【正文】 過家庭局域網(wǎng)連接到一起,還可以通過家庭網(wǎng)關(guān)接口同制造商的服務(wù)站點(diǎn)相連,甚至可以同Inter相連,實(shí)現(xiàn)信息共享。 ?、浦悄芑褐悄芗译娍梢愿鶕?jù)周圍環(huán)境的不同自動做出響應(yīng),不需要人為干預(yù)。例如,智能空調(diào)可以根據(jù)不同的季節(jié)、氣候及用戶所在地域,自動調(diào)整其工作狀態(tài)以達(dá)到最佳效果。 ?、情_放性、兼容性：由于用戶家庭的智能家電可能來自不同的廠商,智能家電平臺必須具有開發(fā)性和兼容性。 ?、裙?jié)能化：智能家電可以根據(jù)周圍環(huán)境自動調(diào)整工作時間、工作狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。⑸易用性：由于復(fù)雜的控制操作流程已由內(nèi)嵌在智能家電中的控制器解決,因此用戶只需了解非常簡單的操作。 智能家電的發(fā)展現(xiàn)狀　　1994年一家新加坡公司在國內(nèi)銷售的名為“萬智能”的多媒體電腦可算是國內(nèi)第一個提及的智能家電的雛形,它通過電視卡,將電腦和電視結(jié)合起來,也算是一種不錯的創(chuàng)意。其后很長的一段時間內(nèi),智能家電的產(chǎn)品都沒有太多的概念突破和產(chǎn)品突破,直到1998年,微軟公司推出了“維納斯”計(jì)劃,才掀起了新一輪的高潮?！熬S納斯”是一種集成軟硬件的機(jī)頂盒裝置,它通過廉價的費(fèi)用,使電視成為電腦的顯示器,從而實(shí)現(xiàn)電腦的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能。但是由于機(jī)頂盒并不能適應(yīng)國內(nèi)市場的應(yīng)用需要,雖然在微軟的強(qiáng)大影響下,電腦廠商也拿出了積極配合的姿態(tài),但在機(jī)頂盒裝置熱鬧一陣之后,就趨于勢微,并沒有形成微軟期望的市場規(guī)模。但是在這一連串的市場運(yùn)作之后,直接地影響了家用電腦的大規(guī)模普及。而隨著家用電腦的開始普及,家用電腦的應(yīng)用迫切需要擴(kuò)展。在這個時候,長期觀察IT行業(yè)的家電企業(yè)開始介入電腦制造業(yè),海信、TCL、廈華等企業(yè)開始大規(guī)模地進(jìn)入IT行業(yè),在家電領(lǐng)域重量級廠商的影響下,智能家電的概念逐步清晰起來,智能家電的研究和開發(fā)出現(xiàn)了新的高潮。而從事家庭網(wǎng)絡(luò)研究的組織有很多,影響比較大的有ITUT、IEEE、ETSI、OSGI、 OMA、DSLForum 、DLNA、ECHONET等國際或國外標(biāo)準(zhǔn)化組織,國內(nèi)有中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(CCSA)、閃聯(lián)聯(lián)盟、e家佳聯(lián)盟等。每個組織都有一系列企業(yè)作為其技術(shù)支持隊(duì)伍,每個組織制定的家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點(diǎn)不同,它們既重合又交叉,既互補(bǔ)又競爭。所有的標(biāo)準(zhǔn)都是從其成員的利益出發(fā),規(guī)范技術(shù)的一般要求、性能指標(biāo),并不涉及具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。其中的e家佳所提出的標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了家庭網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型、家庭網(wǎng)絡(luò)控制子網(wǎng)通訊協(xié)議規(guī)范、家庭網(wǎng)絡(luò)控制子網(wǎng)一致性測試規(guī)范等一系列共六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外的公開相關(guān)論文、報告文獻(xiàn)也不少,如有基于UC/OS 的嵌入式系統(tǒng),基于UCLINUX 的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)等,其特點(diǎn)是功能較單一,價格較低廉,不能適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需要,目前投入使用相關(guān)產(chǎn)品主要如下: （1)NEYWELL公司的智能家庭產(chǎn)品:它可以通過設(shè)在家庭內(nèi)的控制面板、電話或連網(wǎng)的計(jì)算機(jī)來監(jiān)控智能家居的報警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、智能家電和智能調(diào)溫設(shè)備。 （2)STARGATE的家居自動化系統(tǒng):它可集中控制照明、報警、室溫調(diào)節(jié)、家庭影院、視頻/音頻、語音郵件、監(jiān)控、灌溉等系統(tǒng) ,還允許通過網(wǎng)絡(luò)更新控制程序,無需通過更換EPROM就可完成軟件的升級。 （3)NI智能家居系統(tǒng) :主要有三類產(chǎn)品,OMNILT, OMNI,OMNIPRO,分別適用于普通家庭、辦公室及高級住宅?？捎糜趨f(xié)調(diào)控制這些地方的照明、調(diào)溫、保安等系統(tǒng)。所有OMNI產(chǎn)品都配有內(nèi)置的串口,可用來與Inter連接。用戶可借助于公司的軟件WebLink,通過網(wǎng)絡(luò)對控制器進(jìn)行設(shè)置。 （4)ALDELUXE智能家居系統(tǒng) :它在PC 機(jī)上集成了家居系統(tǒng)的所有控制,包括電燈、設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)、電話、保安系統(tǒng)、家庭影院和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。用戶可以在任意地點(diǎn)通過聲控實(shí)現(xiàn)對這些系統(tǒng)的控制。由于公司是通過房間里現(xiàn)有的電源線從PC 機(jī)上傳送命令 ,用戶不需要對房間進(jìn)行重新布線。 （5)Vantage家居自動化系統(tǒng):用戶可以控制照明、保安、音頻 /視頻、制冷/ 保暖、窗簾、水泵、噴泉和汽車等系統(tǒng)。 智能家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能家用電器設(shè)備的飛速發(fā)展,越來越多的家庭對于家居生活已經(jīng)不滿足于簡單的豪華裝飾,而轉(zhuǎn)向更加便捷的智能家電體系,要求建立能實(shí)現(xiàn)所有電器設(shè)備互連互通的家庭網(wǎng)絡(luò),并通過家庭網(wǎng)關(guān)將所有家電設(shè)備連接到Inter的服務(wù) ,從而實(shí)現(xiàn)隨時隨地的遠(yuǎn)程控制。其中家庭網(wǎng)關(guān)是整個家庭網(wǎng)絡(luò)的核心,它主要實(shí)現(xiàn)Inter接入、遠(yuǎn)程控制,以及連接家庭內(nèi)部異構(gòu)子網(wǎng)的功能,是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一,而智能家電是電子行業(yè)正在重點(diǎn)研究、積極推廣的、面向即將到來的巨大市場的新一代家用電器產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)正是立足于兩者的結(jié)合,是面向最新熱點(diǎn)技術(shù)的、有著巨大市場潛力的實(shí)用型應(yīng)用開發(fā)課題。 論文的組織結(jié)構(gòu) 第1章主要介紹遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)的含義、功能、特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r。第2章主要是比較傳輸控制方案之后，對基于IP電話的遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)的整體構(gòu)思。第3章是完成基于S3C2410ARM芯片的整體硬件設(shè)計(jì)。第4章是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括以LINUX操作系統(tǒng)對S3C2410ARM芯片驅(qū)動程序的開發(fā)，和用WINCE 操作系統(tǒng)對IP電話軟件設(shè)計(jì)和服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)程序的開發(fā)，其后是結(jié)論、文獻(xiàn)等。 本章小結(jié) 本章的作用是對智能家電的詮釋，使讀者對智能家電有一定的了解，對智能家電的未來有自己的看法。通過此章，并希望讀者對智能家電的發(fā)展給予關(guān)注和支持。第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 目前傳輸控制家電的方式有很多，比如：紅外手遙控傳輸、ＧＳＭ傳輸控制等。其主流的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)有:　　 基于電力載波 PLC 通迅技術(shù)　　所謂PLC ，即電力線通信，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號的一種通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻信號加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。該技術(shù)在不需要重新布線的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)有電線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻等多業(yè)務(wù)的承載但是，這種方案對于主要是針對北美電網(wǎng)設(shè)計(jì)的，由于我國電力網(wǎng)，環(huán)境惡劣，PLC通信對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，我國一些地方電力部門禁止使用PLc通信。 