(shù)的好處顯而易見，既可以省去繁瑣的布線，又可以更靈活地放置網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備，改善家居布局。此外，利用GPRS模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為家居生活帶來(lái)了極大的方便。結(jié)合傳感器模塊，即使發(fā)生意外情況時(shí)家中無(wú)人，也可迅速報(bào)警，通知家庭成員，甚至直接可由家庭成員利用遠(yuǎn)程控制做出補(bǔ)救。如家中有成員走動(dòng)時(shí)，空調(diào)保持一定的室溫，而無(wú)人走動(dòng)時(shí)關(guān)閉空調(diào)或升高室溫，從而提高舒適度，節(jié)約能源。

二、系統(tǒng)主程序模塊設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)主程序模塊主要是控制相應(yīng)的設(shè)備以達(dá)到預(yù)期指標(biāo)效果，主程序?qū)ο到y(tǒng)采集的信息進(jìn)行整合并加以分析判斷。例如系統(tǒng)設(shè)定的溫度值為27℃，而當(dāng)前采集的溫度值為30℃，系統(tǒng)就會(huì)控制制冷裝置自動(dòng)啟動(dòng)，并關(guān)閉門窗，使得室內(nèi)的溫度可以維持在27℃。假如溫度采集模塊出現(xiàn)故障，采集的信息沒(méi)有隨相應(yīng)設(shè)備工作發(fā)生改變，則系統(tǒng)能自動(dòng)判別并將傳感器故障報(bào)警信號(hào)置位，避免系統(tǒng)因?yàn)閭鞲衅鞯墓收隙鴮?dǎo)致判斷出現(xiàn)問(wèn)題。

三、系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能具體描述如下。

家居電器的綜合監(jiān)控：控制系統(tǒng)內(nèi)所有相關(guān)家居電器，包括對(duì)其設(shè)置的參數(shù)和監(jiān)測(cè)狀態(tài)的檢測(cè)，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

室內(nèi)環(huán)境信息采集：定期采集數(shù)據(jù)，主要監(jiān)測(cè)濕度、溫度和空氣成分（有毒氣體如煙、煤氣），將信息傳遞給控制系統(tǒng)作為參考。

自動(dòng)報(bào)警：一旦家居環(huán)境發(fā)生超出設(shè)定閥值的變化，如有毒氣體超標(biāo)，或監(jiān)測(cè)到陌生人未經(jīng)開啟門鎖入室，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)GPRS模塊通知家庭成員。

本地控制：家庭成員可通過(guò)家庭計(jì)算機(jī)監(jiān)控家居電器。

遠(yuǎn)程控制：依賴互聯(lián)網(wǎng)和ZigBee系統(tǒng)，家庭成員可通過(guò)通信終端控制家居電器，查詢工作狀況。

安全防盜：依賴互聯(lián)網(wǎng)、家庭網(wǎng)關(guān)和通信終端，家庭成員和家居環(huán)境建立起雙向通信，一旦家庭防盜系統(tǒng)在未解除的情況下發(fā)生某些操作，或家居電器發(fā)生異常時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)立即通知家庭成員，達(dá)到安全防盜的效果。

筆者設(shè)計(jì)的基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居遠(yuǎn)程無(wú)線控制系統(tǒng)，在功耗、體積、性能和可擴(kuò)展性上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、驗(yàn)證，該系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的要求，可實(shí)現(xiàn)家居的智能控制，具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛，王民等.嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)前端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造工程，2008（9）.

[2]譚云福，張建忠.基于S3C2410微控制器的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子器件，2008（4）.

（作者單位：鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校）endprint

摘 要：本文針對(duì)智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)和所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為控制系統(tǒng)的控制核心，按照總體設(shè)計(jì)方案的要求，完成了整個(gè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并針對(duì)相關(guān)模塊給出了各自的硬件設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù) 無(wú)線控制 智能家居

智能家居可提供人類從未體驗(yàn)過(guò)的安全與便利，受到市場(chǎng)的熱捧，成了世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。其中，嵌入式技術(shù)應(yīng)用不僅能有效地實(shí)現(xiàn)智能家居功能，還可大大降低研發(fā)成本、縮短開發(fā)時(shí)間，呈現(xiàn)出良好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

當(dāng)前智能家居控制系統(tǒng)多以單片機(jī)或ARM7作為主處理器，運(yùn)算速度和系統(tǒng)資源相對(duì)有限，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，智能化程度不高，應(yīng)用范圍窄。由于該類系統(tǒng)主要采用開關(guān)量檢測(cè)，經(jīng)常因?yàn)闄z測(cè)資源的匱乏無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分析功能。且該類系統(tǒng)硬件電路不能隨意增加和減少設(shè)備，一旦硬件改動(dòng)，軟件部分需要大量改寫甚至重新編寫。

一、智能家居無(wú)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)的智能家居無(wú)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。本設(shè)計(jì)選擇ARM9作為嵌入式系統(tǒng)的主處理器，盡管ARM9的價(jià)格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上資源遠(yuǎn)較ARM7豐富，故而可大大簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，不僅性能更強(qiáng)，綜合性價(jià)比也大為提高。

