【正文】 展到有一定安全性的智能家居，再發(fā)展到今天的數(shù)字化、信息化的智能家 居，這些變化使得智能家居越來(lái)越現(xiàn)代化、人性化，人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全也得到了很好的保障。隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們可以利用手機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和自家的監(jiān)控系統(tǒng)建立連接，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控家里環(huán)境變化。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù) 本文利用 凌陽(yáng) ARM9嵌入式開(kāi)發(fā)板， S5PV210 CPU核心板和裝有 Linux系統(tǒng)或裝有 Linux虛擬機(jī)的 PC機(jī)一臺(tái) 。本設(shè)計(jì)包括：硬件驅(qū)動(dòng)程序接口的封裝、監(jiān)控軟件的編寫(xiě)、設(shè)備操作與維護(hù)軟件三大部分。 1. 硬件部分： 智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由八大部分構(gòu)成，即 LED燈、蜂鳴器、按鍵、 以太網(wǎng)模塊（ dm9000） 、 ds18b20溫濕度傳感器、煙霧傳感器（ ADC）、 s5pv210 CPU板模塊 與接口和電源部分。用戶(hù)可以通過(guò) GPRS模組上的 RS232接口和 PC機(jī)直接相連接使用，通過(guò) SHT11溫濕度傳感器檢測(cè)溫度變化，電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。 2. 軟件部分： 軟件設(shè)計(jì)部分主要由三大部分構(gòu)成：即底層驅(qū)動(dòng)程序接口函數(shù)、監(jiān)控軟件、上層操作與維護(hù)軟件。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 第二章 軟件的功能和性能描述 軟件的功能需求 監(jiān)控功能 1. 監(jiān)控室內(nèi)溫度 通過(guò)溫度傳感器（ ds18b20）定時(shí)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行采樣，如果 室內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)定的溫度閥值，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)室內(nèi)溫度異常進(jìn)行處理（蜂鳴器報(bào)警、 led 燈閃爍）。 2. 監(jiān)控紅外傳感器 通過(guò)按鍵來(lái)模擬紅外傳感器，以阻塞或者異步通知方式進(jìn)行對(duì)紅外傳感器進(jìn)行監(jiān)控， 如果紅外傳感器探測(cè)有非法份子闖入，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)異常進(jìn)行處理（蜂鳴器報(bào)警、 led 燈閃爍）。 3. 監(jiān)控室內(nèi)煙霧濃度 通過(guò)測(cè)電壓值來(lái)模擬煙霧傳感器，定時(shí)對(duì)室內(nèi)煙霧濃度進(jìn)行采樣，如果室內(nèi)煙霧濃度超過(guò)設(shè)定的煙霧濃度閥值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)室內(nèi)異常進(jìn)行處理（蜂鳴器報(bào)警、 led 燈閃爍）。 智能服務(wù)器 1. 獲取室內(nèi)參數(shù) 通過(guò)獲取各個(gè)芯片的參數(shù)，來(lái)動(dòng)態(tài)顯示室內(nèi)相關(guān)信息，比如當(dāng)前室內(nèi)溫度，濕度，煙霧濃度，場(chǎng)景狀態(tài)等。 2. 配置管理 通過(guò)智能服務(wù)器終端界面進(jìn)行參數(shù)配置。 智能客戶(hù)端 1. 故障報(bào)警 系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的各種故障可以上報(bào)至操作維護(hù)終端， 軟件支持告警過(guò)濾、 告警復(fù)位等功能，重要告警，存儲(chǔ)到 FLASH ，以備查閱。 2. 性能管理 系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)工作參數(shù)上報(bào)至操作維護(hù)終端。 3. 配置管理 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)支持設(shè)置和查詢(xún)。 3. 軟件版本管理 系統(tǒng)支持軟件版本的查詢(xún)和軟件的在線(xiàn)升級(jí)。 4. 系統(tǒng)自檢 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 系統(tǒng)支持自檢，故障 定位到模塊級(jí)。 軟件的性能需求 1．