基于藍(lán)牙通訊技術(shù)　　藍(lán)牙通訊是一種低功率短距離的無線連接技術(shù)，其設(shè)計(jì)初衷就是將智能移動電話與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數(shù)字化的信息設(shè)備都能不再用電纜，而是用一種小型的、低成本的無線通信設(shè)備連接起來，進(jìn)而形成一種個人身邊的網(wǎng)絡(luò)，使得在其范圍之內(nèi)各種信息化的移動便攜設(shè)備都能無縫地實(shí)現(xiàn)資源共享?，F(xiàn)在國外有學(xué)者把它引入到智能家電控制中。藍(lán)牙通訊最大傳輸距離為10米，傳輸距離有很大的限制，而且不能在多房間進(jìn)行傳輸。使用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行通信的設(shè)備，分為“主叫方”和“受取方”。主叫方只能同時與7臺受取方通信，在家電數(shù)量眾多的現(xiàn)代家庭中，這一限制影響了家庭控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。 基于 inter 技術(shù)的智能家電控制 　Inter技術(shù)的成熟，使得很多研究者致力于將該技術(shù)引入到智能家電遙操作領(lǐng)域。但因特網(wǎng)不是實(shí)時通信網(wǎng)，它采用的分組交換方式存在“時延”問題。“時延”是從信息發(fā)出到信息收取經(jīng)過的時間。因特網(wǎng)傳輸?shù)臑閿?shù)字編碼信號，要把數(shù)字化的信號分組、打包，還要用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)的路由方式傳送；在接收端還要解碼、復(fù)原等，因此增加了很多如編碼、解碼、緩存等時延。如果遇到網(wǎng)路擁擠的情況，等待轉(zhuǎn)發(fā)可能導(dǎo)致隨機(jī)時延，甚至還會造成數(shù)據(jù)分組丟失。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，監(jiān)督命令和反饋信號都是基于時問變量的。而基于因特網(wǎng)的智能家電遙操作系統(tǒng)的控制端和被控制端很難在時間上保持同步，這樣會引起整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定，如果不加改進(jìn)地引入到智能家電控制領(lǐng)域，將存在一定的安全隱患。 基于 IP 電話IP電話，就是在inter網(wǎng)上通過TCP/IP協(xié)議或UDP協(xié)議傳送語音信息的電話系統(tǒng)。最初的IP電話技術(shù)，只是計(jì)算機(jī)對計(jì)算機(jī)的語音傳輸技術(shù)。雙方用戶都通過inter聯(lián)網(wǎng)，這種方法同時要具備IP 電話軟件、音頻卡、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器等設(shè)備。比如我們常用的有：微軟公司的MSN、騰訊公司的等。雖然能通話，但PＣ機(jī)體積大、價格高，因此使用范圍很單一，還算不上是真正的IP 電話。近年來，美國一些大公司推出了用因特網(wǎng)傳送國際長途電話的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了從普通電話機(jī)到普通電話機(jī)的IP電話。IP電話已經(jīng)通過網(wǎng)關(guān)把因特網(wǎng)與傳統(tǒng)電話網(wǎng)聯(lián)系起來，用戶可以和普通電話用戶一樣，只要有電話機(jī)就能打IP電話，而通話費(fèi)用遠(yuǎn)比普通電話的低。以一種以嵌入式IP 電話為控制中心的智能家電網(wǎng)絡(luò)接入因特網(wǎng)的方案，采用串口對各智能家電進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，這樣能通過IP電話對控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。同時各智能家電能通過IP電話這個控制中實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。對智能家居來說，其意義在于采用電話就可以隨時隨地監(jiān)控家電的運(yùn)行情況。雖然家庭子網(wǎng)串口通信的方式增加了少量布線，但增強(qiáng)了其隱定性，避免了大量無線設(shè)備的使用，從而降低了成本，而且也便于智能家電使用統(tǒng)一的硬件接口方案，對各種不同的家電只要修改相應(yīng)的控制軟件就可以滿足實(shí)際需求。盡管我國智能家居在有關(guān)核心技術(shù)、獨(dú)立產(chǎn)品等多方面落后于發(fā)達(dá)國家，但由于國內(nèi)外都處于探索階段，尚未形成壟斷，同時國內(nèi)又有潛在的龐大的消費(fèi)群體。因此，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)把ＩＰ電話與智能家電有機(jī)結(jié)合，在后P Ｃ時代IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展中有廣闊的發(fā)展前景?；谝陨细鞣桨傅膬?yōu)缺點(diǎn)中，本論文以基于ＩＰ電話傳輸控制的方向深入。