【正文】 ............611．: ..................................................................................................612．: ......................................................................................................613．: .........................................................................................................674．: .....................................................................................................685．: ........................................................................................................716．: ..................................................................................................727．: .....................................................................................................768．DC : ..........................................................................................779．DC :..............................................................................................78后期開發(fā)文檔 .................................................................................................79英文文獻翻譯 .................................................................................................841 緒論 課題的來源及背景信息技術(shù)的發(fā)展迅速，己深入人類生活的各個領(lǐng)域，并對人類的居住環(huán)境和建筑業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，人們已開始追求充滿信息技術(shù)、安全技術(shù)、高效節(jié)能、并具有豐富人文環(huán)境的綠色住宅。不斷加快的生活節(jié)奏，使人們有了掌握海量信息的需求，急需有一個方便快捷的系統(tǒng)平臺，把人們從繁重的家務(wù)勞作和繁瑣的家電操作中解放出來，并能自動協(xié)助人們生活的智能化系統(tǒng)，這就是智能家居系統(tǒng)。智能家居是信息技術(shù)和建筑的完美結(jié)合，其目標(biāo)是使人們擁有安全、舒適、便利、節(jié)能、娛樂和優(yōu)美的生活環(huán)境，這是新世紀(jì)住宅發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)的家居環(huán)境在滿足人們最基本的需要的同時，也逐漸凸顯了局限性。比如：傳統(tǒng)的家居沒有室內(nèi)燈光的統(tǒng)一管理，進出房間開燈不方便，不能夠方便的做到人走燈滅、節(jié)約能源；傳統(tǒng)家居環(huán)境的安全性能差，不能夠做到對于各種危險情況如煤氣泄露、入室搶劫等的敏感反應(yīng)；不能滿足遠程對家居的智能監(jiān)控、實時監(jiān)控、集中監(jiān)控。智能家居，又稱智能住宅，在國外常用 Smart Home 表示。它一般是以住宅為基礎(chǔ)平臺，綜合建筑裝潢、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化等技術(shù)，將系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理集成為一體的高效、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。 國內(nèi)外智能家居應(yīng)用狀況自從世界上第一幢智能建筑 1984 年在美國出現(xiàn)后，美國，加拿大，歐洲，澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟較發(fā)達的國家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國，德國，新加坡，日本等國都有廣泛的應(yīng)用。我國將家庭智能化定義為：利用 4C（即計算機，通訊及網(wǎng)絡(luò)，自控，IC 卡）技術(shù)，通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元化信息服務(wù)與管理，物業(yè)管理與安防，住宅智能化系統(tǒng)集成，為住宅小區(qū)的服務(wù)與管理提供高技術(shù)的智能化手段，以期實現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。在 2022年就已將建設(shè)智能化小康示范小區(qū)列入國家重點發(fā)展反向，這也必然促使智能化走向家庭智能化的方向發(fā)展。智能家居可以定義為一個目標(biāo)或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制等技術(shù)，將與家庭生活有關(guān)的各種應(yīng)用子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，通過綜合管理，讓家庭生活更舒適、安全、有效和節(jié)能。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還能提供舒適安全、高效節(jié)能、具有高度人性化的生活空間；將一批原來被動靜止的家居設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂小爸腔邸?的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效地安排時間，增強家庭生活的安全性，并為家庭節(jié)省能源費用等。 主要研究內(nèi)容本文基于智能家居發(fā)展的現(xiàn)狀，開發(fā)過程中硬件上以博創(chuàng)公司的 UP2410 開發(fā)平臺為核心，外圍擴展 ZigBee 模塊、GPRS 模塊、語音識別模塊、紅外模塊、傳感器等，配合 1：20 比例的家居沙盤模型與宿主 PC 機完成開發(fā)；軟件上基于 內(nèi)核進行目標(biāo)機開發(fā)，宿主機使用 Fedora與 WindowsXP 操作系統(tǒng)、ArmLinux 交叉編譯環(huán)境、 圖形庫、MySql 數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，用到了內(nèi)核的配置編譯與調(diào)試技術(shù)、模塊化驅(qū)動程序的使用、根文件系統(tǒng)的制作等技術(shù)。本系統(tǒng)的特色在于著眼建立一個以 Inter 網(wǎng)絡(luò)為依托，ZigBee 、藍牙等近程通信技術(shù)復(fù)合的多層通信結(jié)構(gòu)，其中以嵌入式智能家居主機為中心，其他單片機設(shè)備、嵌入式智能設(shè)備為終端節(jié)點組成一個星型網(wǎng)絡(luò)，再連入 Inter，力求最大化的適應(yīng)智能家居的應(yīng)用需求，最終提供舒適安全、高效節(jié)能、具有高度人性化的生活空間。2 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)功能設(shè)計本次設(shè)計的智能家居系統(tǒng)的上位機部分主要由 ARM9 核心板、GPRS模塊、ZigBee 模塊、溫度采集部分、模擬輸出部分組成。邏輯功能方框圖如下：嵌入式主機模擬輸入模塊（ A D 及接口電路 ）模擬輸出模塊（ D A 及接口電路 ）溫度傳感器（ 本次設(shè)計未加 ）G P R S 模塊Z i g B e e 模塊圖 21 功能模塊示意圖 硬件方案設(shè)計開發(fā)環(huán)境：1. 博創(chuàng)科技的開發(fā)平臺 UPtech2410s 實驗箱一套；博創(chuàng) UPStar 嵌入式工程師認(rèn)證考試開發(fā)板一套；博創(chuàng)科技 UP2410 開發(fā)辦一套；2. 博創(chuàng) GPRS 模塊一件；3. ZigBee 模塊一套；4. 自制 1：20 比例家居仿真沙盤模型一件；5. 藍牙模塊；6. IRDA 紅外模塊；7. 攝像頭一件；8. 溫度、濕度傳感器各一件。 