圖 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)中的GPRS模塊和手機(jī)模塊構(gòu)成通信模塊，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在控制模塊和家居電器間構(gòu)建信息通道，傳感器模塊檢測(cè)家居環(huán)境，并將數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊。此外，本設(shè)計(jì)還包含有顯示及操作用的LCD模塊、電源模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊。

GPRS模塊和ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ARM對(duì)家居電器的監(jiān)控，同時(shí)防止外部對(duì)本系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的攻擊與非法訪問(wèn)。采用無(wú)線技術(shù)的好處顯而易見，既可以省去繁瑣的布線，又可以更靈活地放置網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備，改善家居布局。此外，利用GPRS模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為家居生活帶來(lái)了極大的方便。結(jié)合傳感器模塊，即使發(fā)生意外情況時(shí)家中無(wú)人，也可迅速報(bào)警，通知家庭成員，甚至直接可由家庭成員利用遠(yuǎn)程控制做出補(bǔ)救。如家中有成員走動(dòng)時(shí)，空調(diào)保持一定的室溫，而無(wú)人走動(dòng)時(shí)關(guān)閉空調(diào)或升高室溫，從而提高舒適度，節(jié)約能源。

二、系統(tǒng)主程序模塊設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)主程序模塊主要是控制相應(yīng)的設(shè)備以達(dá)到預(yù)期指標(biāo)效果，主程序?qū)ο到y(tǒng)采集的信息進(jìn)行整合并加以分析判斷。例如系統(tǒng)設(shè)定的溫度值為27℃，而當(dāng)前采集的溫度值為30℃，系統(tǒng)就會(huì)控制制冷裝置自動(dòng)啟動(dòng)，并關(guān)閉門窗，使得室內(nèi)的溫度可以維持在27℃。假如溫度采集模塊出現(xiàn)故障，采集的信息沒(méi)有隨相應(yīng)設(shè)備工作發(fā)生改變，則系統(tǒng)能自動(dòng)判別并將傳感器故障報(bào)警信號(hào)置位，避免系統(tǒng)因?yàn)閭鞲衅鞯墓收隙鴮?dǎo)致判斷出現(xiàn)問(wèn)題。

三、系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能具體描述如下。

家居電器的綜合監(jiān)控：控制系統(tǒng)內(nèi)所有相關(guān)家居電器，包括對(duì)其設(shè)置的參數(shù)和監(jiān)測(cè)狀態(tài)的檢測(cè)，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

室內(nèi)環(huán)境信息采集：定期采集數(shù)據(jù)，主要監(jiān)測(cè)濕度、溫度和空氣成分（有毒氣體如煙、煤氣），將信息傳遞給控制系統(tǒng)作為參考。

自動(dòng)報(bào)警：一旦家居環(huán)境發(fā)生超出設(shè)定閥值的變化，如有毒氣體超標(biāo)，或監(jiān)測(cè)到陌生人未經(jīng)開啟門鎖入室，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)GPRS模塊通知家庭成員。

本地控制：家庭成員可通過(guò)家庭計(jì)算機(jī)監(jiān)控家居電器。

遠(yuǎn)程控制：依賴互聯(lián)網(wǎng)和ZigBee系統(tǒng)，家庭成員可通過(guò)通信終端控制家居電器，查詢工作狀況。

安全防盜：依賴互聯(lián)網(wǎng)、家庭網(wǎng)關(guān)和通信終端，家庭成員和家居環(huán)境建立起雙向通信，一旦家庭防盜系統(tǒng)在未解除的情況下發(fā)生某些操作，或家居電器發(fā)生異常時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)立即通知家庭成員，達(dá)到安全防盜的效果。

筆者設(shè)計(jì)的基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居遠(yuǎn)程無(wú)線控制系統(tǒng)，在功耗、體積、性能和可擴(kuò)展性上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、驗(yàn)證，該系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的要求，可實(shí)現(xiàn)家居的智能控制，具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛，王民等.嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)前端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造工程，2008（9）.

[2]譚云福，張建忠.基于S3C2410微控制器的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子器件，2008（4）.

（作者單位：鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校）endprint

摘 要：本文針對(duì)智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)和所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，利用32位嵌入式ARM9處理器S3C2440作為控制系統(tǒng)的控制核心，按照總體設(shè)計(jì)方案的要求，完成了整個(gè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并針對(duì)相關(guān)模塊給出了各自的硬件設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù) 無(wú)線控制 智能家居

智能家居可提供人類從未體驗(yàn)過(guò)的安全與便利，受到市場(chǎng)的熱捧，成了世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。其中，嵌入式技術(shù)應(yīng)用不僅能有效地實(shí)現(xiàn)智能家居功能，還可大大降低研發(fā)成本、縮短開發(fā)時(shí)間，呈現(xiàn)出良好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