支持 3G 網(wǎng)絡(luò) 支持 3G 網(wǎng)絡(luò)之后，能通過(guò) 3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，使得通信變得更加快捷和方便。 2．支持視頻傳輸 支持視頻輸出之后，能用攝像頭，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸視頻信號(hào)，使得通信變成可視化。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第三章 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu)概述 系統(tǒng)硬件框圖 智能家居系統(tǒng)由 TPAD ， 3GModem， ZIGBEE， PC三個(gè)單元組成，硬件框架如圖 31， 各個(gè)單元，除了 3GModem 都有相應(yīng)的軟件在運(yùn)行。 各個(gè)單元電源 目前板卡是單獨(dú)供電，沒(méi)有使用 PMIC 進(jìn)行有效管理。 TPAD 是整個(gè)家居系統(tǒng)的控制中心和處理單元，主要對(duì)溫度，煙霧，紅外進(jìn)行采集和分析，并且能通過(guò) CMOS 或者 CCD 攝像頭進(jìn)行視頻采集，并且能夠與 ZIGBEE， 3GModem 進(jìn)行通信。 3GModem 主要能夠進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)，網(wǎng)絡(luò)傳輸； ZIGBEE 無(wú)線(xiàn)通信模塊進(jìn)行控制命令的處理。 圖 31 智能家居系統(tǒng)硬件框架示意圖 硬件接口描述 1．操作維護(hù)平面 操作維護(hù)平面包括系統(tǒng)信息的監(jiān)控， 設(shè)備的控制， 軟件升級(jí)等由上位機(jī)發(fā)起的配置和控制，其硬件接口如 圖 32 所示。 系統(tǒng)上電后， TPAD 進(jìn)行硬件初始化工作，讀取相應(yīng)的信息并在 LCD 上顯示，由上位 機(jī)發(fā)起的配置，控制命令都有 TPAD 統(tǒng)一進(jìn)行解析和處理，再由 TPAD 對(duì) 3GModem， ZIGBEE 進(jìn)行配置。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) （ 主要指系統(tǒng)存活狀態(tài)信息， 版本信息， 告警信息， 溫度信息等） 監(jiān)測(cè)信令的流程為：上位機(jī)周期性查詢(xún) TPAD 系統(tǒng)信息，如果溫度超過(guò)設(shè)定值，可以將告警存 入 FLASH，并將告警信息上報(bào)給上位機(jī)軟件。 圖 32 操作維護(hù)平面硬件接口示意圖 圖 32 中，各個(gè)維護(hù)接口說(shuō)明如下： M1：操 作維護(hù)配置參數(shù)，自檢結(jié)果上報(bào)，告警信息，處理器狀態(tài)，版本查詢(xún)，以太網(wǎng)接口； M2：操作維護(hù)參數(shù)配置，按鍵鍵盤(pán)； M3：操作維護(hù)獲取紅外狀態(tài)，信號(hào)線(xiàn)； M4：操作維護(hù)獲取溫度值，信號(hào)線(xiàn)； M5：操作維護(hù)配置或者獲取 3GModem 信息， RS232 接口； M6：操作維護(hù)配置或者獲取 ZIGBEE 信息， RS232 接口； 2．控制平面 系統(tǒng)上電后， 啟動(dòng)監(jiān)控軟件， 監(jiān)測(cè)溫度傳感器， 煙霧傳感器， 紅外傳感器的信息， 針對(duì)不同的情況，作相應(yīng)的處理。 同時(shí)， 監(jiān)聽(tīng)和處理上位機(jī)和智能服務(wù)器終端的請(qǐng)求， 并 作相應(yīng)的處理， 其硬件接沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 口如圖 33 所示。 圖 33 控制平面硬件接口示意圖 圖 33，各個(gè)控制接口實(shí)現(xiàn)說(shuō)明如下： S1：系統(tǒng)監(jiān)聽(tīng)和處理上位機(jī)的處理請(qǐng)求，以太網(wǎng)接口； S2：系統(tǒng)監(jiān)聽(tīng)和處理智能服務(wù)器終端的配置請(qǐng)求和查詢(xún)信息， LCD ； S3：系統(tǒng)接受和處理鍵盤(pán)輸入信息，按鍵鍵盤(pán)； S4：系統(tǒng)阻塞或者異步通知方式監(jiān)測(cè)紅外傳感器狀態(tài)，信號(hào)線(xiàn)； S5：系統(tǒng)定時(shí)監(jiān)測(cè)溫度傳感器信息，信號(hào)線(xiàn)； S6：系統(tǒng)與 3GModem 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， RS232 接口； S7：系統(tǒng)與 ZIGBEE 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ， RS232 接口。 軟件功能劃分 軟件層次架構(gòu) 智能家居系統(tǒng)上的軟件包括 PC 軟件和嵌入式軟件，其中 PC 軟件的實(shí)現(xiàn)基于 PC機(jī)，嵌入式軟件的實(shí)現(xiàn)基于 ZIGBEE 芯片（ TIZC3530 ） ， ARM（三星 S5PV210） 。 