核心處理芯片的選擇核心處理芯片需要完成處理和支持整個系統(tǒng)的功能需求，主要完成AD、DA 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法，提供實時的 GPRS 與 ZigBee 通信，完成短信息接收，模擬量輸出及 Web 服務(wù)器的功能。為完成上述功能，實現(xiàn)人機交互，對處理芯片進行選型，對比現(xiàn)有處理芯片的優(yōu)缺點，選擇 ARM9 S3C2410X 芯片作為系統(tǒng)的核心處理芯片。S3C2410X 微處理器是一款由 samsung 公司為手持設(shè)備設(shè)計的低功耗、高集成度的基于 ARM920T 核的微處理器，為了降低系統(tǒng)總成本和減少外圍器件，這款芯片還集成了以下部件：16KB 指令 Cache、16KB 數(shù)據(jù)Cache、 MMU、外部存儲器控制器、LCD 控制器、NAND FLASH 控制器、4 個 DMA 通道、3 個 UART 通道、1 個 IIC 總線控制器、1 個 IIS 總線控制器、4 個 PWM 定時器、1 個內(nèi)部定時器、通用 IO 口、實時時鐘、8 通道 10 位 ADC 和觸摸屏接口、USB 主、USB 從、 SD/MMC 卡接口等。因其具有低功耗、高集成度等優(yōu)點，最終選用博創(chuàng)公司的 UP2410 作為試驗平臺，驗證智能家居系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)的可行性。 遠程通信模塊的選擇通信模塊需要完成遠程的無線通訊的功能，目前主流的無線傳輸技術(shù)主要有 GPRS 與 CDMA。GPRS(General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動通信技術(shù) GSM 向第三代移動通信(3G)的過渡技術(shù)，是一種基于 GSM的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動分組的 IP 或者 連接。GPRS能給用戶提供端到端的、廣域的無線 IP 連接。通俗地講，GPRS 是一項無線高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過 GPRS 可以在移 動狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā) Email、進行 Inter 瀏覽、即時聊天等。CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址)是在數(shù)字技術(shù)上的分支——擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種新的無線通信技術(shù)。CDMA 技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號 帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與 接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)選用的是 GPRS 無線傳輸技術(shù)，其具有實時在線、高速傳輸?shù)葍?yōu)點，符合本系統(tǒng)傳輸模塊的功能要求。 近程通信模塊的選擇長期以來，低價、低傳輸率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。自從（Bluetooth）出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是藍牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領(lǐng)域而言，藍牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動化，對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強烈，而且，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。智能家居網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量小，無需太大的傳輸速度，家庭中的各種家電設(shè)備多，需要的網(wǎng)絡(luò)容量大，信息的實時性要好，時延要短。ZigBee是近幾年發(fā)展起來的一種短距離無線通信技術(shù)，具有短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本、安全可靠等優(yōu)點。ZigBee的技術(shù)特點決定了其能很好的滿足智能家居網(wǎng)絡(luò)的上述需求。 模擬輸入模塊A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬信號源和 CPU 之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機和數(shù)字系統(tǒng)進行處理、存儲、控制和顯示。在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集及許多其他領(lǐng)域中，A/D 轉(zhuǎn)換是不可缺少的。A/D 轉(zhuǎn)換器有以下類型：逐位比較型、積分型、計數(shù)型、并行比較型、電壓－頻率型，主要應(yīng)根據(jù)使用場合的具體要求，按照轉(zhuǎn)換速度、精度、價格、功能以及接口條件等因素來決定選擇何種類型。方案一：并行比較型 AD 采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱 FLash(快速)型。電路規(guī)模極大，價格也高，只適用于視頻 AD 轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。方案二：串并行比較型 AD 結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，稱為 Half flash(半快速) 型。這類 AD 速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。方案三：逐次比較型（如 ADC804）逐次比較型 AD 由一個比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB 開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)n 次比較而輸出 數(shù)字值。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時價格便宜，但高精度（12 位）時價格很高。ARM S3C2410 芯片自帶一個 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，并且支持觸摸屏功能。ARM2410 開發(fā)板只用作 3 路 A/D 轉(zhuǎn)換器，其最大轉(zhuǎn)換率為 500K， 位。綜合考慮本系統(tǒng)的成本、功耗、易用性等實際需求以及核心板所提供的便利條件，基于在足夠使用的情況下降低成本的原則，選擇 S3C2410 芯片自帶的 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。 模擬輸出模塊D/A 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路構(gòu)成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運算等進行分類。大多數(shù) D/A 換器由電阻陣列和 n 個電流開關(guān)(或電壓開關(guān))構(gòu)成。按數(shù)字輸入值切換開關(guān)，產(chǎn)生比例于輸入的電流(或電壓)。方案一：電壓輸出型（如 TLC56MAX504）。電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負(fù)載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速 D/A 轉(zhuǎn)換器使用。方案二：電流輸出型(如 THS5661A)。電流輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負(fù)載電阻而進行電流—電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運算放大器。方案三：乘算型（如 AD7533）。D/A 轉(zhuǎn)換器中有使用恒定基準(zhǔn)電壓的，也有在基準(zhǔn)電壓輸入上加交流信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果而輸出，因而稱為乘算型 D/A 轉(zhuǎn)換器。方案四：一位 D/A 轉(zhuǎn)換器。一位 D/A 轉(zhuǎn)換器與前述轉(zhuǎn)換方式全然不同，它將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率