智能家居控制系統(tǒng)中嵌入式技術(shù)的應(yīng)用

謝孟喆

摘 要：針對(duì)嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，以智能家居控制系統(tǒng)為例，做了簡(jiǎn)單的論述。智能家居控制系統(tǒng)中，利用嵌入式技術(shù)，依托無(wú)線通信技術(shù)，比如Zigbee技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制?；谇度胧郊夹g(shù)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可供選擇的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法較多，需要結(jié)合實(shí)際需要，來(lái)選擇控制方法。

關(guān)鍵詞：嵌入式技術(shù)；Zigbee技術(shù)；無(wú)線技術(shù)；智能家居

現(xiàn)階段，智能家居控制系統(tǒng)發(fā)展的相對(duì)成熟，利用物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，包括智能照明與安防監(jiān)控等，為居住者提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。其中嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)智能控制的主要技術(shù)，能夠滿足多設(shè)備情況下的系統(tǒng)控制，便于系統(tǒng)管理。用戶通過(guò)智能家居APP，利用微信或者其它應(yīng)用，均能夠?qū)崿F(xiàn)智能管理，具有較強(qiáng)的便利性。

1 智能家居控制系統(tǒng)概述

現(xiàn)階段，智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用，主要包括以下功能：1）智能安防系統(tǒng)。2）智能照明系統(tǒng)。3）智能影音系統(tǒng)。4）智能家電控制系統(tǒng)。5）智能門(mén)鎖系統(tǒng)。6）智能?chē)姽嘞到y(tǒng)。7）智能門(mén)窗系統(tǒng)。8）智能睡眠系統(tǒng)等，利用綜合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制，便于管理日常生活起居，保障家居管理的安全性與便利性，提升家居生活的現(xiàn)代化與科技化。

2 智能家居控制系統(tǒng)中嵌入式技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)

2.1 以TinOS技術(shù)為基礎(chǔ)的嵌入式技術(shù)

TinOS嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用的是NesC語(yǔ)言，通過(guò)將各組件，按照設(shè)計(jì)方式，形成系統(tǒng)架構(gòu)。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取的是模塊化設(shè)計(jì)方法，能夠保障各項(xiàng)功能得以實(shí)現(xiàn)。雖然傳感器資源應(yīng)用較少，但不會(huì)影響其功能。應(yīng)用TinOS技術(shù)，能夠在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上高性能運(yùn)行，發(fā)揮其管理作用。此技術(shù)類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，設(shè)有分管接收工作的底層硬件，同時(shí)還設(shè)置了具有數(shù)據(jù)編碼的綜合硬件層?；赥inOS技術(shù)，利用NesC語(yǔ)言，能夠按照人們對(duì)家居環(huán)境的要求，設(shè)計(jì)智能家居控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過(guò)傳感器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息探測(cè)與收集，借助Qt編程技術(shù)與API接口，能夠設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大且人性化的家居系統(tǒng)。

2.2 基于Zigbee技術(shù)的嵌入式技術(shù)

Zigbee技術(shù)為短距離無(wú)線電通信協(xié)議，為新型通信協(xié)議，為無(wú)線個(gè)域網(wǎng)，介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)與藍(lán)牙之間。其依靠微小傳感器，基于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)，具有較高的通信效率。將此技術(shù)應(yīng)用到智能家居系統(tǒng)中，利用無(wú)線電通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備連接，組成星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，遵循由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與路由器等節(jié)點(diǎn)組成的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。此技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及無(wú)線通信，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的支撐技術(shù)，憑借功率小與能耗低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。

2.3 以WI-FI為基礎(chǔ)的嵌入式技術(shù)

基于WI-FI的智能家居系統(tǒng)，是依靠智能傳感器、中央處理器等實(shí)現(xiàn)，用戶利用智能終端設(shè)備，比如手機(jī)，環(huán)境信息主要是通過(guò)服務(wù)器，傳遞給中央處理器，利用Internet進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)控制。此系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，主要是依靠硬件支持，包括FPGA平臺(tái)、建立WI-FI系統(tǒng)、繼電器等，利用繼電器模塊，可以實(shí)現(xiàn)家電控制，利用WI-FI技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控。

