【正文】 網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，總戶數(shù)將達(dá)到3萬(wàn)戶，按照建設(shè)部的要求，到2012年，大中城市中60％的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化[17]。隨著高科技和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，安全、舒適、便利的生活環(huán)境已經(jīng)不再是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。由于智能家居系統(tǒng)能夠?yàn)槿藗兲峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代生活環(huán)境，因此已經(jīng)成為房地產(chǎn)商追逐的熱點(diǎn)。在未來(lái)，沒(méi)有智能家居系統(tǒng)的住宅將像今天不能上網(wǎng)的住宅那樣不合潮流。相信不遠(yuǎn)的將來(lái)，智能家居一定會(huì)更好地造福人類。 智能家居的發(fā)展趨勢(shì)功能多元化是智能家居的發(fā)展載體：智能家居廠家以家居生活的某一個(gè)方面為主要載體，融合更多方面的控制功能，為用戶提供高性價(jià)比和有完善售后的智能家居解決方案。較為典型的案例是，圍繞家居智能安防系統(tǒng)這個(gè)中心，配備燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)、背景音樂(lè)系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)等，讓智能擴(kuò)展到家居生活的更多方面。再如，在樓宇對(duì)講系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入可視通信、物業(yè)管理、多媒體控制和信息服務(wù)，使小區(qū)管理更加人性化[16]。有專家預(yù)測(cè)，智能家居系統(tǒng)將向著高度智能化高度靈活性和互操作性的方向發(fā)展更具感知特性更具智能化物聯(lián)網(wǎng)就是要實(shí)現(xiàn)全面的感知感知人物的各種基本特征行為以此能將現(xiàn)有智能家居系統(tǒng)功能和性能帶來(lái)質(zhì)的提升這使得現(xiàn)有智能家居技術(shù)難以滿足其要求一系列新技術(shù)將應(yīng)用到智能家居行業(yè)中更多的數(shù)字化前端設(shè)備將取代既有非數(shù)字化產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)型報(bào)警器數(shù)字化探測(cè)器等日益成為主流人工智能云計(jì)算嵌入式芯片等將大量被使用到智能家居產(chǎn)品中這些都伴隨著大量新技術(shù)的更新就如同入侵報(bào)警系統(tǒng)從傳統(tǒng)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐漸被下一代目標(biāo)驅(qū)動(dòng)技術(shù)所取代模擬攝像機(jī)逐漸被網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)所取代[1]。智能家居能夠很好的滿足人們對(duì)居住環(huán)境安全、舒適、智能的要求，在不斷標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，在3G和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，它的功能日臻完善和成熟，在“數(shù)字生活”的構(gòu)建中將發(fā)揮更加重要的作用。本文以現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出了一種以傳統(tǒng)住宅為基礎(chǔ)的智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成的主要工作內(nèi)容如下：（1） 借鑒現(xiàn)有技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，提出了自己的設(shè)計(jì)方案；（2） 以2440開(kāi)發(fā)板為硬件平臺(tái)完成了中央控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；（3） 控制模塊方面，實(shí)現(xiàn)了與ZigBee間通信、溫濕度采集、視頻監(jiān)控、GSM、RFID等模塊的集成工作。（4） 娛樂(lè)模塊方面，實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼相冊(cè)、Mplayer播放器、拼圖小游戲模塊的集成工作。（5） 通過(guò)家庭子網(wǎng)將各個(gè)模塊與中央控制器緊密的聯(lián)系在一起組成了一套完整的控制系統(tǒng)。本文的創(chuàng)新部分主要是在控制系統(tǒng)中融入了相當(dāng)于手機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了普通手機(jī)的拔號(hào)、接聽(tīng)來(lái)電、收發(fā)短信的功能，可以自由輸入要拔打的電話號(hào)碼（包括長(zhǎng)號(hào)和短號(hào)集群網(wǎng)的短號(hào)），接聽(tīng)語(yǔ)音來(lái)電，接收并顯示短信息。本文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下：第1章 緒論介紹了智能家居的基本概念、并深入調(diào)研了智能家居在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案闡述了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并對(duì)系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。