以 ARMS3C2410 芯片ＩＰ電話硬件設(shè)計(jì)的原因是：S3C2410 是 16/32 位 RISC處理器，面向高性價比、低功耗的手持設(shè)備。S3C2410 有 S3C2410X 和S3C2410A 兩個型號，A 型是 X 型的改進(jìn)型，具有更好的性能和更低的功耗。傳統(tǒng)的 CISC 復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)處理器設(shè)計(jì)復(fù)雜，指令集使用率不高。而RISC 精簡指令集計(jì)算機(jī)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令，將指令長度固定，指令格式和尋地方式種類減少。ARM 處理器是基于 RISC 技術(shù)的，它共有 37 個 32 位寄存器，被分為若干個組，這些寄存器包括：31 個通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器。6 個 32 位狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識 CPU 的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)。同時，ARM 處理器又有 7 種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對應(yīng)。在所有的寄存器中，有些是在7 種處理器模式下共用同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15 個通用寄存器(R0～R14)、一至兩個狀態(tài)寄存器和程序計(jì)數(shù)器。S3C2410 芯片是三星公司推出的 32 位 RISC 處理器，適用于手持設(shè)備，數(shù)字多媒體播放設(shè)備等具有低價、低功耗和高性能等特點(diǎn)。采用 ARM920T 內(nèi)核，具有以下特點(diǎn)：5 級整數(shù)流水線，提供 ／MHz 的哈佛結(jié)構(gòu)，支持 32 位 ARM 指令集和16 位 Thumb 指令集，支持 32 位的高速 AMBA 總線接口，全性能的 MMU，支持 windows CE、Linux 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù) cache 和指令Cache。基于 ARM920T 內(nèi)核的優(yōu)點(diǎn)是，支持 ARM 和 Thumb 指令集，芯片內(nèi)集成豐富外設(shè)。ARM920T 采用了 MMU，AMBA 總線和 Harvard 高速緩存體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的 16KB 指令 Cache 和 16KB 數(shù)據(jù) Cache，每個 Cache 都是由 8 字長的行組成的。S3C2410A 提供一組完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備接口，從而大大減少了整個系統(tǒng)的成本，省去了為系統(tǒng)配置額外器件的開銷。S3C2410A 集成的片上功能包括： (1)內(nèi)核電壓 ，外部I/ ； (2)具有16KB的ICache和16KB 的DCache 以及MMU； (3)外部存儲器控制器（SDRAM控制和片選邏輯） ； (4)LCD控制器（最大支持4K彩色STN和256K 彩色TFT）提供1通道LCD專用DMA； (5)4通道 DMA并有外部請求引腳端； (6)3通道 UART（，16字節(jié)Tx FIFO 和16字節(jié)Rx FIFO）/2 通道SPI； (7)1通道多主設(shè) I2C總線和1通道I2S總線控制器； (8)； (9)2個USB主設(shè)接口/1個USB 從設(shè)接口（） ； (10)4通道 PWM定時器和1通道內(nèi)部定時器； (11)看門狗定時器； (12)117位通用 I/O口和24通道外部中斷源； (13)電源控制模式有正常、慢速、空閑和電源關(guān)斷4種模式； (14)8通道 10位ADC 和觸摸屏接口； (15)具有日歷功能的 RTC。 (16)使用 PLL的片上時鐘發(fā)生器。下面是S3C2410內(nèi)核的ARM920T 的內(nèi)部原理圖： ARM920T原理圖S3C2410ARM內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： S3C2410ARM結(jié)構(gòu)圖下面是系統(tǒng)電路與外圍接口電路總體設(shè)計(jì)框圖:. 本章小結(jié) 該章結(jié)意在選出最佳的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸控制方式。比較幾種傳輸控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮再三，最終決定以S3C2410ARM芯片設(shè)計(jì)的IP 電話做為遠(yuǎn)程S3C2410ARM串行口網(wǎng)卡接口聲卡接口系統(tǒng)時鐘復(fù)位電路電源電路通用ＩＯ口觸摸屏控制方式， 實(shí)現(xiàn)了低成本、多功能、安全便捷的遠(yuǎn)程智能家電。第 3 章 電路硬件設(shè)計(jì) 在運(yùn)行操作系統(tǒng)之前，需要對系統(tǒng)的軟硬件資源