3 智能家居控制系統(tǒng)中嵌入式技術(shù)的應(yīng)用

智能家居系統(tǒng)中嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，形成嵌入式系統(tǒng)，主要分為軟件部分與硬件部分，具體包括出微處理器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、外圍設(shè)備等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為單芯片微處理嵌入式系統(tǒng)與多芯片微處理器嵌入系統(tǒng)。智能家居控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

3.1 處理器的選擇

基于嵌入式技術(shù)的智能家居系統(tǒng)中，處理器為核心，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要選擇成本較低、功耗較低、性能較高的中央處理器，比如ARM Cortex-M3的設(shè)備，移植ARM7系列的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)用電成本節(jié)，提高系統(tǒng)性能。

3.2 無(wú)線射頻模塊設(shè)計(jì)

此模塊是實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)通信的主要手段，利用此模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器和中央傳感器的無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)家居內(nèi)部設(shè)備的控制。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇nRF24L01，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)通信。此模塊抗干擾性能，使用的是免費(fèi)頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

3.3 傳感器的選擇

在智能家居系統(tǒng)中，依靠傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括溫度數(shù)據(jù)信息與濕度信息等。在設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇性能較高的溫度監(jiān)控傳感器，比如DS18B20，除此之外還需要設(shè)置人體紅外探測(cè)器以及氣體監(jiān)控傳感器等，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)控。傳感器主要是通過(guò)I/O接口，實(shí)現(xiàn)和無(wú)線射頻模塊的連接，基于無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)和中央傳感器的連接與數(shù)據(jù)通信。

3.4 軟件監(jiān)控平臺(tái)

在智能家居系統(tǒng)中，應(yīng)用嵌入式技術(shù)，構(gòu)建軟件監(jiān)控平臺(tái)，是控制功能實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。智能家居系統(tǒng)主要包括操作系統(tǒng)和無(wú)操作系統(tǒng)，其中無(wú)操作系統(tǒng)主要是通過(guò)無(wú)限循環(huán)，來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與數(shù)據(jù)提取，只能顯示數(shù)據(jù)值。操作系統(tǒng)除了具備無(wú)操作系統(tǒng)的功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中斷事件的控制。上述功能的實(shí)現(xiàn)，均依靠軟件監(jiān)控平臺(tái)。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用C++語(yǔ)言，進(jìn)行軟件編程與設(shè)計(jì)。

3.5 應(yīng)用分析

在智能家居系統(tǒng)中，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下方面：1）應(yīng)用于可視對(duì)講系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要是應(yīng)用于安防管理方面，當(dāng)有人到訪時(shí)，住戶可以通過(guò)可視化系統(tǒng)看清來(lái)訪客人的面貌，以判斷是否允許進(jìn)入，來(lái)訪人的信息將會(huì)同步到管理中心。2）應(yīng)用于報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)在室內(nèi)指定位置，安裝嵌入式報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生非法入侵事件時(shí)，此系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)利用監(jiān)控設(shè)備能夠獲得高清監(jiān)監(jiān)控圖像。3）應(yīng)用于智能?chē)姽嗫刂??；谇度胧降闹悄芗揖酉到y(tǒng)應(yīng)用時(shí)，用戶可以利用手機(jī)APP，預(yù)設(shè)澆灌時(shí)間，噴灌系統(tǒng)能夠按時(shí)按量進(jìn)行澆水。4）智能睡眠系統(tǒng)。通過(guò)監(jiān)控呼氣的頻率與心跳等，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并且發(fā)出警報(bào)，以確保住戶的安全，同時(shí)能夠提供睡眠質(zhì)量報(bào)告，改善住戶的睡眠質(zhì)量。智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠更加方便快捷的管理住戶的生活起居，保證家居管理更加安全便利，可以體現(xiàn)舒適的環(huán)保控制系統(tǒng)，讓家庭生活變得更加的現(xiàn)代化，通過(guò)智能體系來(lái)管理整個(gè)家居的生活，能夠展現(xiàn)現(xiàn)代科技發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)：

綜上智能家居系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)嵌入式技術(shù)，為了能夠保障系統(tǒng)的應(yīng)用性能，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要合理選擇基礎(chǔ)技術(shù)，比如WI-FI技術(shù)與Zigbee技術(shù)等，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，通過(guò)合理配置智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能控制。

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