第3章 相關(guān)技術(shù)綜述對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。第4章 智能家居硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)主要嵌入式Linux硬件環(huán)境構(gòu)建和硬件資源進(jìn)行了具體說(shuō)明。第5章 智能家居軟件設(shè)計(jì)介紹智能家居軟件設(shè)計(jì)。首先介紹了如何搭建嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境；接著介紹了智能家居終端的家居控制、數(shù)碼相冊(cè)、播放器、小游戲4個(gè)部分；最后詳細(xì)介紹了主要的技術(shù)設(shè)計(jì)GSM、攝像頭、與ZigBee的串口通信、虛擬鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)以及溫濕度模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第6章 系統(tǒng)調(diào)試介紹了系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行的環(huán)境以及系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果。本章主要介紹了智能家居的基本概念、并深入調(diào)研了智能家居在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)以及本文主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案基于層次化、模塊化的搭建和開(kāi)發(fā)，本系統(tǒng)分為4個(gè)部分：家居控制、安防檢測(cè)、娛樂(lè)功能和語(yǔ)音通話。同時(shí)，按顯示界面來(lái)分，有4個(gè)界面：家居控制界面、數(shù)碼相冊(cè)界面、播放器界面、游戲界面。本系統(tǒng)以ZigBee無(wú)線傳感器模塊為主的基層和以S3C2440 ARM板作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)以Linux系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)的界面及控制層。其中以家居控制界面為主體，基層包括：多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)擴(kuò)展板、RFID門(mén)監(jiān)、紅外、傳感器、窗簾控制、GSM模塊、USB攝像頭等。界面及控制層包括：S3C2440 ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)、ARM終端、PC服務(wù)器端、手機(jī)、7寸LCD觸摸屏。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖21所示。圖21 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖按系統(tǒng)終端顯示的4個(gè)界面來(lái)分：1) 家居控制界面（1） 顯示：用于顯示家居控制界面的所有內(nèi)容，如：當(dāng)前家電狀態(tài)、當(dāng)前環(huán)境溫濕度、收到的短信內(nèi)容、攝像頭拍攝內(nèi)容、虛擬鍵盤(pán)等，提供一個(gè)友好的顯示界面。（2） 攝像頭：用戶可以選擇開(kāi)啟或關(guān)閉攝像頭的監(jiān)控功能。當(dāng)用戶開(kāi)啟了攝像頭，用戶可以看到系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的視頻圖像顯示在LCD觸摸屏上；用戶亦可以選擇關(guān)閉攝像頭。實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控，讓用戶可以實(shí)時(shí)的查看到家中情況，達(dá)到安全監(jiān)控的效果。（3） GSM：包括通話功能和短信功能。用戶可以在編輯框中輸入要拔打的號(hào)碼，然后按下拔打的按鈕，即可拔出對(duì)應(yīng)的號(hào)碼；同時(shí)若有來(lái)電，蜂鳴器會(huì)響，用戶可以直接接聽(tīng)或掛斷。用戶可以接收短信息，并將短信息進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定格式匹配，若匹配成功，則可直接控制家電狀態(tài)，信息內(nèi)容如：“GSM ON”，則匹配成功，可直接控制。同時(shí)將收到的短信內(nèi)容以文本的形式顯示。若家中出現(xiàn)異常，則會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信息到指定手機(jī)號(hào)碼。如出現(xiàn)報(bào)警信息等，盡量的減少用戶的損失，讓用戶提早做出安全措施。（4） Linphone：IP電話工具，用與呼叫服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器端的語(yǔ)音通話。（5） 溫濕度：通過(guò)DHT11溫濕度傳感器檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境溫度，并實(shí)時(shí)顯示在LCD上。（6） 開(kāi)關(guān)或狀態(tài)控制：各用電器的狀態(tài)控制，如打開(kāi)/關(guān)閉攝像頭、打開(kāi)/關(guān)閉GSM、打開(kāi)/關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)、打開(kāi)/關(guān)閉紅外等。用戶可以通過(guò)控制模塊直接控制系統(tǒng)的各功能。（7） 虛擬鍵盤(pán)：當(dāng)雙擊編輯框時(shí)，彈出虛擬的數(shù)字鍵盤(pán)供用戶輸入。