PC 機(jī)軟件基于 Ubuntu 操作系統(tǒng)， ARM 上運(yùn)行的軟件基于操作系統(tǒng)，從開(kāi)發(fā)的層次上分為驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和應(yīng)用軟件，如圖 34所示。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 34 系統(tǒng)軟件模型 軟件子系統(tǒng)劃分 按照不同層次軟件所實(shí)現(xiàn)的特定功能對(duì)軟件進(jìn)行模塊劃分，軟件子系統(tǒng)劃分如下： 1. PC 應(yīng)用軟 件（智能客戶(hù)端） 該軟件面向研發(fā)和測(cè)試人員，進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和相關(guān)操作。 2. 嵌入式應(yīng)用軟件 1) Main：監(jiān)控溫度，煙霧，紅外傳感器，并作相應(yīng)的處理異常功能，同時(shí)監(jiān)聽(tīng)和處理 PC 軟件發(fā)送的請(qǐng)求 2) 智能服務(wù)器終端：顯示和配置系統(tǒng)信息； 3) ZIGBEE ：處理 Main 下發(fā)的信令。 軟件運(yùn)行環(huán)境和開(kāi)發(fā)平臺(tái) 嵌入式軟件 S5PV210 搭載嵌入式 linux 操作系統(tǒng)，調(diào)試軟件環(huán)境 Ubuntu，編譯器使用armlinuxgcc(), 。 智能客戶(hù)端 操作系統(tǒng)： Ubuntu 開(kāi)發(fā)環(huán)境： QT4 輔助軟件： qtcreator,qtdesigner 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議： UDP 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：以太網(wǎng) 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 第四章 軟件子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) PC 軟件設(shè)計(jì) 概述 PC 軟件主要通過(guò)以太網(wǎng)跟 TPAD 進(jìn)行連接，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作和維護(hù)，下面主要介紹智能客戶(hù)端功能設(shè)計(jì)。 智能客戶(hù)端軟件功能設(shè)計(jì) 1. 控制 1) 本機(jī)編號(hào)：序號(hào) 1/2/3/4 2) TPAD 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的配置： yyyymmddhh:mm:ss 3) 自檢 4) 校準(zhǔn) 5) 系統(tǒng)重新復(fù)位 6) 配置 ZIGBEE 7) 發(fā)送 3GModem 短信息 8) 開(kāi)關(guān)報(bào)警器 9) 配置 LED 燈工作狀態(tài) 10) 配置設(shè)備信息 2. 顯示 1) 本機(jī)編號(hào)， TPADcpu 利用率，內(nèi)存使用率，剩余磁盤(pán)空間 2) 顯示室內(nèi)溫度，采樣電壓和軟件版本 3. 監(jiān)控 重要告警的記錄和顯示 4．嵌入式軟件的上傳和下載 嵌入式軟件（ Main）設(shè)計(jì) Main 軟件功能設(shè)計(jì) 1. 功能 1) 監(jiān)控室內(nèi)溫度， 監(jiān)測(cè)是否超過(guò)預(yù)先設(shè)定值， 如果超過(guò)， 表示發(fā)生異常， 進(jìn)一步處理。 2) 監(jiān)控室內(nèi)煙霧， 監(jiān)測(cè)是否超過(guò) 預(yù)先設(shè)定值， 如果超過(guò)， 表示發(fā)生異常， 進(jìn)一步處理。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 3) 監(jiān)控紅外傳感器，監(jiān)測(cè)是否有非法分子闖入。 2. 流程 系統(tǒng)上電以后，啟動(dòng) Main 軟件，分別啟動(dòng)相應(yīng)的處理功能。 3. 接口 與智能客戶(hù)端之間：接受智能客戶(hù)端發(fā)送的請(qǐng)求，作出相應(yīng)的處理，將處理結(jié)構(gòu)反饋給智能客戶(hù)端，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。 智能服務(wù)器終端設(shè)計(jì) 智能服務(wù)器終端軟件功能設(shè)計(jì) 1. 功能 動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)狀態(tài)和信息，以方便用戶(hù)查看。 2. 流程 界面初始化，并獲取系統(tǒng)信息顯示。 3. 接口 依據(jù)軟 件接口，獲取系統(tǒng)信息。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 第五章 接口設(shè)計(jì) 接口描述 智能家居項(xiàng)目軟件子系統(tǒng)分為不同處理器和同一處理兩種情況，不同處理器之間軟件接口通過(guò)硬件接口實(shí)現(xiàn)；同一處理器的接口通過(guò)內(nèi)部消息或者共享全局變量來(lái)實(shí)現(xiàn)。 