當(dāng)前智能家居控制系統(tǒng)多以單片機(jī)或ARM7作為主處理器，運(yùn)算速度和系統(tǒng)資源相對(duì)有限，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，智能化程度不高，應(yīng)用范圍窄。由于該類系統(tǒng)主要采用開關(guān)量檢測(cè)，經(jīng)常因?yàn)闄z測(cè)資源的匱乏無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分析功能。且該類系統(tǒng)硬件電路不能隨意增加和減少設(shè)備，一旦硬件改動(dòng)，軟件部分需要大量改寫甚至重新編寫。

一、智能家居無(wú)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)的智能家居無(wú)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。本設(shè)計(jì)選擇ARM9作為嵌入式系統(tǒng)的主處理器，盡管ARM9的價(jià)格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上資源遠(yuǎn)較ARM7豐富，故而可大大簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，不僅性能更強(qiáng)，綜合性價(jià)比也大為提高。

圖 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)中的GPRS模塊和手機(jī)模塊構(gòu)成通信模塊，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在控制模塊和家居電器間構(gòu)建信息通道，傳感器模塊檢測(cè)家居環(huán)境，并將數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊。此外，本設(shè)計(jì)還包含有顯示及操作用的LCD模塊、電源模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊。

GPRS模塊和ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ARM對(duì)家居電器的監(jiān)控，同時(shí)防止外部對(duì)本系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的攻擊與非法訪問(wèn)。采用無(wú)線技術(shù)的好處顯而易見，既可以省去繁瑣的布線，又可以更靈活地放置網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備，改善家居布局。此外，利用GPRS模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為家居生活帶來(lái)了極大的方便。結(jié)合傳感器模塊，即使發(fā)生意外情況時(shí)家中無(wú)人，也可迅速報(bào)警，通知家庭成員，甚至直接可由家庭成員利用遠(yuǎn)程控制做出補(bǔ)救。如家中有成員走動(dòng)時(shí)，空調(diào)保持一定的室溫，而無(wú)人走動(dòng)時(shí)關(guān)閉空調(diào)或升高室溫，從而提高舒適度，節(jié)約能源。

二、系統(tǒng)主程序模塊設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)主程序模塊主要是控制相應(yīng)的設(shè)備以達(dá)到預(yù)期指標(biāo)效果，主程序?qū)ο到y(tǒng)采集的信息進(jìn)行整合并加以分析判斷。例如系統(tǒng)設(shè)定的溫度值為27℃，而當(dāng)前采集的溫度值為30℃，系統(tǒng)就會(huì)控制制冷裝置自動(dòng)啟動(dòng)，并關(guān)閉門窗，使得室內(nèi)的溫度可以維持在27℃。假如溫度采集模塊出現(xiàn)故障，采集的信息沒(méi)有隨相應(yīng)設(shè)備工作發(fā)生改變，則系統(tǒng)能自動(dòng)判別并將傳感器故障報(bào)警信號(hào)置位，避免系統(tǒng)因?yàn)閭鞲衅鞯墓收隙鴮?dǎo)致判斷出現(xiàn)問(wèn)題。

三、系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能具體描述如下。

家居電器的綜合監(jiān)控：控制系統(tǒng)內(nèi)所有相關(guān)家居電器，包括對(duì)其設(shè)置的參數(shù)和監(jiān)測(cè)狀態(tài)的檢測(cè)，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

室內(nèi)環(huán)境信息采集：定期采集數(shù)據(jù)，主要監(jiān)測(cè)濕度、溫度和空氣成分（有毒氣體如煙、煤氣），將信息傳遞給控制系統(tǒng)作為參考。

自動(dòng)報(bào)警：一旦家居環(huán)境發(fā)生超出設(shè)定閥值的變化，如有毒氣體超標(biāo)，或監(jiān)測(cè)到陌生人未經(jīng)開啟門鎖入室，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)GPRS模塊通知家庭成員。

本地控制：家庭成員可通過(guò)家庭計(jì)算機(jī)監(jiān)控家居電器。

遠(yuǎn)程控制：依賴互聯(lián)網(wǎng)和ZigBee系統(tǒng)，家庭成員可通過(guò)通信終端控制家居電器，查詢工作狀況。

安全防盜：依賴互聯(lián)網(wǎng)、家庭網(wǎng)關(guān)和通信終端，家庭成員和家居環(huán)境建立起雙向通信，一旦家庭防盜系統(tǒng)在未解除的情況下發(fā)生某些操作，或家居電器發(fā)生異常時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)立即通知家庭成員，達(dá)到安全防盜的效果。

筆者設(shè)計(jì)的基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居遠(yuǎn)程無(wú)線控制系統(tǒng)，在功耗、體積、性能和可擴(kuò)展性上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、驗(yàn)證，該系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的要求，可實(shí)現(xiàn)家居的智能控制，具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛，王民等.嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)前端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造工程，2008（9）.

[2]譚云福，張建忠.基于S3C2410微控制器的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子器件，2008（4）.

（作者單位：鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校）endprint