設(shè)計(jì)出數(shù)字虛擬鍵盤(pán)是為了方便用戶輸入號(hào)碼和IP地址的功能。人性化的虛擬鍵盤(pán)，達(dá)到了容易操作，大眾化的效果。（8） 串口：主要用于與ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器間的數(shù)據(jù)交換，繼而與若干個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信并控制連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的燈、紅外等設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了無(wú)線連接的控制系統(tǒng)。2) 數(shù)碼相冊(cè)（1） 圖片顯示：系統(tǒng)通過(guò)讀取指定路徑的圖片文件，并將所有圖片自動(dòng)排列成從左到右，并顯示出選中的圖片。圖片顯示的方式給用戶一種新穎的感覺(jué)。（2） 切換操作：即切換圖片的操作，用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏的左半屏或右半屏，則圖片會(huì)向右或向左移一下，并選擇上一張圖或下一張圖，顯示于屏幕正中部。操作模式與當(dāng)今社會(huì)上的主流電子相冊(cè)相似，具有一定的普遍性。3) 播放器（1） 圖像顯示：系統(tǒng)通過(guò)用戶添加的視頻文件，并執(zhí)行播放操作，則其視頻的內(nèi)容將顯示出來(lái)。當(dāng)打開(kāi)的文件是音頻文件時(shí)，則只能聽(tīng)到聲音，無(wú)圖像顯示。（2） 控制操作：播放器有播放、暫停、停止、快進(jìn)、快退、靜音、曲目選擇、上一曲/下一曲、音量控制、拖動(dòng)進(jìn)度條以調(diào)節(jié)播放位置。實(shí)現(xiàn)了一般的播放器功能。（3） 曲目列表：用戶可以通過(guò)系統(tǒng)添加很多條曲目，并按添加順序排列。用戶可以自身的選擇曲目。4) 拼圖游戲（1） 顯示效果：系統(tǒng)提供了友好的界面，并對(duì)用戶操作進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。智能家居中能用的，當(dāng)用戶完成了圖片的拼接后，系統(tǒng)會(huì)彈出“勝利”的對(duì)話框。（2） 操作控制：用戶可以通過(guò)系統(tǒng)本身帶有的上、下、左、右方向鍵來(lái)對(duì)拼圖游戲的操作。本章主要闡述了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并對(duì)系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。第3章 相關(guān)技術(shù)綜述1) 嵌入式系統(tǒng)的概念[5]根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義：嵌入式系統(tǒng)是”用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。這個(gè)的定義是從嵌入式系統(tǒng)的用途方面進(jìn)行定義的。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適用應(yīng)用系統(tǒng)的對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。嵌入性、專用型、與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是它的三個(gè)基本要素。（1）嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。 　?。?）嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70%以上的市場(chǎng)，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車(chē)上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。 　?。?）嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對(duì)通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開(kāi)發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個(gè)只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴(kuò)展能夠非常順利的進(jìn)行。 2) 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)[5]嵌入式設(shè)備常應(yīng)用于“特定”場(chǎng)合，與“通用的”個(gè)人電腦相比，具備以下特點(diǎn)：（1） 軟件、硬件可裁剪。將市面上的手機(jī)拆開(kāi)，會(huì)發(fā)現(xiàn)雖然它們的功能是相似的，但是所用芯片多種多樣，所用的操作系統(tǒng)也有多種，操作界面更是千變?nèi)f化，操作的舍不得性各有千秋。這不同于個(gè)人電腦，CPU除了INTEL就是AMD公司的，操作系統(tǒng)多用Windows。功能、成本、開(kāi)發(fā)效率等條件決定了嵌入式設(shè)備的選材多樣化，軟件、硬件可裁剪，即當(dāng)不需要某項(xiàng)功能時(shí)，可以去除相關(guān)的軟硬件。（2） 對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求。功能、可靠性、功耗這3點(diǎn)是軟件開(kāi)發(fā)人員最關(guān)注的地方。仍以手機(jī)為例，當(dāng)選定硬件平臺(tái)之后，處理器的性能已經(jīng)被限定了，怎樣使得手機(jī)的操作更人性化、菜單響應(yīng)更快捷、具備更多更好的功能，這完全取決于軟件。