各個(gè)接口的綜合描述如圖 51 所示。 圖 51 軟件接口列表 源子系統(tǒng)只能客戶(hù)端可以通過(guò)以太網(wǎng)與目標(biāo)子系統(tǒng) Main 進(jìn)行通信，智能客戶(hù)端可以配置系統(tǒng)設(shè)備信息，查詢(xún)系統(tǒng)信息。 源子系統(tǒng) Main 可以通過(guò)以太網(wǎng)與目標(biāo)子系統(tǒng)智能客戶(hù)端進(jìn)行通信，智能客戶(hù)端可以反饋系統(tǒng)信息給 Main。 源子系統(tǒng)智能服務(wù)器終端可以通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)部消息進(jìn)行通信，智能服務(wù)器終端可以查詢(xún)系統(tǒng)設(shè)備信息，或者視頻數(shù)據(jù)，配置系統(tǒng)。 目標(biāo)子系統(tǒng)智能服務(wù)器終端可以通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)部消息進(jìn)行通信，智能服務(wù)器終端可以反饋消息。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 第六章 系統(tǒng)主要流程描述 初始化流程 系統(tǒng)初始化主要完成軟件加載和初始化工作，初始化流程如圖 61所示，具體描述如下： （ 1）系統(tǒng)上電； （ 2）啟動(dòng) bootloader, 實(shí)現(xiàn)硬件初始化， 加載 logo ， 初始化組合按鍵， 通過(guò)啟動(dòng)參數(shù)加載內(nèi)核到內(nèi)存，啟動(dòng)內(nèi)核，并給內(nèi)核傳遞參數(shù) ； （ 3）啟動(dòng)內(nèi)核，主要完成驅(qū)動(dòng)初始化工作，掛接根文件系統(tǒng)； （ 4）掛接根文件系統(tǒng)， 進(jìn)行相關(guān)初始化配置工作， 創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)， 掛接文件系統(tǒng)（ sysfs,tmpfs,ramfs 等） ，配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境； （ 5）掛接用戶(hù)分區(qū)，進(jìn)行智能服務(wù)器終端和 Main 初始化工作，打開(kāi)設(shè)備，創(chuàng)建相應(yīng) 的監(jiān)控任務(wù)，等待數(shù)據(jù)交互，初始化完成。 圖 61 系統(tǒng)初始化流程 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 業(yè)務(wù)流程 智能家居系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程包括 PC 軟件智能客戶(hù)端跟 Main 的業(yè)務(wù)交互， 同時(shí) Main 本身也有監(jiān)控溫度和監(jiān)控紅外的功能，系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖如圖 62所示， 具體業(yè)務(wù)說(shuō)明如下： 圖 62 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程示意圖 智能客戶(hù)端與 Main ： 1. 客戶(hù)端通過(guò)以太網(wǎng)接口向 Main 發(fā)送查詢(xún)系統(tǒng)信息請(qǐng)求， 系統(tǒng)信息包括， 系統(tǒng)是否正常工作，當(dāng)前 CPU 利用率，內(nèi)存利用率，剩余磁盤(pán)空間大小，當(dāng)前室內(nèi)溫度，軟件和硬件版本號(hào)， Main 最后上報(bào)信息給客戶(hù)端； 2. 客戶(hù)端通過(guò)以太網(wǎng)接口向 Main 發(fā)送配置設(shè)備請(qǐng)求， 配置項(xiàng)包括配置硬件寄存器，EEPROM，溫度閥值，手機(jī)號(hào)碼， 3GModem 短消息信息， ZIGBEE 控制命令， Main 最后上報(bào)配置結(jié)果； 3. 客戶(hù)端通過(guò)以太網(wǎng)接口向 Main 發(fā)送軟件在線(xiàn)升級(jí)請(qǐng)求，最后上報(bào)升級(jí)結(jié)果； 4. 客戶(hù)端通過(guò)以太網(wǎng)接口向 Main 發(fā)送設(shè)備自檢請(qǐng)求，最后上報(bào)自檢結(jié)果； 5. 客戶(hù)端通過(guò)以太網(wǎng)接口向 Main 發(fā)送時(shí)鐘校準(zhǔn)請(qǐng)求，最后上報(bào)校準(zhǔn)結(jié)果。 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 智能服務(wù)器終端設(shè)計(jì)： 顯示室內(nèi)溫度，濕度，紅外狀態(tài)； Main 內(nèi)部處理： 1. 啟動(dòng)監(jiān)控溫度線(xiàn)程，定時(shí)采集室內(nèi)溫度，并做相應(yīng)的處理流程； 2. 啟動(dòng)監(jiān)控紅外線(xiàn)成， 阻塞或者異步通知方式采集紅