需要驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序配合，最大程序地發(fā)揮硬件的性能。 嵌入式處理器在智能家居系統(tǒng)中，嵌入式控制中心是整個(gè)家居系統(tǒng)的核心處理模塊，而嵌入式處理器則是家庭控制中心的核心部件，其性能的好壞直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。 嵌入式系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)圍繞嵌入式處理器進(jìn)行。嵌入式處理器根據(jù)從各種外部設(shè)備接收到的輸入信息來(lái)完成必要的計(jì)算和處理工作，并把計(jì)算結(jié)果送到輸出接口，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備[6]。嵌入式微處理器是整個(gè)家居系統(tǒng)的核心，目前各種嵌入式處理器層出不窮，嵌入式處理器市場(chǎng)呈現(xiàn)出百花齊放的景象。目前常用的嵌入式處理器的主要結(jié)構(gòu)歸結(jié)起來(lái)有：8051體系結(jié)構(gòu)、ARM體系結(jié)構(gòu)、MIPS體系結(jié)構(gòu)、PowerPC、DSP、x86等[20]：1) 8051體系結(jié)構(gòu)8051單片機(jī)最早由Intel公司推出。它在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上同時(shí)集成了CPU、ROM、RAM以及TIMER、COUNTER等部件，具有64KB的尋址能力。由于某些原因，8051在國(guó)內(nèi)的使用非常普遍，但總的來(lái)說(shuō)8051因其微處理器性能落后，仍然是一款低端產(chǎn)品。2) ARM體系結(jié)構(gòu)ARM處理器遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)。目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構(gòu)，可分為ARMARMARM11和Cortex系列。IPhone、NOKIA、HTC等智能手機(jī)中的微處理器，就是由高通和德州儀器授權(quán)生產(chǎn)的ARM處理器。3) MIPS體系結(jié)構(gòu)MIPS是美國(guó)歷史悠久的RISC處理器體系，分為32bit以及64bit兩大家族，以技術(shù)授權(quán)作為主要營(yíng)利方式。MIPS除了在手機(jī)中應(yīng)用的比例極小外，其在一般數(shù)字消費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音、個(gè)人娛樂(lè)、通訊、與商務(wù)應(yīng)用市場(chǎng)有著相當(dāng)不錯(cuò)成績(jī)，不過(guò)近年來(lái)因?yàn)槠渌麵P授權(quán)公司的興起，其占有比率稍有衰退。MIPS應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)屬家庭視聽(tīng)電器（包含機(jī)頂盒）、網(wǎng)通產(chǎn)品以及汽車(chē)電子方面。4) PowerPC體系結(jié)構(gòu)PowerPC是早期Motorola和IBM聯(lián)合為Apple的MAC機(jī)開(kāi)發(fā)的CPU芯片，PowerPC的體系結(jié)構(gòu)也是RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算），有200多條定長(zhǎng)32位的指令，通常只執(zhí)行一個(gè)單一的操作（比如將內(nèi)存加載到寄存器，或者將寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存），同時(shí)支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）和雙字（64位）數(shù)據(jù)類型。5) DSP體系結(jié)構(gòu)DSP是一種專用微處理器，主要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以得到相應(yīng)的處理結(jié)果。DSP在存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度上都很高，成為語(yǔ)音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)在高端的工業(yè)控制方面也得到廣泛應(yīng)用，如空間矢量PWM控制系統(tǒng)，電機(jī)的DSP控制系統(tǒng)等。6) x86體系結(jié)構(gòu)x86處理器應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的歷史相當(dāng)悠久，但其普遍都有功耗過(guò)高且芯片數(shù)量龐大的缺點(diǎn)，因而不適合應(yīng)用在要求精簡(jiǎn)省電的嵌入式架構(gòu)中?？墒窃谟行?duì)于能耗控制要求不高的領(lǐng)域，如工控電腦產(chǎn)業(yè)中，可以看到許多x86處理器仍然在被使用。同時(shí)Intel最新的嵌入式處理器Atom系列也是兼容x86結(jié)構(gòu)的。從上述可知，ARM 系列較適合應(yīng)用在智能家居的控制管理系統(tǒng)中。本文針對(duì)具體實(shí)現(xiàn)家居內(nèi)紅外線報(bào)警系統(tǒng)及智能溫度監(jiān)測(cè)的功能，對(duì)處理芯片設(shè)定了一些要求，如具有豐富的可擴(kuò)展性和較高的處理速度，要求具有體積小、功耗低、成本低等特點(diǎn)，鑒于此，本系統(tǒng)選擇 ARM9 處理器作為控制中心的嵌入式微處理器，選用了三星公司推出的 16/32 位RISC 微處理器 S3C2440 芯片